phân loại sản phẩm theo khối lượng s7 1200

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài thiết kế hệ thống PLC phân loại sản phẩm theo khối lượng được tiếc hành công khai, dựa trên sự cố gắng, tìm hiểu và sự giúp đỡ của thầy Tấn và bạn bè Các số liệu v.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài thiết kế hệ thống PLC phân loại sản phẩm theo khối lượngđược tiếc hành công khai, dựa trên sự cố gắng, tìm hiểu và sự giúp đỡ của thầy Tấn vàbạn bè

Các số liệu và kết quả trong đề tài là trung thực hoàn toàn không sao chép kết quả

đề tài nghiên cứu tương tự Nếu có phát hiện sao chép tôi xin chịu hoàn toàn tráchnghiệm

Tác giả luận văn

1

LỜI CẢM ƠN

Báo cáo Tiểu luận môn học là tiền đề để trang bị cho sinh viên những kỹ năngnghiên cứu kiến thức cơ bản và quan trọng về chuyên ngành điện Công nghiệp nóichung và lĩnh vực Tự Động Hóa - PLC nói riêng trước khi ra trường và đi làm sau này Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện tử – Viễn thôngtrường Đại Học Sài Gòn, đặc biệt các thầy cô chuyên ngành Điện Công Nghiệp đã tậntình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gianngồi trên giảng đường làm nền tảng cho việc thực hiện dự án của chúng em

Xin trân trọng cảm ơn thầy Trương Tấn, giảng viên hướng dẫn đã tận tình giúp đỡgiúp em giải quyết được những khúc mắc để có thể hoàn thành dự án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2022 Sinh viên thực hiện

Trần Hà Hưng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Ngày… tháng … năm

Giảng viên nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN III PHỤ LỤC HÌNH ẢNH VI TÓM TẮT TIỂU LUẬN VII CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI VIII 1.1 Tổng quan VIII 1.2 Mục tiêu đề tài VIII 1.3 Nhiệm vụ tiểu luận VIII

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT 1

2.1 Tổng quan về PLC 1

2.1.1 PLC là gì? 1

2.1.2 Các dòng PLC hiện nay 1

2.1.3 PLC thay thế tiếp điểm của RELAY như thế nào? 2

2.1.4 Cấu trúc của PLC 2

2.1.5 Nguyên lý hoạt động của PLC 3

2.2 Giới thiệu phần mềm GX-Work 2 3

2.3 Giới thiệu về các linh kiện cần sử dụng 4

2.3.1 Giới thiệu về Mitsubishi FX-3U 4

2.3.2 Giới thiệu về băng tải PVC mini 6

2.3.3 Đồ gá 7

2.3.4 Nút nhấn 8

2.3.5 Nguồn tổ ong 24V 9

2.3.6 Relay 9

2.3.7 Aptomat 9

2.3.8 Van xylanh 10

2.3.9 Loadcell 11

2.3.10 Các linh kiện khác 11

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 12

3.1 Thiết kế phần cơ khí 12

3.2 Thiết kế phần điện 12

3.2.1 Sơ đồ của hệ thống 12

3.2.2 Lưu đồ thuật toán 13

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM 15

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 18

5.1 Một số hình ảnh của mô hình 18

5.2 Kết quả thực nghiệm 19

5.3 Đánh giá kết quả 19

5.4 Phương pháp khắc phục lỗi: 19

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 20

6.1 Kết luận 20

6.2 Hướng phát triển 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

5

PHỤ LỤC HÌNH Ả

Hình 2 1 Các loại PLC phổ biến 1

Hình 2 2 Các loại PLC phổ biến 1

Hình 2 3 Cấu tạo của PLC 2

Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động của PLC 3

Hình 2 5 Giao diện của phần mềm GX Work 4

Hình 2 6 PLC Mitsubishi FX - 3U 5

Hình 2 7 Sơ đồ ngõ vào PLC Mitsubishi FX - 3U 6

Hình 2 8 Băng tải PVC mini 7

Hình 2 9 Sản phẩm sau khi in 3D 8

Hình 2 10 Nút ấn ON, OFF, STOP 8

Hình 2 11 Nguồn tổ ong 24V 9

Hình 2 12 Relay 9

Hình 2 13 Aptomat Mitsubishi 10

Hình 2 14 Van 5/2 10

Hình 2 15 Loadcell 11Y Hình 3 1 Mô hình thực tế 12

Hình 3 2 Sơ đồ khối của hệ thống 13

Hình 3 3 Lưu đồ giải thuật 14

TÓM TẮT TIỂU LUẬN

Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá hiện đại Mộtđặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ dàng kết hợp nhữngviệc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một dây chuyền tự động So vớicác phương tiện tự động hoá khác, các dây chuyền tự động dùng robot có nhiều ưuđiểm hơn như dễ dàng thay đổi chương trình làm việc, có khả năng tạo ra dây chuyền

tự động từ các máy vạn năng, và có thể tự động hoá toàn phần

Ý tưởng đề tài xuất phát từ bài toán thực tế

Đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại hàng hóa theo khối lượng” là sự kết hợp của

công nghệ lập trình PLC, công nghệ thủy lực khí nén và các thiết bị điện công nghiệp,công nghệ chế tạo khuôn đúc , công nghệ in 3D,…

Đề tài nhằm giúp giải quyết vấn đề phân loại các sản phẩm lỗi, thiếu định lượng mộtcách nhanh chóng với quy mô và dây chuyền công nghiệp mà vẫn giữ nguyên vẹnhình trạng của sản phẩm Vì giới hạn của đề tài nên chúng em chỉ nghiên cứu và thửnghiệm trên các mô hình hàng hóa và sử dụng cảm biến loadcell

Mô hình được điều khiển bởi PLC Mitsubishi Fx-3U bằng phần mềm GX Work 2

với nhiệm vụ xuất và nhập code, chạy mô phỏng trực tiếp trên phần mềm

7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan

Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng khía cạnh, vàotrong các khâu của quá trình sản xuất Một trong những ứng dụng đó là Robot côngnghiệp, ngày càng được con người nghiên cứu và cải tiến để có thể nâng cao năng suấtlàm việc và thay thế con người làm các công việc vất vả hoặc những nơi nguy hiểm.Một số loại robot công nghiệp phổ biến như: robot hàn, robot cắt, robot sơn, robotpallet, robot gắp sản phẩm,…

Hiện nay ở Việt Nam , sử dụng cánh tay gắp sản phẩm robot đa số được làm từ kimloại hoặc hợp kim có độ cứng nhất định nên không thể ứng dụng vào các dây chuyềnphân loại các mặt hàng dễ vỡ Bắt nguồn từ vấn đề thực tế chúng em nghiên cứu đề tài

“Thiết kế hệ thống phân loại hàng hóa theo khối lượng” giúp cho sản phẩm không

bị biến dạng cũng như đảm bảo tính chính xác cao nhất của gói hàng

bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống Tập tính làm việc độc lập, khả năng tự suy nghĩ tìm tòi, học hỏi, phát huy năng lựccủa bản thân, nâng cao kỹ năng làm việc nhóm, rèn luyện tính trách nhiệm trong côngviệc

Ngoài ra còn tạo được 1 sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tế

1.3 Nhiệm vụ tiểu luận

Nhiệm vụ của đề tài này là thiết kế được mô hình phân loại hàng theo khối lượng.Chúng em lựa chọn phương án phân loại hàng theo khối lượng nhất định

Thời gian thực hiện gần 16 tuần cũng như trình độ chuyên môn có hạn nên chúng

em cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án Tuy nhiên giới hạn của đề tài là mô hình mônhọc nên hiệu suất làm việc của mô hình không cao Quá trình thực hiện đồ án phânloại bao gồm:

Nội dung 1: Tìm hiểu về loadcell

Nội dung 2: Tìm hiểu lựa chọn PLC và link kiện phù hợp

Nội dung 3: Tìm hiểu phương pháp lập trình PLC trên GX Work 2Nội dung 4: Tiến hành lắp ráp phần cứng

Nội dung 5: Tìm hiểu và viết code cho mô hình trên GX Work 2Nội dung 6: Tiến hành kiểm tra và đánh giá hiệu suất mô hìnhNội dung 7: Viết báo cáo

9

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về PLC

2.1.1 PLC là gì?

PLC là một từ viết tắt của Programmable Logic Controller, đây là thiết bị điều khiểnlập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logicthông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện mộtloạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõvào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sựkiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạtđộng theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ởđầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hayState Logic

2.1.2 Các dòng PLC hiện nay

Hiện nay trên thị trường có các loại PLC khác nhau của nhiều hãng như:

1 PLC Siemens: S7-400, S7-300, S7-1200, S7- 1500,…

2 PLC Mitshubishi: FX0-14/20/30, FX0N-24/40/60, FX1N-14/24/60MR, FX3U…

3 PLC Schneider: Modicon M2xx, Modicon M340, Modicon M580 ePAC,

3.1 PLC Delta: Delta dạng khối và Delta dạng Slim

3.2 PLC Omron

2.1.3 PLC thay thế tiếp điểm của RELAY như thế nào?

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiểnbằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

Giá cả cá thể cạnh tranh được

Hình 2 1 Các loại PLC phổ biếnHình 2.1 Các loại PLC phổ biến

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, cácmôi Module mở rộng

vị xách tay thì RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình

đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với cácPLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm trachương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485,…

2.1.5 Nguyên lý hoạt động của PLC

Các PLC sẽ có nguyên lý vận hành như sau: CPU sẽ điều khiển các hoạt độngbên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau

đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các

2Hình 1 2 Cấu tạo của PLC

Hình 2 2 Nguyên lý hoạt động của PLC

trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạtđộng thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

Hệ thống bus là bộ phận dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tínhiệu song song:

 Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.

 Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.

 Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng

bộ các hoạt động trong PLC

2.2 Giới thiệu phần mềm GX-Work 2

Phần mềm GX-Work2 là phần mềm của hãng Mitsubishi được nâng cấp và thaythế cho phần mềm GX Developer, lập trình cho các dòng PLC FX, Q, L, A, CNC.Phần mềm có một số tính năng như sau:

 Hỗ trợ đầy đủ tập lệnh để viết chương trình plc gồm các lệnh và hàm cơ bản

 Download và upload chương trình từ plc và máy tính

 Reset plc về mặc định nhà sản xuất, khóa mật khẩu, password

 Phần mềm còn tính hợp nhiều tính năng khác như test code chương trình có sẵn bằngcách debug

Hình 2 3 Giao diện của phần mềm GX Work

2.3 Giới thiệu về các linh kiện cần sử dụng

2.3.1 Giới thiệu về Mitsubishi FX-3U

Dòng sản phẩm mới PLC FX3U là thế hệ thứ ba trong gia đình họ FX-PLC, là mộtPLC dạng nhỏ gọn và thành công của hãng Mitsubishi Electric

Sản phẩm được thiết kế đáp ứng cho thị trường quốc tế, tính năng đặc biệt mới là hệthống “adapter bus” được bổ xung cho hệ thống bus hữu ích cho việc mở rộng thêmnhững tính năng đặc biệt và khối truyền thông mạng Khả năng tối đa có thể mở rộnglên đến 10 khối trên bus mới này

Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời gian chỉ 0.065µs trên một lệnh đơn logic, cùngvới 209 tập lệnh được tích hợp sẵn và cải tiến liên tục đặc biệt cho nghiệp vụ điềukhiển vị trí Dòng PLC mới này còn cho phép mở rộng truyền thông qua cổng USB, hỗtrợ cổng Ethernet và Cổng lập trình RS-422 mini DIN Với tính năng mạng mở rộnglàm cho PLC này nâng cao được khả năng kết nối tối đa về I/O lên đến 384 I/O, baogồm cả các khối I/O qua mạng

4

– Xuất xứ: Mitsubishi – Japan

 Sơ đồ đấu nối ngõ vào và ra

Hình 2 5 Sơ đồ ngõ vào PLC Mitsubishi FX - 3U

2.3.2 Giới thiệu về băng tải PVC mini

Băng tải PVC là loại băng tải thường được sử dụng tương đối nhiều trong cácdoanh nghiệp hiện nay Băng tải PVC dựa vào sự thích ứng của dây PVC qua các loạibăng tải trên mà nó cũng được ứng dụng cực kì rộng rãi như: trong chuyền tải thùngcarton, hộp, bao, bưu kiện, các linh kiện điện tử,…

6Hình 2 6 Băng tải PVC mini

 Cấu tạo:

 Khung băng tải được thiết kế từ nhôm định hình 2040

 Dây băng tải làm bằng dây PVC, có độ dày 2mm, có màu xanh lá

 Truyền động dây đai

 Hệ thống con lăn đỡ dây băng tải và rulo kéo bằng SUS

 Động cơ giảm tốc độ vô cấp

 Điều khiển tốc độ bằng vô cấp

 Tấm đỡ dây băng và hộp xích được thiết kế từ SUS

 Hệ thống điều khiển: Mitsubishi

 Ưu điểm băng tải PVC mini

Quá trình thực hiện bao gồm

- Bước 1: Thiết kế và mô phỏng trên phần mềm Soliworks

- Bước 2: Xuất file STL

- Bước 3: In 3D với nhựa PETG, độ đặc 40%, độ dày lớp 0,2mm

Hình 2 7 Sản phẩm sau khi in 3D

2.3.4 Nút nhấn

Nút nhấn là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, máy móchoặc một số loại quá trình trong điều khiển

Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng

và vỏ bảo vệ Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi khôngcòn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

2.3.5 Nguồn tổ ong 24V

Nguồn tổ ong là cách ngọi khác của nguồn xung Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn

từ hình dạng các lỗ thông hơi thoát nhiệt của bộ nguồn xung được đục lỗ lục giácgiống với cấu tạo của tổ ong nên dân gian gọi vậy cho thân thuộc dễ nhớ

8Hình 2 8 Nút ấn ON, OFF, STOP

Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sangnguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp vớimột biến áp xung.

2.3.6 Relay

Relay là một công tắc điện từ được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ cóthể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn nhiều Trái tim của relay là một nam châm điện(một cuộn dây trở thành một nam châm tạm thời khi dòng điện chạy qua nó) Khi bật

nó bằng một dòng điện nhỏ và nó bật (“đòn bẩy”) một thiết bị khác sử dụng dòng điệnlớn hơn nhiều

2.3.7 Aptomat

Aptomat – CB là một thiết bị với công dụng đóng ngắt tự động các mạch điệnmột cách an toàn, bảo vệ tối đa hệ thống và giúp các thiết bị điện tránh các trường hợpnhư sụt áp, cháy mạch… Ngoài ra, Aptomat còn để đóng cắt thiếu ổn định định cácmạch làm việc ở các chế độ bình thường, bảo vệ tối đa các thiết bị điện tử

9Hình 2 9 Nguồn tổ ong 24V

Hình 2 10 Relay

2.3.8 Van xylanh

Trong trường này chúng em sử dụng van 5/2 điều khiển bằng 1 cuộn dây Vì van5/2 có ưu điểm là đóng ngắt nhanh chóng, chỉ sử dụng 1 cuộn kích Giúp cho việc thựchiện dễ dàng hơn và dễ kiểm soát hơn

Hình 2 12 Van 5/2

2.3.9 Loadcell

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín

Khái niệm “strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của

lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiênchậm.Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào

thiết kế của Loadcell.

10

Hình 2 13 Loadcell

2.3.10 Các linh kiện khác

Các linh kiện khác như ống dẫn khí nén, sắt v lỗ, dây điện, bộ lọc khí nén, dâyđiện, ống xoắn bọc dây điện, tấm gỗ, khuếch đại loadcell,…

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG

3.1 Thiết kế phần cơ khí

Hình 3 1 Mô hình thực tế

Sử dụng tấm gỗ để làm đế cho các thiết bị, bố trí các thiết bị điện theo bố cục chứcnăng và mẫu loại cố định chúng bằng vít bắn gỗ vì dễ dàng thay đổi vị trí nếu có saisót Đặt các đường đi dây điện ở trung tâm nhằm cho bảng điện gọn gàng dễ đi dây

3.2 Thiết kế phần điện

3.2.1 Sơ đồ của hệ thống

12

Hình 3 2 Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm một bộ xử lý trung tâm là PLC Mitsubishi 3U, nhận tín hiệu vào từ cảm biến vật cản hồng ngoại, nút nhấn xử lý và điều khiểncác cơ cấu chấp hành, đó là relay, đèn báo

FX-Khi ta cấp nguồn vào PLC Mitsubishi FX-3U, cảm biến vật cản hồng ngoại vàvan đảo chiều 5/2 Khi được cấp nguồn động cơ sẽ chạy cho đến khi nhận tín hiệu từcảm biến Khi cảm biến tác động sẽ truyền tính hiệu vào PLC Sau đó PLC sẽ truyềntín hiệu vào relay động cơ sẽ dừng và đồng thời PLC sẽ truyền tín hiệu qua relay, vanđảo chiều có điện làm cho xy lanh hoạt động

3.2.2 Lưu đồ thuật toán

Nguồn 12VNguồn 24V

Băng tảiCảm biến