BÁO cáo đồ án THIẾT kế hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG sử DỤNG PLC s7 1200

Trong đó ngành tựđộng hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao dộng chocon người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiệnchất lư

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG SỬ DỤNG PLC S7 - 1200

ThS Võ Minh Thiện Nguyễn Thị Kim Loan 1900508

Phạm Trường Duy 1900010Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG SỬ DỤNG PLC S7 - 1200

ThS Võ Minh Thiện Nguyễn Thị Kim Loan 1900508

Phạm Trường Duy 1900010Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo khốilượng sử dụng PLC S7 – 1200” là công trình nghiên cứu độc lập, không sao chép các

đề tài khác

Đề tài là một sản phẩm do nhóm đã nổ lực nghiên cứu, trong đó có tham khảomột số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng Đề tài được nghiên cứu đảm bảo theo đúng mụctiêu đã đề ra Nhóm chúng em cam đoan chịu trách nhiệm hoàn toàn về bản quyền

Sinh viên thực hiện

Phạm Trường Duy Nguyễn Thị Kim Loan

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè Em xin chân thành cảm ơnquý thầy, cô trường Đại học Kỹ Thuật - Công Nghệ Cần Thơ cũng như các thầy côtrong khoa Điện - Điện tử - Viễn thông nói riêng, đã tận tình dạy dỗ em trong các mônđại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vữngvàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Ths Võ Minh Thiện đãtận tình giúp đỡ em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em trong suốt quá trìnhthực hiện đề tài Cung cấp cho em những kiến thức quý báu cũng như những lờikhuyên cực kỳ hữu ích Tạo động lực cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình

Em xin cảm ơn những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn cho việc thựchiện đề tài này Để hoàn thành em đã nổ lực nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, nhưng dothời gian còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhậnđược những lời góp ý chân thành từ thầy cô và các bạn để hoàn thiện hơn trong quátrình làm các đề tài tiếp theo

Em xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

Phạm Trường Duy Nguyễn Thị Kim Loan

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

1 TIA Totally Integrated Automation

2 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

3 PLC Programmable Logic Controller

4 CPU Central Processing Unit

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 1

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

4 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG 3

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 3

1.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm 3

1.3 Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người 4

1.4 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay 4

1.5 Giới thiệu cân định lượng 11

1.5.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay 11

1.5.2 Băng tải cân định lượng 12

1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung 13

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1.1 Lịch sử hình thành 14

2.1.2 Các loại PLC thông dụng 14

2.1.3 Ngôn ngữ lập trình 15

2.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC 15

2.1.5 Ứng dụng PLC 17

2.2 Giới thiệu về PLC S7 - 1200 17

2.2.1 Cấu trúc 17

2.2.2 Phân vùng bộ nhớ 20

2.2.3 Tệp lệnh S7 - 1200 20

2.2.3.1 Xử lý bit 20

2.2.3.2 Timer và counter 21

2.2.3.3 Lệnh toán học 22

2.2.3.4 Di chuyển và chuyển đổi dữ liệu 23

2.2.4 Sơ đồ đấu dây 23

2.3 Phần mềm Tia - Portal v16 25

2.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic 25

2.3.2 Các bước tạo một project 25

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG 26

3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 26

3.1.1 Sơ đồ khối chung của toàn bộ hệ thống 26

3.2 Lập trình điều khiển PLC S7 - 1200 29

3.2.1 Xác định đầu vào - ra 29

3.2.2 Lập trình PLC S7 - 1200 30

3.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada 41

3.3.1 Cấu hình thiết bị 41

3.3.2 Thiết kế giao diện Scada 42

3.4 Kết quả mô phỏng 42

3.4.1 Tải chương trình xuống PLC 42

3.4.2 Chạy runtime Scada 43

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

4.1 Kết luận 44

4.2 Kiến nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống 5

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý-cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc 6

Hình 1 3 Yêu cầu phân loại gạo theo màu sắc 7

Hình 1 4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 8

Hình 1 5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng 9

Hình 1 6 Một số hệ thống cân 11

Hình 2 1 Sơ đồ khối PLC 16 Hình 2 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay 23

Hình 2 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay 24

Hình 2 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 24

Hình 2 5 Giao diện của Tia – Portal v16 25

Hình 3 1 Phần cứng Scada 41 Hình 3 2 Kết nối PLC với Scada 41

Hình 3 3 Tải chương trình xuống PLC 42

Hình 3 4 Chạy runtime Scada 43

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Một số loại PLC thông dụng 14

Bảng 2 2 Một CPU S7 - 1200 18

Bảng 2 3 Phân vùng bộ nhớ 20

Bảng 2 4 Tập lệnh xử lý bit 20

Bảng 2 5 Tập lệnh Timer, Counter 21

Bảng 2 6 Tập lệnh toán học 22

Bảng 2 7 Tập lệnh di chuyển 23

Bảng 3 1 Đầu vào PLC S7 - 1200 29 Bảng 3 2 Đầu ra PLC S7 - 1200 30

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa, cùng với sự phát triển vượtbậc của khoa học kỹ thuật thì việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sảnxuất đang được phát triển rộng rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng Trong đó ngành tựđộng hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao dộng chocon người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiệnchất lượng sản phẩm, chính vì thế ngành tự dộng hóa ngày càng khẳng định được vị trícũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãitrong các hệ thống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vàolĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậmchạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnhchương trình đã được thiết lập trước

Đặc biệt trong sản xuất để quản lý dây chuyền sản phẩm cho toàn bộ hệ thống mộtcách hợp lý, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng thì việcgiám sát đòi hỏi có sự chính xác độ tinh cậy cao Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm em đãtiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế mô phỏng “Hệ thống phân loại sản phẩm theokhối lượng sử dụng PLC S7 - 1200”, giúp rút ngắn thời gian phân loại sản phẩm mộtcách chính xác

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu:

- Điều khiển, phân loại được các sản phẩm hoàn toàn tự động

- Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng khi thiết kế mô phỏng phải phânloại được sản phẩm theo từng khối lượng đã được lập trình trước đó

- Sử dụng được cảm biến cân trọng lượng để phân loại sản phẩm theo yêu cầu.Phạm vi nghiên cứu:

Tìm hiểu mô phỏng, thiết kế phân loại các sản phẩm có khối lượng nhỏ giới hạn vớimức cân và có ba mức hạn định cân là nhẹ, trung bình và nặng, cách lưu trữ thông tincũng như giám sát hoạt động của mô hình

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ứng dụng PLC kết hợp với cảm biến trọng lượng, điều khiển động cơ vào hệ thốngphân loại sản phẩm Tất cả quá trình hoạt động diễn ra được cài đặt sẵn và có thể thayđổi khối lượng theo nhu cầu sử dụng

Mạch mô phỏng đảm bảo phân loại đúng khối lượng yêu cầu đặt ra

4 Bố cục đề tài

Chương I: Tổng quan về phân loại sản phẩm theo khối lượng

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Chương III: Thiết kế phân loại sản phẩm theo khối lượng

Chương IV: Kết luận và Kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoahọc, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắmbắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nềnkhoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự độngnói riêng

điện-Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điệnnăng, giảm nhân công là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngàycàng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích choviệc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầuthiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng

Hiện nay nhu cầu phân loại size của nhiều loại sản phẩm khác nhau có trọng lượngkhác nhau của các công ty trong nước, trước đây được nhân công cân thủ công bằngcân điện tử Quá trình phân loại như vậy tốn nhiều nhân công, tăng chi phí sản xuất,tốn nhiều thời gian, độ chính xác không cao Để đáp ứng yêu cầu cần thiết đó, các hệthống băng tải phân loại size ra đời để dáp ứng nhu cầu, thời gian và năng suất cao củacác công ty Với đề đề tài thiết kế và thi công mô hình băng tải phân loại sản phẩmtheo trọng lượng để phục vụ nghiên cứu đáp ứng nhu cầu phân loại sản phẩm trong sảnxuất

1.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự độngnhằm phân chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đónggói hay loại bỏ sản phẩm hỏng

- Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có sựtham gia của con người hay không.

- Theo màu sắc: màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết chuyển sang tính hiệu sốrồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí

- Theo hình dáng kích thước bên ngoài

Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt của từngloại sản phẩm với nhau

1.3 Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người

Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời hình thành và phát triển trong giai đoạn kinh tếcủa thế giới nói chung và của đất nước ta nói riêng đã đánh dấu thêm những bướcngoặt quan trọng cho sự tiến bộ của khoa học-công nghệ kỹ thuật Có một tầm quantrọng ảnh hưởng lớn đến nền công nghiệp đặc biệt là đối với tình hình nước Việt Nam

ta hiện nay, làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho đời sống cũng như sự phát triển kinh tếcon người hứa hẹn một sự phất triển vững mạnh và ổn định lâu dài

Một lần nữa nó khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triểncung cấp phân phối sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con ngườiđược nâng cao hơn Vấn đề số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thểnhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về mẫu mã cũng như chủng loại của sản phẩm vàcũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe củacon người một cách hoàn hảo nhất

Từ đây sự thay thế của máy móc của các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thờigian lao động trực tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các quá trình khác để tạo

ra sản phẩm Nhận thấy một thế mạnh nữa là trong các công việc khó khăn, phức tạp đãđược thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ cần điều khiển hệthống, máy móc, thiết bị…tại một buồng điều khiển riêng biệt Nhờ vậy, mà sức khỏe

và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt

1.4 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay

Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sảnphẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phân loại,

nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc Một hệ thống hoàn chỉnh có thểphân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời giantrì hoãn hệ thống Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao và cótính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vìvậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầunày

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong cácnhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sản phẩmtheo màu sắc, theo chiều cao và theo hình dạng

 Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hình 1 1 Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống

Hệ thống phân loại gạo bằng màu sắc do Viện IMI phát triển và vấn đề tự độngnhận dạng, xử lý phân loại trong chế biến gạo phục vụ xuất khẩu, khả năng ứng dụngcông nghệ quang-cơ điện tử (opto-mechatronic technology) trong ứng dụng cụ thể của

“hệ máy nhìn” là đề tài được đánh giá cao tại VICA 6

Những năm gần đây, công nghệ quang học gắn kết với các hệ thống cơ điện tử rấtnhanh, tạo ra số lượng lớn sản phẩm cơ điện tử-các máy móc, hệ thống với những bộ

phận quang học “thông minh” Như Hình 1.1 sự hiện diện của công nghệ quang học

ngày càng rõ nét, cho phép nâng cao giá trị và hiệu năng của hệ thống, bởi các phần tửquang học kết hợp với các phần tử cơ điện tử nhúng trong hệ thống đã đem lại giảipháp cho nhiều vấn đề kỹ thuật hóc búa Dưới đây phân tích một số kết quả nghiên cứuứng dụng kỹ thuật quang-cơ điện tử trong máy phân loại gạo theo màu sắc của ViệnIMI

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý-cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc

Các hệ thống phân loại hạt theo màu sắc nói chung, phân loại gạo theo màu sắc nói

riêng có sơ đồ nguyên lý, cấu trúc như Hình 1.2

Vật liệu (gạo) được cấp bằng bộ cấp liệu rung xuống máng dẫn, ổn định quỹ đạotrên máng rối chuyển động qua vùng nhận dạng của camera (CCD hoặc CMOS) Màusắc của đối tượng dịch chuyển (hạt gạo) được nhận biết tức thời (xử lý thời gian thực)

và máy tính công nghiệp (IPC) ra quyết định về khả năng chấp nhận hạt đã nhận dạng,phát tín hiệu cho súng phun khí nén bắn hạt đó ra khỏi quỹ đạo dịch chuyển nếu hạtkhông đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thông qua màu sắc) và ngượclại thì không phát tín hiệu Qua khỏi vùng nhận dạng, gạo chính phẩm và chế phẩm sẽđược phân tách và chứa trong hai khoang chứa tách biệt Từ đó có thể đưa vào khohoặc qua máy đóng bao Việc xử lý và ra quyết định chỉ được phép diễn ra dưới 0,13mili giây Bài toán xử lý thời gian thực ở đây đóng vai trò quan trọng Nó đòi hỏi hệthống chiếu sáng phù hợp, kết cấu buồng nhận dạng chuẩn xác, cho phép phân tách cácngưỡng màu tốt.

Hệ thống camera ghi nhận hình ảnh gần như tức thời và tốc độ chuyển đổi tín hiệu,tốc độ tính toán rất cao Độ chính xác của kết cấu cơ khí cũng đóng vai trò quan trọngtrong việc ổn định dòng số liệu, giúp cho phần xử lý chỉ phải bù các sai số hệ thống.Bài toán ở đây là tổng hợp của nhiều nhiệm vụ phải giải quyết về cơ khí chính xác, kỹthuật quang điện, điện quang, hệ thống điện tử điều khiển, phần mềm xử lý, điện độnglực các cơ cấu tác động nhanh,…Các hệ thống cơ khí được gia công trên máy CNC với

độ chính xác đến 10-3mm Nguồn sáng sử dụng là đèn fluores-cence tần số cao(100kHz) Camera CCD quét dòng được tính toán chọn phù hợp về tốc độ, độ phângiải, độ nhạy Các van điện khí chuyên dụng có đặc tính trễ dưới 0,7 mili giây Phầnđiều khiển điện tử được Viện IMI thiết kế chế tạo trong nước

Cơ sở ánh sáng và vấn đề nhận dạng, phân loại hạt (nông sản) theo màu sắc

Hình 1 3 Yêu cầu phân loại gạo theo màu sắc Hình 1.3 là ảnh chụp hạt gạo đầu vào, đầu ra Gạo đầu vào (đã qua các công

đoạn khác của dây chuyền xử lý như xay xát, sàng sảy, đánh bóng,…) được nhận dạng

và xử lý loại bỏ các hạt ngoại lai (hạt đỏ, vàng, bạc bụng, tạp chất) Muốn phân loại tốt,phải nhận dạng chính xác, ra quyết định đúng và kịp thời để xử lý loại bỏ hạt ngoại laivốn được phân định theo màu sắc Các hạt ngoại lai được phân định dựa trên cơ sở lựachọn nguồn sáng phù hợp Không chỉ cần nguồn sáng phù hợp, quan trọng và khó khănhơn nhiều là phải đảm bảo camera nhận được màu sắc chuẩn xác, đây chính là mấuchốt để đảm bảo chất lượng nhận dạng

Nhìn chung hệ thống phân loại gạo theo màu sắc có tính chọn chuẩn xác cấu hình

hệ thống quang-điện, thiết kết kết cấu đảm bảo chất lượng ánh sáng ổn định, các thuậttoán như thu thập và xử lí theo thời gian thực, xử lí nhận dạng hạt,… được giải quyếttriệt để Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên thì hệ thống phân loại gạo theo màusắc khá phức tạp đối với người sử dụng và khó sửa chữa khi gặp vấn đề

 Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hình 1 4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Cấu tạo:

- Hai băng chuyền.

- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền

- Ba cảm biến nhận biết chiều cao

- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm

- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

- Hai van đảo chiều

- Các rơ le trung gian

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

- Nút nhấn

Nguyên lý hoạt động: 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 quadây đai Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiềucao 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 sảnphẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hếtbăng chuyền và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai Sau đóđộng cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyểnhộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng

Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong cácngành 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 5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng

Cấu tạo:

- Một băng chuyền

- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền

- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại

- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera)

- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

- Các rơ le trung gian

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

- Nút nhấn

Nguyên lý hoạt động:

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 kếcảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giácnhận 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 riêng biệt

- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.

- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh

Ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, còn có hệ thống phân loại sảnphẩm khác theo đặc tính của sản phẩm Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọnglượng, kích thước Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tựnhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặcđộng cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màusắc, cảm biến quang

thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể)

1.5 Giới thiệu cân định lượng

1.5.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay

Việc đo lường, kiểm soát các khối lượng trong các nhà máy, xí nghiệp rất quantrọng Trong nhiều quá trình, việc đo lường tốt giúp cho nhà máy hoạt động một cáchliên tục, năng suất cao và tạo ra những sản phẩm tốt Trước đây để định lượng nguyênvật liệu trong bồn chứa, phễu chứa trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng các sửphương pháp đo lường như đo bằng thể tích, đo mức, đo bằng lưu lượng, đo bằng cân

cơ học với sự cồng kềnh và độ chính xác không cao

Ngày nay, các hệ thống hiện đại đòi hỏi các hệ thống phải có độ chính xác cao vànăng suất lớn, được kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất đã cho ra đờicác hệ thống cân điện tử đo lường sử dụng loadcell Qua đó tiết kiệm chi phí tiêu haonguyên liệu, tăng năng suất, quản lý được chi phí sản xuất

Các hệ thống cân sử dụng loadcell thường dùng như: Cân bồn, cân phễu, cânbăng tải, cân dạng cơ,

Hình 1 6 Một số hệ thống cân

1.5.2 Băng tải cân định lượng

Cân băng tải định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử Nó cóthể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên

hệ thống băng truyền cấp liệu Điều này giúp cho quá trình hoạt sản xuất của doanhnghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sảnphẩm là đạt chuẩn Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩncao và mang lại nhiều giá trị hơn

Cấu tạo: cân băng tải định lượng gồm các phần:

Khung cơ khí phần giá đỡ toàn bộ hệ thống:Phễu chứa và cấp liệu, hệ thống conlăn băng tải, băng tải vân chuyển nguyên liệu, một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác

Hệ thống cảm biến, điều khiển: Thiết bị cảm biến lực (loadcell cân băng địnhlượng), thiết bị cảm biến tốc độ, bộ chỉ thị điều khiển, biến tần, động cơ truyền động

Hệ thống điều khiển tự động hóa: Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm, phầnmềm điều khiển cân băng định lượng.

Nguyên lý hoạt động:

Cấp liệu vào phiễu chứa - Cấp liệu lên băng tải - Xác định khối lượng/xác địnhtốc độ chạy - Phân tích thông số thô - Xác định được khối lượng chuẩn - Điều khiểnđịnh mức chuẩn - Hệ thống hoạt động vòng lặp

Bộ phận cơ khí: (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và con lăn nhỏ):Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa và cấp liệu Tại đây, liệu được đổ vào phễuchứa và bắt đầu quy trình của cân băng Liệu qua cửa cấp liệu (Vít tải hoặc cửa xả)chảy xuống băng tải Toàn bộ băng tải chảy liệu được gá trên khung cân băng, trên cáccon lăn trong đó con lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, con lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băngtải chạy Trong số băng tải nhỏ sẽ có bộ bận được cảm biện trọng lượng (loadcell) đểkiểm tra, đong đếm khối lượng chảy trên băng

Bộ phận cảm biến: (Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ)được gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện những trọng lực tác dụng trựctiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ phận điều khiển Encoder cảm biếntốc độ sẽ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được thông sốtốc độ của băng tải Kết hợp 2 thông số này lại sẽ có được thông số khối lượng trên giờ

để điều chỉnh được chính xác nhất

Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng,phần mềm cân băng): Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảmbiến lực, qua đầu cân điểu khiển xủa lý thông tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điềukhiển trên máy tính Từ đây những thông số thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủđiện Tại tủ điện điều khiển trung tâm sẽ có được những quyết định, thông số thời gianchạy trên băng và từ đó kiểm soát được đúng định mức khối lượng, thời gian cần thiết

1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung

Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng từ rất lâu bên cạnh những ưu điểm thì cònnhiều mặt hạn chế Đồng thời do khó sử dụng và giá thành khá cao nên nhiều người vớiqui mô sản xuất nhỏ khó có thể sử dụng các thiết bị đó Vì vậy, nhóm em đã thực hiệnnghiên cứu mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng sử dụng PLC Hệthống được mô phỏng khá đơn giản, dễ sử dụng và có thể đưa vào ứng dụng thực tế đểphục vụ cho dây chuyền phân loại sản phẩm của các nhà máy, xí nghiệp nhỏ và vừa

2.1.2 Các loại PLC thông dụng

Bảng 2 1 Một số loại PLC thông dụng

Hãng Siemens

S7 – 200: CPU 212, CPU 214, CPU 222, CPU 224…

S7 – 300: CPU 313, CPU 314, CPU 315…

S7 – 400: CPU 412, CPU 413, CPU 414, CPU 416… S7– 1200: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C…

Hãng Omron

Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2CDòng CQM1

Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H

Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP –

SV Dòng DVP – ES

2.1.3 Ngôn ngữ lập trình

Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm:

- Ngôn ngữ lập trình cơ bản:

- Instruction List (IL): dạng hợp ngữ

- Structured Text (ST): giống Pascal Các ngôn ngữ đồ họa:

- Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le

- Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý

- Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet

2.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC

Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạtđộng của toàn hệ thống

Các kênh truyền (các BUS): bus dữ liệu (thường là 8 bit), đường dẫn các thôngtin dữ liệu, mỗi dây truyền 1 bit dạng số nhị phân Bus địa chỉ (thường là 8 hoặc 16 bit),tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ Bus điều khiển, truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đếncác bộ phận Bus hệ thống, trao đổi thông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị nhậpxuất

Bộ nguồn: cung cấp nguồn một chiều (5V) ổn định cho CPU và các thành phầnchức năng khác từ một nguồn xoay chiều (110, 220V…) hoặc nguồn một chiều (12,24V…)

Hình 2 1 Sơ đồ khối PLC

Các thành phần vào/ra: đóng vai trò là giao diện giữa CPU và quá trình kỹ thuật.Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách ly giữa các thiết bị ngoại

vi (cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU

Đầu vào số (DI: Digital Input): các ngõ vào của khối này được kết nối với các bộchuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút ấn, công tắc, cảm biến tạo tín hiệu nhị phân Dảiđiện áp đầu vào có thể là 5 VDC, 12 - 24 VDC/VAC, 48 VDC, 100 - 120 VAC, 200 - 240VAC…

Đầu vào tương tự (AI: Analog Input): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệutương tự thành tín hiệu số Các ngõ vào của khối này thường được kết nối với các bộchuyển đổi tạo ra tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, hay ngõ

ra analog của biến tần Các chuẩn tín hiệu tương tự thường gặp là 4 20mA, 0 5V, 0 10V

-Đầu ra tương tự (AO: Analog Output): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu sốđược gửi từ CPU đến đối tượng điều khiển thành tín hiệu tương tự Các đầu ra của khốinày được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu tương tự như ngõ vàoanalog của biến tần, van điện từ…

Đầu ra số (DO: Digital Output): Các đầu ra của khối này được kết nối với các đốitượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo, cuộn hút Relay… Có 3 loại đầu

ra số là dạng Trans (1 chiều), Triac (xoay chiều) và Relay với các dải điện áp 5 VDC,

24 VDC, 12 – 48VDC/VAC, 120 VAC, 230 VDC

Phương thức thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòngquét (Scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổngvào số tới vùng bộ đệm ảo ngõ vào, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnhkết thúc Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộđệm ảo ngõ ra tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thôngnội bộ và kiểm tra lỗi Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi làthời gian vòng quét (scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phảivòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòngquét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chươngtrình được thực hiện và khối lượng dữ liệu truyền thông… trong vòng quét đó

2.1.5 Ứng dụng PLC

- Điều khiển các dây truyền đóng gói bao bì, tự động mạ tráng kẽm, sản xuất bia, sảnxuất xi măng…

- Hệ thống rửa ô tô tự động

- Điều khiển thang máy

- Điều khiển máy sấy, máy ép nhựa…

2.2 Giới thiệu về PLC S7 - 1200

2.2.1 Cấu trúc

S7 - 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh làmcho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7 - 1200.S7 - 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,các đầu vào vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chươngtrình điều khiển

S7 - 1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặcRS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7 - 1200 là Step 7 Basic Step 7 basic hỗ trợ bangôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal của Siemens

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớchương trình khác nhau PLC S7 - 1200 có các loại sau:

Tính năng CPU 1211C 1212C CPU CPU 1214C CPU 1215C

CPU tương tựKiểu 2 inputs 2 inputs 2 inputs 2 inputs / 2outputs

4 built – inI/O, 6 with

Singephase

3 at 100kHzSB: 2 at30kHz

3 at 100kHz

1 at 30kHz 3 at 100kHz3 at 30kHz 3 at 100kHz3 at 30kHz

SB: 2 at30kHz

Quadrature

phase

3 at 80kHzSB: 2 at20kHz

3 at 80kHz

1 at 20kHzSB: 2 at20kHz

3 at 80kHz

3 at 20kHz 3 at 100kHz3 at 20kHz

Tính năng CPU 1211C 1212C CPU CPU 1214C CPU 1215C

Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional)

Lưu trữ thời gian đồng

hồ thời gian thực Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C (duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)

PROFINET 1 cổng truyền thôngEthernet 2 cổng truyền thông Ethernet

- Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống

- Work memory là bộ nhớ lúc làm việc

- System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứacác dữ liệu cần lưu vào đây