HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS... HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐ
Giới thiệu
Thực trạng của phân loại nông thủy sản
Ngành thực phẩm Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, trong đó ngành nông thủy sản xuất khẩu đóng vai trò chủ đạo góp phần mang lại ngoại tệ lớn cho đất nước Tuy nhiên, nguồn lao động khan hiếm là thách thức lớn, khiến các doanh nghiệp và nhà máy phải tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả để duy trì đà phát triển.
Công nhân thường phân loại sản phẩm bằng tay hoặc mắt thường, gây ra sai số cao trong quá trình làm việc Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn làm tăng chi phí và thời gian đào tạo cũng như yêu cầu về kinh nghiệm sản xuất cho doanh nghiệp.
Dòng sản phẩm máy phân loại ra đời nhằm giải quyết vấn đề nhân công sản xuất và nâng cao hiệu quả công suất Thiết bị phân loại giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu lao động thủ công và tăng năng suất làm việc Nhờ vào công nghệ tiên tiến, máy phân loại cung cấp hiệu quả cao và độ chính xác tuyệt đối, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp Sử dụng máy phân loại không chỉ tiết kiệm chi phí nhân công mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm, thúc đẩy sự phát triển bền vững của doanh nghiệp.
Tổng quan về các hệ thống tự động phân loại sản phẩm nông thủy sản
Các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng đảm bảo an toàn, dễ sử dụng và nâng cao hiệu suất công việc Chúng còn góp phần duy trì vệ sinh thực phẩm và giảm thời gian lao động của công nhân, mang lại sự tiện ích và hiệu quả trong quy trình sản xuất.
Sử dụng điện, không có khí thải, chất liệu không gây hại môi trường
1.2.1 Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt
Hình 1.1: Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt
Máy phân loại trọng lượng gia cầm bằng băng tải hiệu quả, phù hợp cho các loại gia cầm như gà và vịt.Thiết bị này giúp tối ưu hóa quy trình làm sạch gia cầm bằng phương pháp thủ công, nâng cao năng suất và chất lượng Ngoài ra, máy còn phân loại các phần thịt như ức gà, cánh gà và chân gà với các mô hình nhỏ hơn phù hợp cho từng loại phần thịt riêng biệt, đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng.
• Máy phân loại gồm 4 phần: thiết bị cung cấp thủ công, dây đai đệm, dây cân và băng tải phân loại
• Tốc độ phân loại: 100pcs/min
• Kích thước sản phẩm tối đa: 400x250x100mm (Dài x Rộng x Cao)
• Kích thước hệ thống cân: 600x300mm (Dài x Rộng)
• Tốc độ phân loại cao: 6000 pcs / phút có thể điều chỉnh
• Chống thấm nước và chống ẩm, thiết bị chống ngưng tụ trong hộp điện
• Hệ thống cân và kiểm soát đáng tin cậy và ổn định
• Có thể xuất dữ liệu cân xuống cổng USB trong trang tính Excel
• Màn hình hoạt động: Màn hình cảm ứng màu 8 inch
• Bộ tay gạt mạnh mẽ: Ba triệu lần
• Chức năng đếm cho từng trạm trọng lượng có sẵn
1.2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay
Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay
Hệ thống tự động cho phép đưa nhiều loại sản phẩm vào khay cân để cân và phân loại chính xác Các sản phẩm mềm, loãng và nhớt hơn dễ dàng được phân loại, giúp tối ưu hóa quá trình xử lý Phù hợp để cân và phân loại các loại gia cầm, hải sản và thảo mộc, nâng cao hiệu quả công việc và giảm thiểu lỗi.
• Mã sản phẩm: YGW-YP170F8
• Tốc độ phân loại: 250-300 pcs/phút
• Kích thước sản phẩm tốt đa: 120x80mm (Dài x Rộng)
• Khay nạp có thể được tùy chỉnh với 4 kích cỡ: nhỏ, vừa, lớn và siêu lớn
• Mức độ phân loại sản phẩm từ 4-16 mức
• Toàn bộ động cơ được thiết kế an toàn, không thấm nước và chống lại sự ăn mòn của nước biển Đạt mức chống nước IP65 trở lên
• Tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm HACCP, IFS, CE và FDA
• Giao diện hoạt động dễ sử dụng: Màn hình màu cảm ứng 10 inch, có tính bảo mật người dùng, lưu trữ thông số 100 sản phẩm
Lưu trữ và xuất dữ liệu thuận tiện nhờ khả năng kết nối Bluetooth, cho phép truyền dữ liệu sang USB dễ dàng Thiết bị còn hỗ trợ kết nối các thiết bị ngoại vi và quản lý nhiều máy cùng lúc, nâng cao hiệu quả công việc và tối ưu hóa quá trình vận hành.
• Tốc độ có thể điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu
• Chức năng báo cáo, tạo báo cáo ở định dạng Excel
• Bảo hành 1 năm và dịch vụ trọn đời
1.2.3 Máy phân loại trọng lượng kết hợp với nhận dạng hình ảnh
Hình 1.3: Máy phân loại trọng lượng kết hợp với nhận dạng hình ảnh
Máy phân loại trọng lượng và kiểm tra bằng hình ảnh là công nghệ thế hệ mới được phát triển độc lập, tích hợp sáng tạo giữa phân loại trọng lượng ban đầu và phân loại trực quan Thiết bị này có khả năng tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm hải sản và các ngành công nghiệp hậu cần, nâng cao năng suất và chính xác trong kiểm tra chất lượng Với thiết kế tiên tiến, máy giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả vận hành và đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng một cách tối ưu.
• Mã sản phẩm: YGW-SJ200F8-2
• Tốc độ phân loại: 200pcs/phút
• Kích thước sản phẩm tối đa: 200x130mm (Dài x Rộng)
• Thiết bị cho nhiều ứng dụng, phân loại theo kích thước khác nhau thông qua hình ảnh
• Hai chức năng phân loại sản phẩm theo trọng lượng và hình ảnh có thể tùy chọn theo nhu cầu của khách hàng
• Giao diện thân thiện với người dùng với màn hình cảm ứng màu 17 inch
• Chức năng báo cáo, tạo và cập nhật báo cáo ở định dạng Excel
• Lưu trữ và xuất dữ liệu thuận tiện
• Thiết kế chống thấm chuyên nghiệp
• Bảo hành 1 năm và dịch vụ trọn đời.
Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài
Mục tiêu công nghệ: áp dụng công nghệ điều khiển tự động Grafcet và sử dụng PLC S7-1200 để vận hành hệ thống
Mục tiêu giám sát và phân tích quá trình hoạt động trên màn hình HMI để nâng cao năng suất lao động và đạt năng suất cao
Vì hạn chế về kiến thức và thời gian, đề tài tập trung vào việc tìm hiểu, thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm dựa trên 3 khoảng khối lượng chính: 40g - 105g, 105g – 185g, và hơn 185g Kết quả nghiên cứu từ đề tài này có thể được sử dụng để bổ sung, chỉnh sửa và phát triển thành các hệ thống phân loại thực tế, đáp ứng nhu cầu ứng dụng trong sản xuất và logistics.
Khái quát hệ thống dự kiến
1.4.1 Các thông số kỹ thuật yên cầu để thiết kế
Dự kiến thiết kế mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng:
• Băng tải: băng tải vận chuyển sản phẩm dài 300mm và băng tải phân loại sản phẩm dài 600mm
• Cơ cấu đẩy vật: xy lanh sử dụng hệ thống khí nén thông qua việc điều khiển van điện từ
• Cảm biến: sử dụng cảm biến loadcell để cân vật và cảm biến hồng ngoại để phát hiện vật
• Hệ thống nút nhấn: nút nhấn Start, nút nhấn Stop, nút nhấn Emergency, công tắc 3 vị trí và các nút nhấn cho chế độ Manual
1.4.2 Các yêu cầu về an toàn
CB để bảo vệ nguồn điện và các thiết bị điện
1.4.3 Mô tả chức năng của hệ thống
Chế độ tự động: các quá trình vận chuyển, cân và phân loại sản phẩm sẽ được hệ thống làm việc một cách tự động
Hệ thống chế độ thủ công cho phép người dùng điều khiển các thiết bị như băng tải vận chuyển sản phẩm và băng tải phân loại bằng các nút nhấn Ngoài ra, chế độ này còn điều khiển các xy lanh 1, xy lanh 2 và xy lanh 3 để thực hiện các hoạt động thủ công linh hoạt Điều này giúp vận hành hệ thống dễ dàng và chính xác hơn theo yêu cầu của quá trình sản xuất.
1.4.4 Sơ đồ khối của hệ thống
VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN
PC/SCADA ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI
XYLANH ĐÈN BÁO CẢM BIẾN TỪ
Hình 1.4: Sơ đồ khối của hệ thống
Chức năng của từng khối:
• Nguồn cấp: Cung cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị trong hệ thống
• Cảm biến khối lượng: Tạo ra tín hiệu điện có độ lớn tỷ lệ thuận với lực được đo
• Cảm biến hồng ngoại: Phát hiện vật bằng cách phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại trong môi trường
• Cảm biến từ: Phát hiện ra vật mang từ tính không tiếp xúc ở khoảng cách gần, dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ
• Nút nhấn: Nhiệm vụ đóng, cắt dòng điện
PLC nhận các tín hiệu đầu vào dạng số hoặc tương tự và xử lý để xuất ra các tín hiệu đầu ra số điều khiển các thiết bị đầu ra tương tự hoặc số, đảm bảo hoạt động tự động và chính xác trong hệ thống điều khiển công nghiệp.
• PC/SCADA: Thiết bị lập trình
• Relay trung gian: Khối trung gian chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác
• Động cơ băng tải: Điều khiển băng tải
• Van điện từ khí nén: Điều khiển chuyển động của xylanh
• Xy lanh: Đẩy vật thông qua việc điều khiển van điện từ khí nén
• Đèn báo: Nhiệm vụ hiển thị, báo sự cố
1.4.5 Các phần mềm và công cụ tính toán
FluidSIM-P: phần mềm để mô phỏng các mạch khí nén, thủy lực, điện và vẽ lưu đồ giải thuật cho hệ thống
Hình 1.5: Giao diện FluidSIM-P Solidworks: phần mềm thiết kế các mô hình phần cứng cho hệ thống phân loại sản phẩm
Hình 1.6: Giao diện thiết kế Solidworks
Tia Portal V16: phần mềm lập trình được tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống
Hình 1.7: Giao diện lập trình Tia Portal V16
Microsoft Visio: phần mềm để vẽ các sơ đồ mạch điện khác nhau từ đơn giản đến phức tạp tùy thuộc vào môi trường làm việc
Hình 1.8: Giao diện thiết kế Microsoft Visio
12 Automation Studio: phần mềm thiết kế mạch và mô phỏng hệ thống khí nén
Hình 1.9: Giao diện thiết kế Automation Studio
Thiết kế phần cứng
Thiết kế cơ khí cho hệ thống
Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mô hình phân loại
- Băng tải 1: Vận chuyển sản phẩm vào khu vực bàn cân
- Băng tải 2: Vận chuyển sản phẩm đến các cơ cấu phân loại khi đã cân xong
- Xy lanh 1: Đẩy sản phẩm sang khu vực phân loại khi đã cân xong
- Xy lanh 2 và xy lanh 3: Đẩy sản phẩm vào khu vực đã được nhận lệnh
- Cảm biến 1, 2 và 3: Cảm biến phát hiện vật
2.1.2 Thiết kế băng tải và bàn cân
Băng tải 1: Băng tải vận chuyển sản phẩm
Hình 2.2: Thiết kế băng tải 1
• Băng chuyền cao su PVC có chiều rộng 100mm
• Kích thước băng tải 1: 370x154x130mm (Dài x Rộng x Cao)
Băng tải 2: Băng tải phân loại sản phẩm
Hình 2.3: Thiết kế băng tải 2
• Băng chuyền cao su PVC với chiều rộng 100mm
• Kích thước băng tải 2: 590x154x130mm (Dài x Rộng x Cao)
• Bàn cân được thiết kế bằng mica và nhôm định hình
• Kích thước 150x110x127mm (Dài x Rộng x Cao).
Thiết kế mạch động lực
Thiết bị điện là thiết bị cung cấp năng lượng điện cho tải điện, có nhiệm vụ biến đổi dòng điện từ nguồn thành các giá trị điện áp, cường độ dòng điện và tần số chính xác để đảm bảo hiệu quả hoạt động của thiết bị tải.
• Điện áp đầu vào: 110V/220V, 50Hz-60Hz
• Điện áp đầu ra: 24VDC
Thiết bị dùng để cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho các thiết bị điện Tính chọn thiết bị:
• P1: Công suất của nguồn 24VDC
• P2: Công suất của máy nén khí
• Điện áp định mức: 240/415 VAC
• Dòng cắt ngắn mạch định mức: 6000A
• Độ bền cơ học: 10000 lần
2.2.3 Động cơ băng tải Động cơ giảm tốc 24VDC
Hình 2.6: Động cơ giảm tốc 24VDC
2.2.4 Máy nén khí mini OSHIMA 9L
Máy nén khí mini được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào khả năng nâng cao áp suất cho chất khí hiệu quả Sản phẩm này giúp tăng năng lượng dòng khí, góp phần tối ưu hóa các hoạt động công nghiệp và gia đình Với thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, máy nén khí mini là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đa dạng như sửa chữa, bảo trì, và các dự án DIY.
Hình 2.7: Máy nén khí không dầu OSHIMA 9L
2.2.5 Xylanh inox airtac MA 16X125 SCA
Xylanh khí nén chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng, giúp piston chuyển động và tạo ra lực đẩy cho các thiết bị trong hệ thống hoạt động hiệu quả Nhờ vào quá trình này, xylanh khí nén đóng vai trò chủ chốt trong việc truyền động và duy trì hoạt động của các thiết bị công nghiệp Chính xác và đáng tin cậy, thiết bị này góp phần nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống tự động hóa.
Hình 2.8: Xy lanh tròn inox airtac MA 16X125mm
• Xy lanh MA 16x125mm SCA
• Đường kính trong piston: 16mm
• Chiều dài hành trình: 125mm
• Áp suất hoạt động: 0.1-1 MPA
Thiết kế mạch điều khiển
Thiết bị lập trình cho phép thực hiện các phép toán điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Nhờ đó, người dùng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện một cách chính xác và hiệu quả Điều này giúp tối ưu hóa quá trình tự động hóa và nâng cao năng suất hoạt động của hệ thống.
Hình 2.9: PLC S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC
• Loại sản phẩm: CPU 1214C DC/DC/DC
• Phần mềm lập trình: STEP 7 V16 hoặc cao hơn
• Ngõ vào số: 14 DI, 24VDC
• Ngõ vào tương tự: 2 AI, 0-10VDC
• Ngõ ra số: 10 DO, 24VDC
• Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 100KB
• Giao thức truyền thống: Ethernet
Hình 2.10: Module mở rộng SM 1223 DC/DC
• Mã sản phẩm: 6ES7223-1BL32-0XB0
• Ngõ vào số: 16 DI, 24VDC
• Ngõ ra số: 16 DO, 24VDC
2.3.3 Nút nhấn nhả có đèn CHINT-NP2
Hình 2.11: Nút nhấn nhả có đèn CHINT-NP2
• Điện áp đèn: 24VDC/20mA
• Điện áp hoạt động: AC-220V-4.5A, DC-110V-0.6A
• Tiếp điểm: NO, NC, 1 NO + 1 NC
• Màu sắc: Đỏ, Xanh, Vàng
2.3.4 Nút nhấn nhả không đèn CHINT-NP2
Hình 2.12: Nút nhấn nhả không đèn CHINT-NP2
• Điện áp hoạt động: AC-220V-4.5A, DC-110V-0.6A
• Tiếp điểm: NO, NC, 1 NO + 1 NC
• Màu sắc: Đỏ, Xanh, Vàng
2.3.5 Nút nhấn dừng khẩn cấp CHINT NP2-ES
Hình 2.13: Nút nhấn dừng khẩn cấp CHINT NP2-ES
• Điện áp hoạt động: AC-220V-4.5A, DC-110V-0.6A
2.3.6 Công tắc 3 vị trí CHINT NP2-ED33
Hình 2.14: Công tắc vị trí CHINT NP2-ED33
• Điện áp hoạt động: AC-220v-4.5A, DC-110V-0.6A
Hình 2.15: Đèn báo vàng AD16-22DS
2.3.8 Relay trung gian OMRON-MY2N
Thiết bị trung gian chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác
Hình 2.16: Relay trung gian OMRON-MY2N
• Giới hạn tải: 250VAC/5A, 30VDC/5A
2.3.9 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản với độ phản hồi nhanh và độ nhiễu thấp Nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt, cảm biến mang lại độ chính xác cao trong phát hiện vật thể Công nghệ này phù hợp cho các ứng dụng cảm biến tự động cần độ nhạy và ổn định cao.
Hình 2.17: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
• Khoảng cách phát hiện: 5-30cm
2.3.10 Cảm biến từ AIRTAC CS1-U
Là loại cảm biến từ sensor chuyên dùng cho các loại xi lanh khí nén
Hình 2.18: Cảm biến từ AIRTAC CS1-U
Cảm biến loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lực thành tín hiệu điện tỷ lệ thuận với lực được đo
Hình 2.19: Cảm Biến Cân Nặng Load Cell 2Kg
• Kích thước: 12.7x80x12.7(Cao x Rộng x Sâu)
• Dây đỏ: Excitation (+) ngõ vào dương của điện áp cung cấp
• Dây đen: Excitation (-) ngõ vào âm của điện áp cung cấp
• Dây xanh lá: Signal (+) tín hiệu ra dương của loadcell
• Dây trắng: Signal (-) tín hiệu ra âm của loadcell
2.3.12 Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell RW-ST01A
Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell chuyên dùng để chuyển đổi tín hiệu dạng mV/V của các loại loadcell thành dạng analog 4-20mA/0-5V/0-10V
Hình 2.20: Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell RW-ST01A
• Điện áp hoạt động: 12-27VDC
• Tín hiệu ngõ vào: mV, 2mV/V±10%
• Tín hiệu ngõ ra: 0-5V/0-10V/4-20mA
• Kích thước: 115x58x33mm (Dài x Rộng x Cao)
• Chân số 1: Excitation power supply
• Chân số 4: Excitation power supply –
• Chân số 5: Shield layer cable
• Chân số 6: Power supply (DC18-27V) +
• Chân số 7: Current 4-20mA output +
• Chân số 8: Voltage (0-5V/10V) output GND
• Chân số 9: Power supply/Output GND
• Chân số 10: Shield layer cable
2.3.13 Van khí nén điện từ 5/2
Van khí nén điện từ là thiết bị điều khiển của hệ thống khí nén, được dùng để điều tiết đóng mở lưu lượng của chất khí
Van 5/2 hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng nguồn điện 220V hoặc 24V để tạo ra lực từ trường, giúp hút trục van chuyển động dọc trục Khi đó, các cửa van được mở ra để khí nén có thể đi qua, cho phép van điều chỉnh dòng khí nén cấp hoặc đóng nhằm kiểm soát hoạt động của thiết bị liên quan.
Van khí nén điện từ gồm có 5 ngõ: 1 ngõ nguồn khí nén vào (kí hiệu P), 2 ngõ khí nén ra (kí hiệu A, B), 2 ngõ xả khí (kí hiệu R, S)
Hình 2.21: Van khí nén điện từ 5/2
Bản vẽ mạch điện
2.4.1 Bản vẽ mạch động lực
Hình 2.22: Bản vẽ mạch cấp nguồn
Hình 2.23: Bản vẽ mạch động cơ
Hình 2.24: Bản vẽ khí nén valve bàn cân
Hình 2.25: Bản vẽ khí nén valve phân loại I
Hình 2.26: Bản vẽ valve phân loại II 2.4.2 Bản vẽ mạch điều khiển
Hình 2.27: Bản vẽ thiết bị ngõ vào PLC S7-1200
Hình 2.28: Bản vẽ đấu nối loadcell
Hình 2.29: Bản vẽ thiết bị ngõ ra PLC S7-1200
Hình 2.30: Bản vẽ thiết bị ngõ vào module mở rộng SM1223
Thiết kế phần mềm
Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm Tia Portal
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200
S7-1200 nổi bật hơn so với S7-200 nhờ vào nhiều tính năng cải tiến, phù hợp cho các ứng dụng tự động hóa đa dạng Dòng PLC này có thiết kế nhỏ gọn, chi phí phù hợp và tích hợp tập lệnh mạnh mẽ, mang lại giải pháp tối ưu cho hệ thống tự động S7-1200 bao gồm một vi xử lý, nguồn cung cấp tích hợp sẵn và các đầu vào/ra (DI/DO), giúp đơn giản hóa quá trình lập trình và vận hành hệ thống tự động.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
• Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC
• Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7-1200 tích hợp một cổng PROFINET hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP, giúp kết nối mạng dễ dàng và ổn định Bên cạnh đó, thiết bị còn cho phép mở rộng khả năng truyền thông với các module mở rộng kết nối qua giao diện RS485 hoặc RS232, phục vụ các ứng dụng đa dạng và linh hoạt hơn trong hệ thống tự động hóa.
Hình 3.1: Sự khác nhau giữa PLC S7-200 và PLC S7-1200
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
• 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
• 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
• 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm module SM và SB
• 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
• Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24VDC
Hình 3.2: Cấu tạo của bộ điều khiển S7-1200 CPU S7-1200
TIA Portal, viết tắt của Totally Integrated Automation Portal, là phần mềm tổng hợp tích hợp nhiều công cụ điều hành tự động hóa và vận hành điện trong hệ thống, giúp tối ưu hóa quy trình quản lý và điều khiển Phần mềm này đóng vai trò nền tảng cho các phần mềm khác trong hệ sinh thái tự động hóa, hỗ trợ phát triển, lập trình và cấu hình thiết bị trong phạm vi sản phẩm TIA Portal còn cho phép chia sẻ dữ liệu đồng bộ giữa các phần mềm, đảm bảo tính thống nhất và toàn vẹn của hệ thống quản lý và vận hành tự động.
Các thành phần có trong bộ TIA Portal:
• Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S7-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…
• Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA
• Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens
• Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt
Hỗ trợ điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với Scout TIA giúp nâng cao hiệu suất vận hành của hệ thống tự động Thư viện Simatic Robot cung cấp đầy đủ dữ liệu, cho phép người dùng dễ dàng thiết lập, cấu hình và tối ưu hóa hệ thống một cách nhanh chóng Điều này giúp giảm thời gian triển khai và tăng độ chính xác trong quá trình vận hành tự động hóa.
Mô tả hoạt động của hệ thống
Hệ thống chạy sản xuất ở chế độ auto:
- Kết hợp gạt công tắc sang chế độ Auto rồi nhấn nút Start: Hệ thống bắt đầu hoạt động, băng tải 1(băng tải vận chuyển sản phẩm) chạy
- Khi cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng tải 1 phát hiện có sản phẩm vào, băng tải 2(băng tải phân loại sản phẩm) chạy
- Khi cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng tải 1 phát hiện có sản phẩm thứ 2 vào, băng tải 1 (băng tải vận chuyển sản phẩm) dừng
Khi có sản phẩm trên khu vực cân, loadcell đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chính xác khối lượng của từng sản phẩm Sau đó, xy lanh vận chuyển sẽ chuyển sản phẩm đã được xác định khối lượng này sang băng tải một cách hiệu quả Việc sử dụng loadcell giúp đảm bảo độ chính xác và tối ưu hóa quá trình vận chuyển hàng hóa trong hệ thống sản xuất.
2 để tiến hành phân loại sản phẩm
- Sản phẩm được xác định khối lượng sẽ được vận chuyển đến băng tải 2 phân loại:
• Nếu sản phẩm đạt từ 40g – 105g và cảm biến phát hiện sản phẩm loại I thì cho phép xylanh phân loại loại I đẩy sản phẩm vào ô chứa loại I
• Nếu sản phẩm đạt từ 105g – 185g và cảm biến phát hiện sản phẩm loại II thì cho phép xylanh phân loại loại II đẩy sản phẩm vào ô chứa loại II
• Nếu sản phẩm đạt từ 185g trở lên băng tải 2 sẽ vận chuyển sản phẩm tới ô chứa loại III
Hệ thống chạy kiểm tra không theo trình tự ở chế độ manual:
• Nhấn nút điều khiển băng tải 1 thì băng tải 1 chạy
• Nhấn nút điều khiển băng tải 2 thì băng tải 2 chạy
• Nhấn nút điều khiển xy lanh ở khu vực cân thì xy lanh đẩy
• Nhấn nút điều khiển xy lanh phân loại loại I thì xy lanh đẩy
• Nhấn nút điều khiển xy lanh phân loại loại II thì xy lanh đẩy.
Xây dựng lưu đồ giải thuật (Gemma, Grafcet)
Hình 3.4: Grafcet F1 chạy sản xuất bình thường
Hình 3.5: Grafcet A6 đưa hệ thống về trạng thái ban đầu
Hình 3.6: Grafcet F4 chạy kiểm tra không theo trình tự
Xác định bảng địa chỉ ra và vào của hệ thống
STT Thiết bị Loại Địa chỉ
1 Nút nhấn khởi động START INPUT DI a.0
2 Nút nhấn dừng STOP INPUT DI a.1
3 Nút dừng khẩn cấp Emergency INPUT DI a.2
4 Công tắc vị trí MANUAL INPUT DI a.3
5 Công tắc vị trí AUTO INPUT DI a.4
6 Cảm biến phát hiện vật ở băng chuyền 1 INPUT DI a.5
7 Cảm biến phát hiện vật loại I INPUT DI a.6
8 Cảm biến phát hiện vật loại II INPUT DI a.7
9 Nút điều khiển băng tải 1 INPUT DI b.0
10 Nút điều khiển băng tải 2 INPUT DI b.1
11 Nút điều khiển xy lanh đẩy PL 1 (XL 2) INPUT DI b.2
12 Nút điều khiển xy lanh PL 2 (XL 3) INPUT DI b.3
13 Nút điều khiển xy lanh ĐẨY SP (XL 1) INPUT DI b.4
14 Bộ khuếch đại loadcell INPUT AI 1
15 CB tiệm cận từ trên XL 1 INPUT DI a.0 (SM1223)
16 CB tiệm cận từ dưới XL 1 INPUT DI a.1 (SM1223)
17 CB tiệm cận từ trên XL 2 INPUT DI a.2 (SM1223)
18 CB tiệm cận từ dưới XL 2 INPUT DI a.3 (SM1223)
19 CB tiệm cận từ trên XL 3 INPUT DI a.4 (SM1223)
20 CB tiệm cận từ dưới XL 3 INPUT DI a.5 (SM1223)
21 Đèn báo START OUTPUT DQ a.0
22 Đèn báo STOP OUTPUT DQ a.1
23 Đèn báo Emergency OUTPUT DQ a.2
24 Motor điều khiển băng chuyền 2 OUTPUT DQ a.3
25 Motor điều khiển băng chuyền 1 OUTPUT DQ a.4
26 Solenoid xy lanh đẩy sp (XL 1) OUTPUT DQ a.5
27 Solenoid xy lanh PL I (XL 2) OUTPUT DQ a.6
28 Solenoid xy lanh PL II (XL 3) OUTPUT DQ a.7
Thiết kế SCADA
Hình 3.7: Màn hình chính HMI
• Motor 1: Điều khiển băng chuyền vận chuyển
• SS_Entry: Cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng chuyền đầu vào
• Xy lanh 1: Đẩy sản phẩm đã được cân từ cân qua băng chuyền phân loại
• Motor 2: Điều khiển băng chuyền phân loại
• SS_I: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại I
• Xy lanh 2: Đẩy sản phẩm loại I
• SS_II: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại II
• Xy lanh 3: Đẩy sản phẩm loại II
• Nút M_CY 1: Nút nhấn điều khiển xy lanh 1
• Nút M_CY 2: Nút nhấn điều khiển xy lanh 2
• Nút M_CY 3: Nút nhấn điều khiển xy lanh 3
• Nút M_CO 1: Nút nhấn điều khiển băng chuyền vận chuyển
• Nút M_CO 2: Nút nhấn điều khiển băng chuyền phân loại
• Nút ON_EX/ OFF_EX: Nút xuất/ dừng xuất file excel
• Vùng cài đặt khối lượng: Cài đặt khối lượng nhỏ nhất và lớn nhất của từng loại theo mong muốn để hệ thống phân loại
Tổng hợp hệ thống
Chế tạo phần cứng
Hình 4.1: Băng tải vận chuyển sản phẩm
Hình 4.2: Băng tải phân loại sản phẩm
Hình 4.3: Băng tải với cơ cấu máng trượt
Hệ thống khí nén xylanh
Hình 4.5: Xylanh ở băng chuyền phân loại
Hình 4.7: Nút nhấn điều khiển
49 Đi dây điện cho mô hình
Hình 4.8: PLC và nguồn cấp
Hình 4.9: Nút nhấn và hệ thống khí nén
Thực nghiệm mô phỏng hệ thống
Hình 4.10: Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng
Mô hình hệ thống phân loại hoàn chỉnh gồm 2 băng tải, bàn cân loadcell, 3 xylanh đẩy,
3 cảm biến phát hiện vật, 8 nút nhấn, công tắc vị trí và nút nhấn Emergency
Các sản phẩm có khối lượng khác nhau được vận chuyển bằng băng tải 1 đến khu vực bàn cân để xác định giá trị phân loại Hình 4.11 minh họa sản phẩm trên băng tải vận chuyển, giúp quá trình phân loại diễn ra hiệu quả và chính xác Việc sử dụng băng tải giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và phân loại các mặt hàng nhanh chóng, đảm bảo năng suất và độ chính xác cao trong quá trình kiểm tra trọng lượng.
Hình 4.12: Sản phẩm ở bàn cân
Sau khi sản phẩm được đưa vào khu vực bàn cân để xác định khối lượng, băng tải 1 sẽ vận chuyển sản phẩm tiếp theo tới vị trí đó Đồng thời, cảm biến phát hiện vật thể trên băng tải 1 sẽ kiểm tra xem có sản phẩm mới tiếp tục vào khu vực bàn cân hay không, đảm bảo quy trình cân đo diễn ra liên tục và chính xác.
Hình 4.13: Xylanh phân loại I đẩy sản phẩm
Sau khi được cân xong, sản phẩm sẽ được chuyển sang băng tải 2 nhờ cơ cấu đẩy của xy lanh tại khu vực bàn cân để chuẩn bị cho bước tiếp theo Sản phẩm được xác định loại I qua cảm biến phát hiện vật thể loại I, sau đó xy lanh phân loại tự động đẩy sản phẩm vào khu vực chứa dành riêng cho loại I Quá trình này giúp tự động hóa việc phân loại sản phẩm chính xác và hiệu quả, tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Hình 4.14 thể hiện xylanh phân loại loại II, có nhiệm vụ đẩy sản phẩm đạt chuẩn vào khu vực chứa hàng Các sản phẩm được xác định là loại II sẽ qua cảm biến phát hiện vật thể loại II, giúp hoạt động phân loại trở nên chính xác và hiệu quả Xylanh phân loại loại II đảm bảo quá trình phân loại sản phẩm diễn ra nhanh chóng, tự động, nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình xử lý.
Sản phẩm loại III có giá trị vượt quá giới hạn của khu vực phân loại I và II, được cảm biến phát hiện vật I và II và chuyển tiếp đến khu vực phân loại sản phẩm loại III để phân loại chính xác.