LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho em xin chân thành cảm ơn Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại học Sài Gòn và Thạc sĩ Trương Tấn đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và thực hiện tiểu luận tốt nghiệp này E.
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên cho em xin chân thành cảm ơn Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đạihọc Sài Gòn và Thạc sĩ Trương Tấn đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập vàthực hiện tiểu luận tốt nghiệp này
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trương Tấn đã tận tình chỉ dẫn cho
em trong quá trình thực hiện đề tài này Em cũng xin cảm ơn các thầy cô đã giảngdạy và truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích để thực hiện tiểu luận này và tạobước đệm cho sự nghiệp sau này
Trong quá trình thực hiện, dù dã có tham khảo qua các tài liệu, do giới hạn kiếnthức và khả năng lý luận nên còn nhiều thiếu sót và hạn chế em mong các thầythông cảm Vì vậy em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để hoàn thiện hơntrong quá trình sau này
Xin chân thành cảm ơn!
Trang 2MỤC LỤC
Trang 3DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
PLC : Programmable Logic Control
CPU : Bộ Xử Lý Trung Tâm
LAD : Ladder Logic
STL : Structured Text
Trang 5DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang 6MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnhvực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phảinắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sựphát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹthuật điều khiển tự động nói riêng
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất,chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trongnhững khâu sản xuất tự đông hóa đó là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điềukhiển lập trình PLC Siemens
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu thì em quyết định chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO”
Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mô hình phân loại sản phẩm như phân loạitheo màu săc, phân loại theo khối lượng theo kích thước Nhưng với những sảnphẩm có chiều cao theo tính chất của sản phẩm thì các mô hình phân loại kia khôngphù hợp Vì vậy chúng ta cần một hướng xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phân loạinày đó là phân loại dựa trên chiều cao của sản phẩm
Trang 7Bước đầu biết xây dựng một hệ thống SCADA tương đối hoàn chỉnh, điều khiểnlập trình PLC và thiết kế giao diện WinCC mang tính linh hoạt, điều khiển dựa vàochương trình và thực hiện lệnh logic Em hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này sẽtiếp thu nhiều hơn về các vấn đề liên quan đến PLC và phần mềm WinCC như: cấuhình phần cứng, tập lệnh của PLC, WinCC, xây dựng lưu đồ và viết chương trìnhđiều khiển hệ thống cũng như các giao thức kết nối giữa chúng.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống SCADA phân loại sản phẩm theo màu sắc,nguyên lý hoạt đông của PLC, phần mềm WinCC, cách truyền dữ liêu giữa chúng
Từ đó xây dựng chương trình điều khiển hê thống bằng PLC Siemens và phần mềmWinCC
Nội dung nghiên cứu
Khi thực hiên đề tài em đã tiến hành nghiên cứu sơ lược các nôi dung cơ bản củaPLC S7-1200 và phần mềm WinCC, cụ thể gồm các nôi dung sau:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Điều khiển mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.Chương 3: Hoàn thiện và đánh giá mô hình
Sau một thời gian tìm hiểu, thực hiên tiểu luận “Thiết kế và mô phỏng hệ thốngphân loại sản phẩm theo chiều cao” đã hoàn thành được phần nào Em xin chânthành cảm ơn thầy giáo Trương Tấn đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, giúp đỡ emtrong suốt quá trình thực hiện tiểu luận
Trang 8CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung :
Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng khía cạnh,vào trong các khâu của quá trình sản xuất, và được phổ biến trong các doanh nghiệpsản xuất tại Việt Nam cũng như các nước trên quốc tế Nhờ vậy có thể đóng góp vào
sự phát triển chung của khoa học kĩ thuật và công cuộc “Công nghiệp hóa - Hiện đạihóa đất nước”
Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc, tính chất vật liệu,theo kích thước,…dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạtđược những mục đích mà con người mong muốn
Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức
mà chúng em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiềulần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao, phân loại được tất cả các sảnphẩm về mọi mặt Nên em thiết kế và thi công mô hình sử dụng băng chuyền đểphân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩmđược sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự có ýnghĩa với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, đểxứng tầm với sự phát triển của thế giới
Trong việc thiết kế và chế tạo, quy trình được thể hiện qua 3 quá trình sau:
+ Đưa sản phẩm và thùng chứa vào vị trí định trước
+ Phân loại các sản phẩm theo các chiều cao khác nhau
+ Xi lanh sẽ tự động đẩy sản phẩm vào vị trí khi cảm biến nhận được tín hiệu
1.2 Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm:
Từ xa xưa con người chúng ta đã biết cách phân loại ra những mặt hàng sảnphẩm để phục vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho nhu cầu buôn bán trao đổi hànghóa Nhưng những việc làm ấy vẫn còn thô sơ và mất nhiều thời gian, khi nền kinh
Trang 9tế hiện nay bắt đầu phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học và kỹ thuật thì conngười đã biết cách áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máy móc dần đượcthay thế cho sức lao động của con người Chính vì thế mà các dây chuyền phân loạisản phẩm được ra đời và phát triển mạnh mẽ.
Phân loại sản phẩm là một trong những hình thức đã và đang áp dụng nhiềutrong quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp khác nhau tại khắp các quốc giatrên thế giới Với mục tiêu nhằm nâng cao tính ổn định và chất lượng của công việc,
vì vậy hệ thống phân loại sản phẩm ngày càng được tin dùng rất nhiều Tuy nhiên,
có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này rất cao, vì vậy hiện nay đaphần chỉ được áp dụng trong các hệ thống nhà máy có yêu cầu phân loại phức tạp,còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp từ conngười
1.3 Phân loại sản phẩm theo chiều cao:
1.3.1 Khái quát:
Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng ngõ ngách,vào trong các khâu của quá trình sản xuất Một trong những ứng dụng đó là côngnghệ phân loại sản phẩm theo chiều cao
Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm như màu sắc, tính chất vật liệu,theo kích thước, Dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạtđược những mục đích sau:
+ Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động
+ Giảm sự nặng nhọc cho người công nhân, tiết kiệm thời gian Giảm được chiphí sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm
Trước những yêu cầu thực tế đó, em đã chọn và làm đề tài “Thiết kế thi công
mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao” Cảm biến phân loại sẽ được đặt trênbăng chuyền, khi sản phẩm đi qua cảm biến sẽ được cảm biến phát hiện sản phẩm
Trang 10và nhận biết được sản phẩm thuộc độ cao nào sau đó tay đẩy đưa sản phẩm vào vịtrí đã định trước.
Hình 1:Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao
Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong thực tếmang lại hiệu quả cao như hệ thống phân sản phẩm theo chiều cao, màu sắc, vậtliệu Các hệ thống này ngày càng được cải tiến, đáp ứng được nhu cầu của conngười
Trang 11Từ những vấn đề đó, em đã hướng đến đề tài “Thiết kế thi công mô hình phânloại sản phẩm theo chiều cao”.
- Có kích thước phù hợp, không gian làm việc hiệu quả
- Hệ thống dễ điều khiển và làm việc tin cậy
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động
- Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn
- Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, có khả năng cải tiến công nghệ
- Vốn đầu tư phù hợp, chi phí vận hành thấp, phải mang tính thẩm mỹ
1.3.4 Nội dung thiết kế:
Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành như: Thực hành điều khiển dâychuyền công nghiệp, thực hành PLC, truyền động điện, điều khiển logic khả trìnhPLC Trên tình hình thực tế hiện nay, đưa ra các phương pháp thiết kế trên lýthuyết, ta chọn phương pháp có hiệu quả nhất Đưa ra các phương án khác nhau,thiết lập phương án thích hợp để giải quyết một số vấn đề và mang lại hiệu quảnhất
Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao gồm các thành phần sau:
- Băng chuyền dùng để di chuyển sản phẩm
- Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và phân loại sản phẩm
- Xilanh đẩy phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn
Trang 12- Bộ lập trình PLC S7 1200CDCDC.
Trang 13CHƯƠNG 2: ĐIỂU KHIỂN MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO CHIỀU CAO 2.1 Giới thiệu tổng quan về PLC S7-1200:
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sứcmạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tựđộng Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đãkhiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiểnnhiều ứng dụng đa dạng khác nhau
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào vàmạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLCmạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạchlogic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng.CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trìnhngười dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì,các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chươngtrình điều khiển:
- Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùngcấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
- Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn
mã nằm trong một khối xác định
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232hay RS485
Trang 14Hình 2 1:PLC S7-1200, CPU 1212C DC/DC/DC
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dunglượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụngkhác nhau
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214CKích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
Trang 15Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C
Tốc độ thực thi tính toán
thực
18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh
Bảng 1: Các loại CPU khác nhau
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu
để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các moduletruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác
Modul
e
Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
Trang 16Kiểutương tự
Bảng 2: Các loại module khác nhau
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Ngườidùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vàophía trước của CPU
• SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
• SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự
sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485
• CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
• Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một
CM khác)
Trang 172.2.2 Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống:
2.2.2.1 Băng tải:
Khái niệm băng tải:
Băng tải là một thiết bị xử lý vật liệu cơ khí di chuyển hàng hóa, vật tư từ nơinày đến nơi khác trong một đường dẫn xác định trước Băng tải đặc biệt hữu íchtrong các ứng dụng liên quan đến việc vận chuyển vật liệu nặng hoặc cồng kềnh
Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiềuloại vật liệu Bên cạnh đó là sản xuất, băng chuyền giảm nguy cơ chấn thươnglưng, đầu gối, vai và chấn thương chỉnh hình khác
Việc sử dụng băng tải khác nhau tùy theo vị trí, loại sản phẩm đang được dichuyển, khoảng cách mà đối tượng sẽ được di chuyển Tiêu chuẩn cho băng tảiđược đo lường và xác định bởi tải trọng tối đa, trọng lượng của sản phẩm, sốlượng các mảnh trên một đơn vị thời gian, tải trọng, tốc độ và dòng chảy của vậtliệu
Có hai loại chính của băng tải trong sản xuất hiện nay Băng tải cao su là loạiphổ biến nhất Một băng tải cao su thường là một vành đai vô tận làm của một sốloại vải hay cao su Các vòng cao su di chuyển giữa các ròng rọc với hỗ trợ tại cácđiểm trung gian dọc theo chu vi vành đai Băng tải cao su có thể mang theo nhiềuloại vật liệu khác nhau Các vật liệu có thể là những tảng đá có kích thước nhưquặng hoặc bột nguyên chất Tốc độ sẽ khác nhau tùy theo nhu cầu của các thiết bịsản phẩm và chế biến
Hình 2 2: Băng tải
Trang 18 Các loại phổ biến:
- Băng tải cao su: Chịu được nhiệt và sức tải lớn
- Băng tải xích: Thường được sử dụng trong ứng dụng tải dạng chai, sảnphẩm cần độ vững chắc
- Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựaPVC,băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor
- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phương thẳng đứng hướng lêntrên
- Băng tải PVC : Có sức tải nhẹ và thông dụng với kinh tế
- Băng tải góc cong: chuyển hướng của sản phẩm từ 30 đến 180 độ
Mỗi loại băng tải có hình dạng và chức năng khác nhau, cho nên tuỳ vào mụcđích sử dụng mà người sử dụng lựa chọn chọn loại băng tải cho hợp lí để băng tải
có thể phát huy được hết chức năng của nó Đồng thời, có thể tiết kiệm được rấtnhiều chi phí và tăng năng suất cho công việc Trong từng trường hợp cụ thể thì sẽ
sử dụng loại băng tải khác nhau cho nên cần tìm hiểu kĩ để sử dụng vào đúng mụcđích và đem lại hiệu quả cao
Cấu tạo băng tải:
- Khung băng tải : thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điệnhoặc inox
- Dây băng tải: Thường là dây băng PVC dày 2mm và 3mm hoặc dây băng
PU dầy 1.5mm
- Động cơ chuyền động: Là động cơ giảm tốc công suất 0.2KW, 0.4KW,0.75KW, 1.5KW, 2.2KW
- Bộ điều khiển băng chuyền: Thường gồm có biến tần, sensor, timer, PLC
- Cơ cấu truyền động gồm có: Rulo kéo, con lăn đỡ, nhông xích
- Hệ thống bàn thao tác trên băng chuyền thường bằng gỗ, thép hoặc inoxtrên mặt có dán thảm cao su chống tĩnh điện
- Hệ thống đường khí nén và đường điện có ổ cắm để lấy điện cho các máydùng trên băng chuyền
Nguyên lý làm việc của băng tải:
Khi rulô chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sátgiữa rulô và dây băng băng tải Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tảikhi dây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulô bị động để dây băng tải căng
Trang 19ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băngtải và Rulô sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến Khi các vật liệu rơixuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển động củabăng tải.
Để tránh băng tải bị võng, người ta dùng các Con lăn đặt ở phía dưới bề mặtbăng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma sát trên đường đi của băng tải Băngtải cao su được bao bọc bởi chất liệu cao su chất lượng cao, bên trong làm bằngchất liệu Polyester, một loại sợi tổng hợp và sợi Poliamit, có đặc tính rất bền,chịu được nước, chịu được thời tiết ẩm, dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc,chịu mài mòn và ma sát cao
Ưu điểm của băng tải:
- Tiết kiệm chi phí thuê nhân công
- Hạn chế tối đa sức người trong sản xuất
- Đem lại năng suất cao vượt trội so với sử dụng sức người hay các dụng cụvận chuyển truyền thống
- Thành phần cấu tạo không bị hao mòn hay hỏng trong quá trình sản xuất
- Chi phí đầu tư không quá cao so với hiệu quả mang lại
- Tính ổn định, độ bền và tuổi thọ cao
Nhược điểm cảu băng tải:
- Không nên chạy tốc độ quá nhanh dễ dẫn đến lệch trục, gây hại cho conlăn
- Tuy nhiên, các nhược điểm của băng tải cao su có thể dễ dàng khắc phụcthông qua thiết kế của khung băng tải (khung băng tải điều hướng, động cơ,con lăn, )
- Ngoài ra, khi hệ thống này hoạt động liên tục, chúng ta cũng cần phải kiểmtra và bảo dưỡng định kỳ con lăn bởi thiết bị có thể sẽ tì đè lên con lăn, gâyhạn chế chuyển động
- Không thể tải theo độ cong