ỨNG DỤNG PLC s7 1200 điều KHIỂN mô HÌNH PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO TRỌNG LƢỢNG

Lý do chọn đề tài Hiện nay nhu cầu lắp đặt hệ thống phân loại sản phẩm trong các ngành công nghiệp ngày càng cao, một phần vì độ chính xác, ổn định và dễ dàng vận hành mà nó mang lại gi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

Mã sinh viên : 1811505520233

Đà Nẵng, 6/2022

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA DOANH NGHIỆP

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài: Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo trọng lượng

Sinh viên thực hiện: Lương Trung Nam

Mã SV: 1811505520233 Lớp: 18TDH2

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay nhu cầu lắp đặt hệ thống phân loại sản phẩm trong các ngành công nghiệp ngày càng cao, một phần vì độ chính xác, ổn định và dễ dàng vận hành mà nó mang lại giúp đảm bảo các tiêu chí thành phẩm, đảm bảo độ đồng đều về hình dáng, màu sắc, trọng lượng trước khi được đóng gói hoặc các tiêu chí phân loại theo thông tin và múc đích sử dụng nào đó của nhà sản xuất, dịch vụ Sản phẩm được phân loại có thể được chuyển sang dây truyền đóng gói tự động hoặc lưu/xuất kho Hệ thống phân loại tự động

đã và đang là hình thức mà các đơn vị sản xuất, dịch vụ thương mại điện tử, giao nhận hướng tới trong thời đại công nghệ số hiện nay

2 Mục đích thực hiện đề tài

- Nâng cao hiêu quả công việc

- Giảm bớt sức người và giảm một khoản chi phí nhân công

- Độ chính xác và an toàn cao

3 Mục tiêu đề tài

Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng là một hệ thống điều khiển thông minh, tự động nhờ sử dụng bộ điều khiển PLC S7-1200 nhằm hạn chế tối đa không gian, giảm sức người, Đưa khoa học công nghệ tự động vào giải quyết các bài toán như nhu cầu thực tế Đối tượng em nghiên cứu ở đây là việc phân loại sản phâm theo trọng lượng trong quá trình sản xuất và điều khiển bằng màn hình HMI Mọi việc đều được tự động hóa nên ngoài phần lắp đặt về cơ khí, điện em đi sau vào trình chương trình điều khiển sao cho hệ thống luôn luôn được cân bằng và hoạt động ổn định nhất

4 Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo trọng lượng Hệ thống bao gồm những thành phần chính như: băng tải, điều khiển động cơ Servos, xử lí tín hiệu Analogs, truyền thông HMI và PLC

- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo trọng lượng của vật Vật có các trọng lượng khác nhau, từ đó tìm ra cách phân loại chúng Hệ thống điều khiển bởi bộ điều khiển PLC S7-1200 Nghiên cứu đặc điểm và lập trình điều khiển hệ thống

- Phương pháp nghiên cứu: tìm hiểu quy trình vận hành các hệ thống đã có trong thực tế Tài liệu về điều khiển tự động hóa, các thiết bị linh kiện sử dụng

5 Cấu trúc đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tổng quan về PLC Siemens S7-1200 và HMI

Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống

Chương 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát

Chương 5: Thi công mô hình phân loại sản phẩm sử dụng S7-1200

KẾT LUẬN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Khánh Thoại

Sinh viên thực hiện: Lương Trung Nam Mã SV: 1811505520233

1 Tên đề tài:

“Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo trọng lượng”

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật

- Lê Chí Kiên, “Giáo trình Đo lường cảm biến”, năm 2013, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hò Chí Minh

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Tổng quan về các loại băng chuyền trong công nghiệp

Chương 2: Tổng quan về PLC S7-1200 và HMI

Chương 3: Thiết kế chương trình điều khiển

Chương 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát

Chương 5: Thi công mô hình phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200

i

LỜI NÓI ĐẦU

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp hiện nay Dùng sức người, công việc này đỏi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp đi lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến

có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận

ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Sau khi tham quan gián tiếp trên mạng dây chuyền phân loại lốp xe của Intech Group

em nhận thấy công nghệ điều khiển tự động hóa được áp dụng chiếm khoảng 80-90% Giảm được một lượng lớn nhân công, đồng thời sự chính xác gần như hoàn hảo trong quá trình làm việc đã mang tới năng suất rất cao cho nhà máy cũng như tập đoàn Intech Khi công nhân đưa lốp xe lên hệ thống đang hoạt động, thì cảm biến loadcell nhận được tín hiệu và xuất ra màn hình, đồng thời di chuyển trên băng truyền đến một vị trí đã được tính toán sẵn thì cảm biến sẽ phát hiện vật và phân loại theo khối lượng đã được hiệu chỉnh ở cảm biến loadcell Nhờ vậy ta có thể dễ dàng phân loại từng sản phẩm theo khối lượng một cách chính xác nhất Thông qua hệ thống đếm tự động cho đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẽ tự động dừng một khoảng thời gian để đóng gói sản phẩm

Hệ thống hoạt động cho đến khi có lệnh dừng Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy và đưa vào kho hàng Hoạt động phân loại tự động có điểm mạnh là năng suất

và tính chính xác cao, cần ít sức người mà vẫn đạt hiểu quả nên có thể cạnh tranh về giá cũng như chất lượng trên thị trường Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nòa của nươc ta cũng đầu tư số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh như nước ngoài Đó là ý tưởng để em thực hiện đề tài “Phân loại sản phẩm theo khối lượng”

Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thức về ứng dụng các thiết bị và phần mềm là một điều cần thiết Và Đồ án tốt nghiệp là một công cụ hữu hiệu để em bổ sung, mở rộng, và tổng kết kiến thức căn bản về điện tự động hóa Mặc dù vậy, với vị trí là một sinh viên còn đang ngồi trên ghế nhà trường, với kiến thức

và kinh nghiệm thực tế chưa nhiều chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được nhiều ý kiến góp ý của quý thầy cô trong hội đồng để em có thêm những kiến thức quý báu

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy ThS.Võ Khánh Thoại, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng đề tài:”Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo trọng lượng” được tiến hành một cách minh bạch, công khai Mọi thứ được dựa trên sự cố gắng tìm hiểu của bản thân và sự hướng dẫn tận tình từ thầy Võ Khánh Thoại

Các kết quả được đưa ra trong đề tài này là trung thực và những phần có sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng Nếu nhưu phát hiện rằng không có sự trung thực, minh bạch trong quá trình sử dụng thông tin và kết quả đề tài thì em chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Lương Trung Nam

iii

MỤC LỤC

TÓM TẮT

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm 2

1.1.1 Khái niệm chung 2

1.1.2 Phân loại các hệ thống phân loại sản phẩm 2

1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng 4

1.2.1 Các vấn đề đặt ra 4

1.2.1.1 Mục tiêu 4

1.2.1.2 Các yêu cầu cần thiết 4

1.2.1.3 Giới hạn đề tài 5

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu 5

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 5

1.2.4 Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống 6

1.2.4.1 Ý nghĩa 6

1.2.4.2 Ứng dụng 6

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ HMI 7

2.1 Tổng quan về PLC 7

2.1.1 Khái niệm về PLC 7

2.1.2 Cấu trúc 8

2.1.3 Nguyên lý hoạt động 9

2.1.4 Phân loại PLC 9

2.1.4.1 Theo hình dạng 9

2.1.4.2 Về số lượng các đầu vào ra 9

2.1.5 Ưu nhược điểm của PLC 9

2.1.5.1 Ưu điểm 9

2.1.5.2 Nhược điểm 10

2.1.6 Ứng dụng của PLC 10

2.2 Giới thiệu PLC Siemens s7 - 1200 10

2.2.1 Giới thiệu chung 10

2.2.1.1 Tổng quan 10

2.2.1.2 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU S7-1200 12

2.2.2 Cấu trúc 12

2.2.2.1 Cấu trúc phần cứng 12

2.2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ 13

2.3 Màn hình HMI 15

2.3.1 Định nghĩa 15

2.3.2 Ưu điểm 16

2.3.3 Phân loại 16

2.3.4 Cấu tạo 16

2.3.5 Ứng dụng 16

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 18

3.1 Giới thiệu thiết bị được sử dụng trong hệ thống 18

3.1.1 PLC Siemens S7 – 1200 18

3.1.2 Động cơ DC 19

3.1.3 Động cơ servo MG90S 19

3.1.4 Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 20

3.1.5 Cảm biến trọng lượng (Loadcell) 21

3.1.5.1 Cấu tạo 21

3.1.5.2 Nguyên lý hoạt động 21

v

3.1.5.3 Phân loại 22

3.1.6 Màn hình HMI Weintek MT8070ie 22

3.1.7 Động cơ Servo MG995 23

3.1.8 Mạch khuếch đại LoadCell JY S60 24

3.1.9 Mạch băm xung cách ly TLP 251 25

3.1.10 Nút nhấn 25

3.2 Thiết kế hệ thống 26

3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 26

3.2.2 Lưu đồ thuật toán 28

3.2.3 Giản đồ thời gian 29

3.2.4 Bảng phân công đầu vào đầu ra 29

3.2.5 Thiết kế mô hình 30

3.2.6 Sơ đồ đấu dây hệ thống 32

3.2.7 Phương pháp điều khiển động cơ Servo 32

3.2.8 Giao thức Ethernet 33

3.2.8.1 Giới thiệu 33

3.2.8.2 Truyền dữ liệu qua Ethernet 34

3.2.8.3 Tính năng 34

Chương 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 35

4.1 Viết chương trình cho HMI 35

4.1.1 Cấu hình 35

4.1.2 Thiết kế giao diện 36

4.1.2.1 Lấy tag từ PLC 36

4.1.2.2 Tạo nút nhấn 37

4.1.2.3 Đèn báo động cơ 39

4.1.2.4 Đèn báo cảm biến hồng ngoại 40

4.1.2.5 Hiển thị giá trị khối lượng 41

4.1.2.6 Hiển thị khoảng khối lượng phân loại 42

4.1.2.7 Tạo Function Key 43

4.1.3 Giao diện hoàn thiện 44

4.2 Viết chương trình cho PLC S7-1200 44

4.2.1 Khởi động chương trình 44

4.2.2 Điều khiển động cơ Servo 45

4.2.2.1 Xuất xung PWM 45

4.2.2.2 Code điều khiển 46

4.2.3 Xử lí tín hiệu analog 47

4.2.4 Hoạt động của mô hình 48

Chương 5: THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG S7-1200 54 5.1 Thi công hệ thống 54

KẾT LUẬN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3.1 Đầu ra đầu vào của PLC S7-1200 29

Bảng 4.1 Tín hiệu vào 37

Bảng 4.2 Tín hiệu ra 39

Bảng 4.3 Cảm biến 40

Bảng 4.4 Giá trị offset để hiển thị ra màn hình HMI 41

Bảng 4.5 Giá trị offset để hiển thị và nhập giá trị 42

Hình 1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 2

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 3

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng 3

Hình 2.1 Hệ điều khiển bằng relay và bằng PLC 7

Hình 2.2 Cấu trúc chính của bộ điều khiển lập trình PLC 8

Hình 2.3 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 – 1200 10

Hình 2.4 Bộ điều khiển lập trình CPU S7 – 1200, 1211C, DC/DC/DC 11

Hình 2.5 Cấu trúc phần cứng của CPU S7-1200 13

Hình 2.6 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7-1200 1211C DC/DC/DC 13

Hình 2.7 Màn hình MHI 15

Hình 3.1 PLC Siemens S7-1200c DC/DC/DC 18

Hình 3.2 Sơ đồ khối vào/ra CPU 1211c DC/DC/DC 18

Hình 3.3 Động cơ DC JBG37 – 520 12V 19

Hình 3.4 Động cơ servo MG90S 20

Hình 3.5 Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 20

Hình 3.6 Cảm biến loadcell 21

Hình 3.7 Cấu tạo của loadcell 21

Hình 3.8 Màn hình HMI Weintek8070ie 22

Hình 3.9 Động cơ servo MG995 23

Hình 3.10 Mạch khuếch đại JY S60 24

Hình 3.11 Cách đấu dây 24

Hình 3.12 Mạch băm xung cách ly TLP251 và sơ đồ đấu dây 25

Hình 3.13 Nút nhấn 26

Hình 3.14 Sơ đồ khối của hệ thống 27

Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán 28

Hình 3.16 Giản đồ thời gian 29

Hình 3.17 Mô hình thiết kế vẽ từ AutoCAD 30

Hình 3.18 Hình ảnh thực tế sau khi lắp ráp 31

Hình 3.19 Sơ đồ đi dây 32

Hình 3.20 Tín hiệu điều khiển động cơ RC Servo 32

Hình 3.21 Mạng Ethernet 33

Hình 3.22 Cổng kết nối Ethernet 33

Hình 4.1 Màn hình làm việc của phần mềm EBPro 35

Hình 4.2 Cấu hình PLC trên HMI 35

Hình 4.3 Cách lấy tag từ PLC 37

Hình 4.4 Tạo nút nhấn trên HMI 38

Hình 4.5 Hình ảnh giao diện 38

Hình 4.6 Đọc dữ liệu từ PLC 39

Hình 4.7 Hình ảnh giao diện 40

Hình 4.8 Đọc dữ liệu từ PLC 40

Hình 4.9 Giao diện hiển thị 41

Hình 4.10 Đọc dữ liệu từ PLC 41

Hình 4.11 Tương tác với vùng nhớ thanh ghi đọc – ghi 42

Hình 4.12 Nút nhấn Function 43

Hình 4.13 Giao diện nút nhấn Function 43

Hình 4.14 Giao diện sau khi hoàn thành 44

Hình 4.15 Cho phép xuất xung PWM 45

Hình 4.16 Cho phép xuất xung 46

Hình 4.17 Chọn chu kỳ xung và đầu ra PLC 46

Hình 4.18 Ứng dụng hàm NORM_X và SCALE_X xử lí góc quay của Servos 47

Hình 4.19 Xử lí tín hiệu analog 47

Hình 4.20 Bỏ chọn optomized block access 48

ix

Hình 4.21 Khơi động và dừng chương trình 45

Hình 4.22 Hoạt động từ khi có vật và kết thúc quá trình 1 49

Hình 4.23 TH1 hoạt động 50

Hình 4.24 TH2 hoạt động 51

Hình 4.25 TH3 hoạt động 52

Hình 4.26 Reset bộ đếm 52

Hình 4.27 Dừng khẩn khấp 53

Hình 5.1 Lắp ráp băng chuyền 54

Hình 5.2 Xử lí mạch JY-S60 và TLP251 55

Hình 5.3 Test tín hiệu cảm biến và code động cơ Servo 55

Hình 5.4 Mô hình sau khi hoàn thành 56

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:

PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human Machine Interface

RAM: Random Access Memory

EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory

EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

TCP: Transmission Control Protocol

CPU: Central Processing Unit

OSI: Human Machine Interface

 Xây dựng mô hình phân loại sản phẩm kiểu mới phục vụ đời sống con người

 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho hệ thống phân loại

 Điều khiển các động cơ cũng như cảm biến một cách tốt nhất

 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm chứng minh tính hiệu quả của phương pháp đề xuất

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

 Các hệ thống phân loại sản phẩm

 Mô hình thuật toán cho hệ thống phân loại

 Cảm biến loadcell và Analogs Input của PLC S7-1200

 Điều khiển động cơ Servo

 Lập trình màn hình HMI Weintek

4 Phương pháp nghiên cứu

 Tìm tài liệu và các công trình nghiên cứu trước đó, kết hợp với các kiến thức

đã học để xây dựng mô hình thực nghiệm

5 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tổng quan về PLC Siemens S7-1200 và HMI

Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống

Chương 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát

Chương 5: Thi công mô hình phân loại sản phẩm sử dụng S7-1200

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1 Khái niệm chung

Hiện nay công việc phân loại và đếm sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc Công việc phân loại và đếm gạch men, các loại trái cây như dừa, bưởi, các thùng hàng…là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn Ngày nay để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất

Hệ thống phân loại sản phẩm là một hệ thống do con người tạo nên Do vậy, nó phục

vụ mục đích và nhu cầu cho người sử dụng Dựa vào những đặc điểm, tính năng khác nhau mà sẽ có những hệ thống khác nhau Từ đó tăng năng suất sản suất, giảm tổn hao công sức của người

1.1.2 Phân loại các hệ thống phân loại sản phẩm

Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng sản phẩm mà ta có thể đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau Hiện nay có một số phương pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong đời sống như:

 Phân loại sản phẩm theo màu sắc:

Hình 1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm

ra băng chuyền Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt

1.1 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)…

 Phân loại sản phẩm theo chiều cao:

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau Khi sản phẩm

đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp:

 Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói

 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả…

 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát

 Phân loại sản phẩm theo hình dạng:

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Trên băng chuyền sẽ thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêngbiệt

Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiềuvbngành công nghiệp:

 Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng

 khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…

 Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản

 Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh

Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston, động cơ bước hoặc động cơ servo) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể)

Cũng như các hệ thống phân loại sản phẩm trên, nhiệm vụ chính của hệ thống phân loại sản phẩm theo khôi lượng là phân loại và đếm chính xác các sản phẩm được đưa vào băng chuyền Ở hệ thống này bộ phận nhận dạng sản phẩm sẽ là cảm biến khối lượng (loadcell); bộ phận đẩy sản phẩm là động cơ servo “MG995” để đẩy sản phẩm vào băng chuyền và “MG90S” để phân loại sản phẩm

1.2.1 Các vấn đề đặt ra

1.2.1.1 Mục tiêu

 Muc tiêu đề tài đặt ra là nghiên cứu chế tạo Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng có thể phân loại và đếm chính xác với ba mức khối lượng khác nhau

 Điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động dựa vào lập trình và điều khiển PLC

 Sản phẩm hoạt thiện có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa

1.2.1.2 Các yêu cầu cần thiết

 Về cơ khí: Phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thõa mãn mục tiêu đề tài: Nhỏ, gọn, nhẹ bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa

 Vấn dề điểu khiển: Điều khiển hoàn toàn tự động và hiển thị kết quả ra màn hình HMI

1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng

1.2.1.3 Giới hạn đề tài

Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu Hiện nay trong các nhà máy, xí nghiệp đã có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong phạm vi một đồ án môn học, với những giới hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài được giới hạn với những tính năng sau:

 Kích thước: 849,97x467,81mm

 Hệ thống điều khiển: Sử dụng PLC S7-1200 để đọc tín hiệu Analog được gửi từ cảm biến khối lượng, nhận tín hiệu từ các nút nhấn, cảm biến và truyền dữ liệu đến các động cơ cũng như màn hình HMI để điều khiển mô hình

 Cơ cấu đẩy: Động cơ Servo MG90S

 Động cơ truyền động: Động cơ điện một chiều

 Khối nguồn hệ thống: Nguồn điện một chiều 24V

 Hệ thống dẫn động: Băng chuyền

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tuần tự và đồng thời: Cụ thể là đầu tiên nghiên cứu mô hình cụ thể sau

đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những giới hạn của đề tài qua đó có cái nhìn tổng quan

về hệ thống chung và xác định các thông số cơ bản

Nghiên cứu phương pháp đọc tín hiệu analog của loadcell bằng PLC S7-1200 qua mạch khuếch đại JY-S60 và giao tiếp với HMI bằng truyền thông Ethernet để đọc tín hiệu loadcell từ Arduino

Nghiên cứu phương pháp phát xung tốc độ cao bằng PLC S7 – 1200 để điều khiển động cơ servo

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống phân loại theo khối lượng với ba mức khối lượng là vật nhẹ, vật trung bình

và vật nặng rồi đếm số lượng sản phẩm của từng loại Khi nhấn nút khởi động, động cơ một chiều truyền chuyển động cho băng chuyển thông qua dây đai Nguyên lý hoạt động được chia thành 2 quá trình:

 Quá trình cân và cấp sản phẩm vào băng chuyển: Khi cho sản phẩm đặt trên cảm biến trọng lượng, cảm biến sẽ tự động cân trọng lượng sản phẩm và xuất ra giá trị analog tương ứng vào mạch JY-S60, từ JY-S60 sẽ xử lý và gửi tín hiệu về PLC Bộ PLC xử

lý và đưa ra tín hiệu cho động cơ servo đẩy sản phẩm vào băng chuyền Hai cảm biến hồng ngoại được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự lần lượt là

số kg mà ta đã setup trên HMI và tính từ đầu băng chuyền

 Quá trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: Tùy thuộc vào khối lượng của sản phẩm mà PLC nhận được để phân loại Nếu sản phẩm có khối lượng x1 kg đi qua cảm biến ở vị trí phân loại x1 kg thì PLC sẽ phát xung tín hiệu điều khiển động cơ servo phân loại x1 kg dể gạt sản phẩm Nguyên lý thực hiện tương tự đối với sản

phẩm x2 kg Còn với sản phẩm x3 kg thì không có động cơ servo nào hoạt động để sản phẩm đi thẳng

 Mỗi loại sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được đếm bằng các cảm biến hồng ngoại và hiển thị số lượng lên màn hình HMI

 Các thao tác khởi động, dừng, reset, setup số kg và hiển thị thông số hệ thống đều được thực hiện trên màn hình HMI

1.2.4 Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống

1.2.4.1 Ý nghĩa

 Tạo ra một hệ thống hoàn toàn tự động để tiết kiệm thời gian, nâng cao năng xuất, giảm giá thành sản phẩm

 Giảm bớt sức lao động của con người, làm cho việc quản lý trở nên dễ dàng

 Cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân, có thể thay cho con người làm việc

ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiêm, độc hại

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ HMI

2.1.1 Khái niệm về PLC

PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình

Sự khác biệt cơ bản giữa điều khiển logic khả trình (thay đổi được qui trình hoạt động) và điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được qui trình hoạt động) là: Sự kết nối dây không còn nữa, thay vào đó là chương trình

PLC có thể được lập trình nhờ vào các ngôn ngữ lập trình đơn giản Đặc biệt đối với người sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có thể lập trình PLC được nhờ vào các liên kết logic cơ bản

Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu

xử lý số liệu Nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bởi một số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình Chương trình này mô tả các bước thực hiện gọi một tiến trình điều khiển, tiến trình này được lưu vào bộ nhớ nên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình Trên cơ sở khác nhau ở khâu xử lý

số liệu có thể biểu diễn hai hệ điều khiển như sau:

Hình 2.1 Hệ điều khiển bằng relay và bằng PLC Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì người ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại mạch, thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình (PLC) thì người ta chỉ thay đổi chương trình soạn thảo[1]

2.1 Tổng quan về PLC

2.1.2 Cấu trúc

Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ sau:

Hình 2.2 Cấu trúc chính của bộ điều khiển lập trình PLC

Bộ điều khiển PLC được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở ngõ vào của nó Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình Kết quả xử lý được đưa ra ngõ ra để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu

 Bộ nhớ chương trình:

 Bộ nhớ chương trình trong PLC là một bộ nhớ điện tử đặc biệt có thể đọc được Nếu

sử dụng bộ nhớ đọc-ghi được (RAM), thì nội dung của nó luôn luôn được thay đổi ví

dụ như trong trường hợp vận hành điều khiển Trong trường hợp điện áp nguồn bị mất thì nội dung trong RAM có thể vẫn được giữ lại nếu như có sử dụng Pin dự phòng

 Nếu chương trình điều khiển làm việc ổn định, hợp lý, nó có thể được nạp vào một

bộ nhớ cố định, ví dụ như EPROM, EEPROM Nội dung chương trình ở EPROM có thể bị xóa bằng tia cực tím

 Hệ điều hành:

 Sau khi bật nguồn cung cấp cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ đặt các counter, timer, dữ liệu và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (không được nhớ bởi Pin dự phòng) cũng như ACCU về 0

 Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc từng dòng chương trình từ đầu đến cuối Tương ứng hệ điều hành thực hiện chương trình theo các câu lệnh

 Bit nhớ (Bit memoryt): Các bit memory là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu

 Bộ đệm (Proccess Image): Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ các trạng thái tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân

 Accumulator: là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timer hay counter được nạp vào hay thực hiện các phép toán số học

 Counter, Timer: Timer và counter cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các giá trị đếm trong nó

 Hệ thống Bus: Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành và các module ngoại vi (các ngõ vào và ngõ ra) được kết nối với PLC thông qua Bus nối Một Bus bao gồm các dây dẫn mà các dữ liệu được trao đổi Hệ điều hành tổ chức việc truyền dữ liệu trên các dây dẫn này[1]

2.1.3 Nguyên lý hoạt động

 Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

 Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội,

tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle)

 Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC,

1ms-độ dài ngắn của chương trình, tốc 1ms-độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi[1]

2.1.4.2 Về số lượng các đầu vào ra

Căn cứ vào số lượng đầu vào/ ra ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:

 Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra

 PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

 PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

 PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra[1]

2.1.5 Ưu nhược điểm của PLC

2.1.5.1 Ưu điểm

 Chức năng lập trình plc dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn

 Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao

 Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa, giảm đến 80% số lượng dây nối

 Cấu trúc của PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác

 Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp

 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác

2.1.5.2 Nhược điểm

 Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình

 Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn

 S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C và CPU 1217C Chúng khác nhau lớn nhất về kích thước bên ngoài và bộ nhớ làm việc bên trong Cụ thể:

 PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory

 PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory

 PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory

Hình 2.4 Bộ điều khiển lập trình CPU S7 – 1200, 1211C, DC/DC/DC

2.2.1.2 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU S7-1200 [1]

 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

 Bổ sung 4 cổng Ethernet

 Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24VDC

Hình 2.5 Cấu trúc phần cứng của CPU S7-1200

Hình 2.6 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7-1200 1211C DC/DC/DC

 Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái là ON và OFF

 Ngõ vào tương tự: Tín hiệu vào là tín hiệu tương tự; 4 – 20 mA hay 0 – 10 VDC

 Ngõ ra số: Gồm 2 trạng thái ON và OFF

 Ngõ ra tương tự : Tín hiệu ra là tín hiệu tương tự; 4 – 20 mA hay 0 – 10 VDC

 Khối mở rộng: Bộ S7-1200 cung cấp tối đa 8 module tín hiệu đa dạng, tối đa 3 module truyền thông và 1 mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý Nó có khả năng mở rộng, ngoài

ra còn có 3 module giao tiếp nhờ vào các giao tiếp truyền thông

 Phân chia bộ nhớ:

 Vùng nhớ ngõ vào số I: ghi nhận giá trị vật lý ngõ vào có thể sử dụng dưới dạng bit byte

 Vùng nhớ ra Q: xuất giá trị ra ngõ ra vật lý, có thể sử dụng dưới dạng bit byte

 Vùng nhớ đêm để xử lý chương trình: ký hiệu là M, dùng để tính toán lưu dữ liệu trong quá trình viết chương trình, có thể sử dụng dưới dạng bit, byte và word

 AIW và AQW: vùng nhớ lưu trữ giá trị analog ngõ vào và ra của PLC

 Vùng nhớ timer ký hiệu là T

 Vùng nhớ counter ký hiệu là C

 Vùng nhớ dữ liệu lưu được giá trị khi bị mất điện: có tên gọi là Retentive có thể dùng cho vùng nhớ M ở dụng byte, word hoặc bit Riêng đối với dạng bit phải cài đặt riêng

 Chu kỳ quét trong suốt chế độ RUN

 Đối với mỗi chu kỳ quét, CPU ghi các ngõ ra, đọc các ngõ vào, thực thi chuơng trình người dùng, cập nhật các module truyền thông, thực hiện các công việc nội dịch (housekeeping) và đáp ứng đến các sự kiện ngắt của người dùng và các yêu cầu truyền thông Các yêu cầu truyền thông được xử lý một cách định kỳ xuyên suốt quá trình quét

 Các hoạt động này (ngoại trừ các sự kiện ngắt của người dùng) được thực hiện thường xuyên và theo một trật tự tuần tự Các sự kiện ngắt của người dùng được kích hoạt sẽ được phục vụ vói mức ưu tiên theo trật tự mà chúng xuất hiện

 Hệ thống đảm bảo rằng chu kỳ quét sẽ được hoàn tất trong một chu kỳ thời gian được gọi là thời gian chu trình tối đa, nếu không một sự kiện lỗi thời gian sẽ được sinh ra

 Mỗi chu kỳ quét bắt đầu bằng việc tìm kiếm các giá trị hiện thời của các ngõ ra kiểu số hay kiểu tưorng tự từ ảnh tiến trình và sau đó ghi chúng đến các ngõ ra vật

lý của CPU, các module SB và SM được cấu hình cho việc cập nhật I/O tự động (cấu hình mặc định) Khi một ngõ ra vật lý được truy xuất bởi một lệnh, cả ảnh tiến trình ngõ ra và bản thân ngõ ra vật lý đều được cập nhật

 Chu kỳ quét tiếp tục bằng việc đọc các giá trị hiện thời của các ngõ vào kiểu số hay kiểu tưorng tự từ CPU, các module SB, SM được cấu hình cho việc cập nhật I/O tự động (cấu hình mặc định), và sau đó ghi các giá trị này đến ảnh tiến trình Khi một ngõ vào vật lý được truy xuất bởi một lệnh, giá trị của ngõ vào vật lý được truy xuất, nhưng ảnh tiến trình ngõ vào không được cập nhật

 Sau khi đọc các ngõ vào, chương trình người dùng được thực thi từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh cuối cùng Điều này bao gồm tất cả các OB chu kỳ chương trình cộng với tất cả các FC và FB có liên quan của chúng Các OB chu kỳ chương tình được thực thi theo trật tự của số hiệu OB, trong đó số hiệu OB thấp nhất được thực thi trước tiên

 Việc xử lý các truyền thông xuất hiện một cách định kỳ trong suốt quá trình quét,

có thể ngắt sự thực thi chương trình người dùng

 Các kiểm tra tự chẩn đoán bao gồm cả các kiểm tra định kỳ của hệ thống và các kiểm tra trạng thái module I/O

 Các ngắt có thể xuất hiện trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ quét, và được điều khiển theo sự kiện Khi một sự kiện xuất hiện, CPU ngắt chu kỳ quét và gọi

OB đã được cấu hình để thực thi sự kiện đó Sau khi OB hoàn thành việc thực thi

sự kiện, CPU khôi phục lại sự thực thi của chương trình người dùng tại điểm ngắt[1]

Hình 2.7 Màn hình MHI

- HMI (Màn hình HMI) là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh “Human Machine Interface”, được dịch là “giao diện người & máy” HMI là một giao diện (màn hình) có chức năng hiển thị và điều khiển nhằm mục đích giúp người vận hành có thể dễ dàng kiểm soát các thiết thị và máy móc

- HMI là một từ rất quen thuộc đối với những người hoạt động trong ngành

kỹ thuật, đặc biệt là trong các lĩnh vực điều khiển tự động hóa thông minh Khi nhắc đến HMI thì chúng ta thường nghĩ đến nó như là một loại màn hình hiển thị

có khả năng giao tiếp với các bộ điều khiển Thật vậy, đó là những loại HMI hiện nay (tức là các dòng HMI hiện đại), tuy nhiên trước đó đã có tồn tại một loại HMI thô sơ hơn (tạm gọi là HMI truyền thống)

- HMI hiện đại: HMI hiện đại chia làm 2 loại chính: HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA,Citect… và HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng,

hệ điều hành là Windows CE 6.0 Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PoketPC

2.3 Màn hình HMI

- HMI truyền thống: HMI truyền thống bao gồm các thiết bị nhập thông tin (công tắc chuyển mạch, nút bấm…) và các thiết bị xuất thông tin (đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy, ) Nhược điểm của HMI truyền thống là: thông tin không đầy đủ và không chính xác, khả năng lưu trữ thông tin hạn chế,

độ tin cậy và ổn định thấp, đối với hệ thống lớn để phát triển thì rất phức tạp rất

và rất khó mở rộng

 Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin

 Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết

 Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa

 Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

 Khả năng lưu trữ cao

Theo cổng truyền thông: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,

Theo giao thức truyền thông: MODBUS, MQTT, Ethernet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,

Theo tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email&SMS, Remote,

Dựa theo các cách phân loại HMI phía trên, tựa chung chúng ta có thể thấy được HMI gồm 3 phần chính:

- Phần cứng: màn hình, chíp, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối

- Phần mềm: viết chương trình, cấu hình phần cứng, thiết lập truyền thông và thiết

kế giao diện HMI

- Truyền thông: bao gồm các cổng kết nối, giao thức truyền thông như USB, RS232/422/485 Ethernet, CANbus, MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, và các tính năng nâng cao, mở rông

- HMI hiện đang là một sản phẩm khá phổ biến trên thị trường cả trong và ngoài nước, đặc biệt nó được ứng dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp đòi hỏi kỹ thuật hiện đại và tân tiến Kèm theo đó, các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp trên thế giới cũng lần lượt đầu tư và sản xuất hàng loạt các loại HMI để

cung ứng ra thị trường Tại thị trường Việt Nam thì có thể kể đến những hãng sản xuất HMI như: Siemen, Delta, Weintek, Mitsubishi, Ứng dụng vào mỗi công việc cũng như hoàn cảnh khác nhau mà ta có thể chọn ra các dòng HMI phù hợp nhất

- Một số ứng dụng cơ bản của HMI:

 Công nghiệp sản xuất, chế tạo máy, nâng cấp hệ thống và máy móc tự động

 Sản xuất, nâng cấp các dây chuyền tự động hóa công nghiệp

 Tự động hóa tòa nhà, điều khiển, quản lý, giám sát,

 Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp, xử lý nước, nước thải

 Quản lý, giám sát năng lượng điện, dầu, khí, gas,

 Trường đại học, trung tâm đào tạo, dạy nghề

 Nhà thông minh (smart home)

 Quan trắc môi trường: hiển thị, theo dõi, thu thập dữ liệu và giám sát từ xa

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 3.1 PLC Siemens S7-1200c DC/DC/DC Siemens Simatic 6ES7211-1AE40-0XB0: Bộ lập trình điều khiển CPU thuộc dòng 1211X Simatics S7-1200 Với nguồn cấp PLC, tín hiệu đầu vào /ra đều sử dụng điện áp một chiều

Hình 3.2 Sơ đồ khối vào/ra CPU 1211c DC/DC/DC

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động: từ 6V đến 15V

 Điện áp định mức: 12V

 Tốc độ chạy không tải ở 12V: 66 RPM

 Dòng điện không tải ở 12V: 60 mA

 Mô-men xoắn ở 12V: 5 kg.cm

Động cơ RC Servo MG90S là phiên bản nâng cấp của động cơ RC Servo 9G với các bánh răng được làm bằng kim loại cho lực kéo khỏe và độ bền cao, động cơ có kích thước nhỏ gọn, cách điều khiển giống như các động cơ RC Servo phổ biến trên thị trường hiện nay: MG996, MG995, 9G… Phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot cánh tay máy, robot nhện, cơ cấu chuyển hướng, cơ cấu quay góc…

Hình 3.4 Động cơ servo MG90S Thông số kỹ thuật:

Dùng để phát hiện sản phẩm đặt trên loadcell và trên băng chuyền

Hình 3.5 Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 Thông số kỹ thuật:

3.1.5 Cảm biến trọng lượng (Loadcell) [5]

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lƣợng thành tín hiệu điện

3.1.5.1 Cấu tạo

Hình 3.6 Cảm biến loadcell Loadcell đƣợc cấu tạo bởi 2 thành phần chính:

 Strain gage: là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi

bị nén hay kéo dãn và đƣợc nuôi bằng một nguồn điện ổn định, đƣợc dán chết lên

“Load”

 Load: một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi

Hình 3.7 Cấu tạo của loadcell

3.1.5.2 Nguyên lý hoạt động

Khi có tải trọng hoặc tác động lực lên thân loadcell, điều này sẽ làm cho nó bị biến dạng nén hoặc giãn, làm cho các loại kim loại của điện trở Strain gauge thay đổi chiều dài và tiết diện, kéo theo sự thay đổi giá trị của điện trở Strain gauge Sự thay đổi điện áp

đầu ra chỉ sẽ được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện

3.1.5.3 Phân loại

Cảm biến cân nặng chia làm 3 loại:

 Phân loại Loadcell theo lực tác động

 Phân loại theo hình dạng

 Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải

 HMI có vai trò vô cùng quan trọng trong phần kết nối người vận hành và các thiết bị máy móc Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay dùng hàng ngày Ngoài ra màn hình còn dùng để hiển thị các trạng thái cũng như các tín hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dùng