Hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu và đếm sản phẩm

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHẤT LIỆU VÀ ĐẾM SẢN PHẨM VIỆN KỸ THUẬT HUTECH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S N

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHẤT

LIỆU VÀ ĐẾM SẢN PHẨM

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S NGUYỄN VẠN QUỐC

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

LỜI CẢM ƠN

Em xin thay mặt thành viên cả nhóm gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc với những giản viên của trường đại học HUTECH, đặc biệt là thầy Nguyễn Vạn Quốc và Viện Kỹ Thuật đã tạo điều kiện để chúng em nghiên cứu và có thời gian hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng theo thời hạn Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vạn Quốc một lần nữa vì đã hướng dẫn, giúp đỡ và tận tâm theo sát từng tiến độ để chúng em hoàn thành được đề tài tốt nghiệp của mình

Trong quá trình thực hiện và hoàn thiện đề tài đồ án tốt nghiệp của mình chắc chắn

em và một số thành viên trong nhóm còn mắc phải nhiều sai sót rất mong các thầy,

cô và các giản viên của trường đại học HUTECH cũng như Viện Kỹ Thuật thông cảm và bỏ qua cho chúng em Đồng thời, với kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế nhóm em xin nhận sự đóng góp ý kiến từ thầy để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn Sau này có thể làm những đề tài nghiên cứu khoa học hoặc những dự án lớn hơn trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG v

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Phân loại sản phẩm trong lĩnh vực xây dựng 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

1.4 Phương pháp và thiết bị nghiên cứu 3

1.5 Khả năng triển khai ứng dụng, triển khai kết quả nghiên cứu 4

1.6 Dự kiến những kết quả nghiên cứu của đề tài 5

1.7 Giới thiệu mô hình phân loại sản phẩm theo chất liệu 5

1.7.1 Các hệ thống trong công nghiệp 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG GIẢI PHÁP 6

2.1 Các giải pháp hiện tại 6

2.1.1 Phân loại sản phẩm tại xí nghiệp 6

2.2.1 Giải pháp hệ thống phân loại sản phẩm của công ty Intech 7

2.2 Về kinh tế 9

2.3 Về xã hội và môi trường 9

2.4 Giải pháp giám sát – điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bằng PLC 10

2.5 Giới thiệu tủ điện điều khiển hệ thống 10

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 13

3.1 Các phương pháp và giải quyết 13

3.1.1 Phương pháp vận chuyển 13

3.1.2 Phương pháp nhận diện vật 14

3.1.3 Hệ thống đẩy hàng 14

3.1.4 Khảo sát một số nhà máy phân loại 14

Đặt điểm của hệ thống cũ: 15

3.2 Mục tiêu đề tài, ý nghĩa thực tiễn 16

3.2.1 Mục tiêu 16

3.2.2 Ý nghĩa về mặt khoa học 17

3.2.3 Ý nghĩa về mặt thực tiễn 17

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 18

4.1 Sơ đồ khối hệ thống 18

4.1.1 Nguyên lý hoạt động 19

4.1.2 Quy trình thiết kế chương trình lập trình 20

4.1.3 Tổng quan về phần mềm lập trình GX WORDKS2 21

4.1.4 Modbus RTU 25

4.2 Thiết kế phần cứng mô hình 28

4.2.1 Bảng vẽ sơ bộ phần cưng mô hình 29

4.2.3 Vị trí các thiết bị 30

4.2.4 Giới thiệu các thiết bị 31

4.3 Thiêt kế phần mềm 56

4.3.1 Xây dựng sơ đồ Input/Output cho hệ thống 56

4.3.2 Input/Output Address 56

CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 66

5.1 Tiến hành thi công mô hình 66

5.1.1 Thi công tủ điện 67

5.1.3 Thi công giá đỡ xilanh 69

5.1.4 Thi công lắp đặt vị trí cảm biến 70

5.1.5 Thi công đấu nối tủ điện 71

5.1.7 Thiết kế giao diện HMI 72

5.1.8 Thiết kế và xây dựng chương trình điều khiển 73

6.1 Kết quả đạt được sau khi thực hiện 78

6.1.1 Bài học trải nghiệm thực tế 78

6.1.2 Bài học rút ra khi thực hiện chế tạo đề tài 78

6.2 Định hướng phát triển đề tài 79

6.3 Trải nghiệm cá nhân 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Kiểu phân loại sản phẩm truyền thống bằng tay 6

Hình 2 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm 8

Hình 2 3 Cấu trúc điều khiển và giám sát bằng PLC 10

Hình 2 4 Tủ điện điều khiển hệ thống 12

Hình 3 1 Băng tải vận chuyển vật 13

Hình 3 2 Các cảm biến thường được dùng để nhận diện vật 14

Hình 3 3 Phân loại vật liệu bằng sức người lao động 15

Hình 3 4 Hệ thống phân loại hiện đại 16

Hình 4 1 Sơ đồ khối hệ thống 18

Hình 4 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 19

Hình 4 3 Sơ đồ quy trình thiết kế 20

Hình 4 4 Giao tiếp giữa PLC với máy tính 22

Hình 4 5 Xác định giá trị bit logic 22

Hình 4 6 Trạng thái hoạt động PLC 23

Hình 4 7 Lập trình chương trình điều khiển 24

Hình 4 8 Đồng bộ giữa các chương trình lập trình PLC 24

Hình 4 9 Bảng vẽ sơ bộ về phần cứng 29

Hình 4 10 Hình bảng vẽ thiết bị 30

Hình 4 11 PLC FX3U-16MR/ES 31

Hình 4 12 Biến tần mitsubishi FR-E720-0.4kw 33

Hình 4 13 Van khí nén STNC TG2521-08 36

Hình 4 14 Xilanh khí nén Mal-20x175-S 37

Hình 4 15 Cảm biến tiệm cận autonics PSN30-15DN 39

Hình 4 16 Cảm biến quang Optex BGS-Z30N 42

Hình 4 17 HMI GS2110 45

Hình 4 18 Động cơ HITACHI 3 Pha-0.4kW 47

Hình 4 19 Nút nhấn ON/OFF KNDELE LA 167-D8 49

Hình 4 20 Relay trung gian Omron MY2N 50

Hình 4 21 Nút nhấn dừng khẩn cấp( Emergency) 52

Hình 4 22 MCB LS BKN C10 54

Hình 4 23 Sơ đồ Input – Output của hệ thống 56

Hình 4 24 Lưu đồ giải thuật hệ thống 58

Hình 5 1 Sơ đồ đấu nối thiết bị 66

Hình 5 2 Thi công tủ điện 67

Hình 5 3 Thi công băng tải 68

Hình 5 4 Thi công giá đỡ xilanh 69

Hình 5 5 Vị trí các cảm biến 70

Hình 5 6 Tiến hành đấu nối các thiết bị 71

Hình 5 7 Thiết kế giao diện của HMI trên GT designer 3 72

Hình 5 8 Xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống 73

Hình 5 9 Chạy mô phỏng chương trình trên GX Work2 74

Hình 5 10 Chạy thử mô phỏng trên GT designer 3 74

Hình 5 11 Tủ điện khi hoàn thành xong quy trình lắp đặt 75

Hình 5 12 Cấp nguồn thử cho tủ điện 76

Hình 5 13 Giao diện HMI khi hoạt động 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Vị trí các thiết bị 28

Bảng 2 Catalogue PLC FX3U 32

Bảng 3 Thông số kỹ thuật biến tần mitsubishi FR-E720-0.4kw 34

Bảng 4 Catalogue biến tần FR-E720-0.4kw 35

Bảng 5 Catalogue xilanh khí nén MAL20x175-S 38

Bảng 6 Thông số kỹ thuật cảm biến PSN30-15DN 40

Bảng 7 Catalogue cảm biến PSN30-15DN 41

Bảng 8 Catalogue cảm biến quang optex BGS-30N 44

Bảng 9 Catalogue HMI GS2110 46

Bảng 10 Catalogue động cơ HITACHI 3 Pha 0.4kW 48

Bảng 11 Catalogue Relay Omron MY2N 51

Bảng 12 Catalogue Nút nhấn Emergency 53

Bảng 13 Catalogue MCB LS BKN C10 55

Bảng 14 Bảng Input 57

Bảng 15 Bảng Output 57

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, hệ thống điều kiển tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời từ rất sớm, nhằm đáp ứng nhu cầu cần thiết trong cuộc sống của con người Và đặc biệt trong quá trình sản xuất, đổi mới cuộc sống của con người Công nghệ tự động rất phát triển và nó đã giải quyết được rất nhiều vấn đề mà một người bình thường khó có thể làm được, hoặc khó có thể đảm nhiệm được hết toàn bộ

Ngày càng nhiều các thiết bị tiên tiến đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ hoàn hảo, sự chính xác của hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội Vì vậy điều khiển

tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của ngành điều khiển tự động hóa vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người

Trong công nghệ sản xuất vật liệu xây dựng, cũng như các vật liệu đáp ứng cho đời sống hiện nay Với đôi tay và sức người chắc chắn sẽ không thể đảm nhiệm một cách nhanh và liền mạch được so với máy móc công nghệ hiện đại Việc sản xuất nhiều loại vật liệu cần phân loại chúng ra từng vật liệu riêng biệt chúng ta giờ đây đã có các hệ thống tự động phân loại

Trên thế giới có rất nhiều hệ thống phân loại sản phẩm như: hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, theo cân nặng, theo màu sắc… Nhóm của chúng em xin thực hiện đề tài đó là hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu

Cụ thể chất liệu ở đây là: Nhôm, Sắt và Phi kim

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Khi một nhà máy sản xuất sản xuất ra những vật liệu, sản phẩm thì tất cả chúng sẽ được vận chuyển và phân loại theo đúng loại để được vận chuyển sử dụng cho từng mục đích riêng của chất liệu đó

Như sắt sẽ được đem đi xây dựng phục vụ cho quá trình xây dựng, chế tao

mà chúng ta thấy được hằng ngày Trong thời đại công nghệ 4.0 việc phân loại một thứ gì đó chúng ta đã có hệ thống tự động phân loại và không cần đề con người Chúng được áp dụng các kĩ thuật hiện đại tiên tiến đạt mức độ chính xác gần như tuyệt đối mà không có sai sót

1.2 Phân loại sản phẩm trong lĩnh vực xây dựng

Trong lĩnh vực xây dựng có rất nhiều yêu cầu khắt khe và khâu phân loại, sàn lọc sản phẩm quyết định một phần không nhỏ đói với quá trình sản xuất và bàn giao sản phẩm theo yêu cầu của mục đích sử dụng Hệ thống phân loại sản phẩm giúp các nhà máy sản xuất giảm bớt đi nhân công cũng như tăng khả năng sản xuất để đáp ứng được yêu cầu sản phẩm trước khi đến tay khách hàng

Hình 1 1 Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Dưới góc nhìn của một sinh viên chuyên ngành tự động hóa nhóm chúng em thực hiện nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu phục vụ cho quá trình sản xuất đáp ứng các yêu cầu trong khâu phân loại vật liệu sản phẩm trong lĩnh vực khai thác và sản xuất với chi phí thấp nhưng năng suất, các yêu cầu kiểm soát hàng hóa vẫn đảm bảo, dễ dàng sử dụng và có thể ứng dụng không chỉ trong công nghiệp mà còn dùng cho dân dụng

1.4 Phương pháp và thiết bị nghiên cứu

Dùng cảm biến và xilanh để nhận diện và phân loại sản phẩm theo đúng một quy trình Các thiết bị được liên kế với nhau và được điều khiển thông qua một thiết

bị xử lý trung tâm đó là PLC, để giúp cho hệ thống vận hành một cách tự động và đồng bộ với nhau

1.5 Khả năng triển khai ứng dụng, triển khai kết quả nghiên cứu

Vấn đề về khí hậu và môi trường xung quanh là yếu đồ ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng Để khắc phục những hạn chế này cũng như góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm chúng em đưa ra ý tưởng là áp dụng kỹ thuật để vận dụng vào hệ thống phân loại sản phẩm Và ứng dụng các cảm biến tiệm cận để điều khiển các tính năng nhận diện vật liệu khác nhau Cùng với đó việc nghiên cứu sử dụng PLC ngày càng được quan tâm, nhất là trong tình quá trinh chuyển đổi công nghệ trong sản xuất, xây dựng

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 lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…

do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là

số lượng sản phẩm sản xuất ra đựợc các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống xylanh phân loại sản phẩm

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về vật liệu

Ngày nay với đồ án phân loại sản phẩm theo vật liệu dùng PLC được ứng dụng hầu hết ở mọi nơi Vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra có nhiều vật liệu khác nhau, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn,

để xứng tầm với sự phát triển của thế giới

1.6 Dự kiến những kết quả nghiên cứu của đề tài

1.Đóng góp về mặt khoa học, phục vụ công tác đào tạo:

- Bổ sung thiết bị phục vụ cho công tác giảng dạy của nhà trường

- Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng điện trong sinh hoạt

2 Những đóng góp liên quan đến phát triển kinh tế:

- Tiết kiệm chi phí điện năng, giảm chi phí nhân công

3 Những đóng góp về mặt xã hội (các giải pháp cho vấn đề xã hội):

- Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng

4.Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu

5 Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế cho từng cơ cấu

6 Thiết kế động học và sơ đồ nguyên lý của mô hình

7 Tính toán các thông số kỹ thuật

8 Hệ thống điều khiển

9 Chế tạo mô hình và đánh giá

1.7 Giới thiệu mô hình phân loại sản phẩm theo chất liệu

1.7.1 Các hệ thống trong công nghiệp

- Sử dụng cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, solenoid, xilanh, và băng tải

- Thông qua dữ liệu nhận được từ cảm biến để điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, xilanh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG GIẢI PHÁP

2.1 Các giải pháp hiện tại

2.1.1 Phân loại sản phẩm tại xí nghiệp

Hình 2 1 Kiểu phân loại sản phẩm truyền thống bằng tay

Trong công việc sản xuất hằng ngày ở các nhà máy hoặc hộ kinh doanh gia

đình chúng ta vẫn hay bắt gặp hình ảnh các công nhân phải lựa chọn để phân loại

các loại sản phẩm bằng tay, bằng chính sức của con người

Quy trình hoạt động: Đơn giản là người công nhân quan sát vật bằng mắt

người và dùng tay lựa chọn để phân loại các sản phẩm mà công ty hoặc xí nghiệp

yêu cầu để phục vụ cho mục đích của công ty Quá trình ấy dùng chính sức của con người hoàn toàn nên đôi khi có sai xót và cho ra năng xuất thấp kém chất lương so

với mặt bằng chung hiện nay

Ưu điểm: Tốn ít kinh phí đầu tư máy móc trang thiết bị hiện đại Ít gây hại với môi trường xung quanh và hạn chế cao rủi ro nguy cơ an toàn điện và tay nạn lao động trong công ty, xí nghiệp

Nhược điểm: Năng xuất thấp, chậm phát triển cho doanh nghiệp Phải quản

lý nhiều công nhân và cần có người giám sát trong lúc làm việc Tốn nhiều kinh phí trả công cho người lao động

2.2.1 Giải pháp hệ thống phân loại sản phẩm của công ty Intech

• Quy trình làm việc hoàn toàn tự động và chính xác gần như tuyệt đối

• Và có một màn hình hiển thị và đếm số sản phẩm đã được phân loại ra

Hình 2 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm

Đầu băng tải: Sẽ có một vài công nhân đứng ở ngay đó để các vật liệu cần phân

loại lên trên băng tải, băng tải sẽ tự động duy chuyển kéo các vật đi về phía trước

Cảm biến: Sẽ tự động hoạt động mà nhận diện loại vật liệu gì cần được phân loại Xilanh: Sẽ đẩy các vật vào đúng ô cần phân loại bằng các solenoid đã kết nối với

- Tăng cao năng suất lao động, giảm đáng kể số lượng công nhân trong công việc

- Chính xác và an toàn cho người sử dụng cũng như môi trường làm việc

Công nghệ chính:

- Nhận diện vật thể bằng cảm biến

- Điều khiển và giám sát thông qua thiết bị công nghệ tiên tiến

2.2 Về kinh tế

• Đầu từ một lần dùng trong rất nhiều năm

• Giảm số lượng công nhân trong công việc

• Tăng năng xuất cũng như lợi nhuận cho người sử dụng

• Cần bảo trì và thay thế thiết bị mới định kì

2.3 Về xã hội và môi trường

• Hạn chế tiếp xúc mới con người

• Hệ thống là một quy trình khép kín không gây khói bụi, đặc biệt tất cả các thiết bị sử dụng đạt chuẩn công nghiệp, hoạt động liên tục với công suất tối

đa, bền bỉ với thời gian

Nguyên tắc an toàn - bảo trì – tiếp xúc :

Vì là môi trường công nghiệp có chứa hóa chất độc hại, nhiệt lượng cao, vật liệu nặng - sắc bén yêu cầu phải tuẩn thủ nghiêm ngặt nguyên tắc an toàn trong lao động là bắt buộc mang giày và quần áo bảo hộ lao động, đeo khẩu trang chuyên dụng để tránh hít phải khí độc, đặc biệt khi bảo trì hệ thống phải kiểm tra ngắt toàn

bộ nguồn cung cấp điện cho hệ thống, giữ an toàn cho bản thân và đồng nghiệp

2.4 Giải pháp giám sát – điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bằng PLC

Hình 2 3 Cấu trúc điều khiển và giám sát bằng PLC

Như đã trình bày ở trên, giải pháp của hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu

Bạn có thể ứng dụng nó không chỉ để phân loại vật liệu mà còn có thể phân loại theo chiều cao, theo màu sắc cũng như theo khối lượng

Điều khiển & giám sát: Xilanh, biến tần, băng tải, các cảm biến và bộ đếm sản phẩm

2.5 Giới thiệu tủ điện điều khiển hệ thống

Tủ điện công nghiệp là thiết yếu của mọi công trình chúng đáp ứng điện với công suất lớn Và có cấu trúc lớn so với các tủ điện nhỏ tại gia đình, có hệ thống kết

nối và các cấu trúc mạch điều khiển phức tạp Tủ điện công nghiệp Đặc biệt không thể thiếu trong các công trình lớn nhỏ như nhà máy, xưởng, kho…

Tủ điện công nghiệp cũng như các tủ dân dụng khác chúng là nơi dùng để chứa/đựng các thiết bị/bảng thiết bị điện: Công tắc, cầu giao, biến thế, biến áp…ở các công trình, nhà cửa, nhà máy… thường có hình chữ nhật hoặc vuông… phải đảm bảo các tiêu chí về độ bền bỉ, độ ổn định, liên tục và chính xác trong thời gian dài dưới các môi trường làm việc khác nhau

Tủ điện công nghiệp đóng vai trò quan trọng cho mọi công trình Cụ thể chúng là nơi lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị đóng cắt điện cũng như thiết bị điều khiển, nó cũng là nơi đấu nối, phân phối điện cho công trình, đảm bảo sự an toàn, cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng điện trong quá trình sử dụng

Tủ điện công nghiệp có thể được làm từ tấm kim loại hoặc composit với kích thước và độ dày khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng Trong các ứng dụng thông thường, tủ điện công nghiệp thường được sơn tĩnh điện trơn hoặc nhăn với các màu sắc khác nhu tùy theo lĩnh vực sử dụng hoặc yêu cầu của thiết kế Tủ điện có thể làm bằng vật liệu thép không ghỉ sử dụng trong lĩnh vực y tế

Ngoài ra, vỏ tủ điện còn có chức năng sử dụng để lắp đặt và bảo vệ các thiết

bị điện, đảm bảo tính ổn định và độ tinh cậy của hệ thống điện trong công nghiệp

Hình 2 4 Tủ điện điều khiển hệ thống

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

3.1 Các phương pháp và giải quyết

3.1.1 Phương pháp vận chuyển

Dùng băng tải để vận chuyển các vật tới vị trí đầu và cuối cần phân loại

Để thực hiện các thao tác trong quá trình phát triển hệ thống phân loại sản phẩm với những thao tác chuyển động được thực hiện bằng các phương tiện thực hiện khác nhau:

Động cơ điều khiển băng tải: Động cơ điều khiển trục quay thông qua dây Curoa để làm chuyển động băng tải khi được cấp nguồn

Hình 3 1 Băng tải vận chuyển vật

- Sử dụng các xilanh khí nén để đẩy hàng cần được phân loại

- Nhờ vào máy bơm khí nén mà hoạt động

Mục đích việc sử dụng xilanh khí nén:

- Giảm sức người

- Làm việc trong thời gian dài

- Lục đẩy mạnh

- Giảm tỉ lệ tai nạn lao động cho người

3.1.4 Khảo sát một số nhà máy phân loại

- Mô hình cũ

Hình 3 3 Phân loại vật liệu bằng sức người lao động Đặt điểm của hệ thống cũ:

- Hiệu quả thấp

- Năng suất lao động kém

- Cần nhiều công nhân hoạt động

- Mô hình mới

Hình 3 4 Hệ thống phân loại hiện đại Đặt điểm mô hình mới:

- Hiệu quả cao

- Tăng cao năng xuất sản xuất

- Giảm nhân công

- Ít rủi ro khi làm việc

3.2 Mục tiêu đề tài, ý nghĩa thực tiễn

3.2.1 Mục tiêu

- Giữ được điều kiện sản xuất cho các xí nghiệp, công ty

- Giảm sự tiếp xúc của con người Có các cơ cấu tự động giảm được nhân công

- Có thể điều khiển từ xa, tránh tiếp xúc

- Tăng doanh thu kép mà tuyệt đối không ảnh hưởng đến năng suất

3.2.2 Ý nghĩa về mặt khoa học

- Thiết kế máy thành công mô hình phân loại sản phẩm theo chất liệu giúp nhà sản xuất, công ty và doanh nghiệp giảm chi phí cho nhân công, tăng năng xuất công việc và tạo điều kiện thuận lợi nhất để phát triển sản xuất

3.2.3 Ý nghĩa về mặt thực tiễn

- Nâng cao năng suất cho các công ty, xí nghiệp và nhà máy sản xuất

- Nâng cao sản lượng đưa ra ngoài thị trường

- Giúp nền công nghiệp nước nhà phát triển mạnh hơn

3.3 Phân tích đề tài và thông số thiết kế

3.3.1 Yêu cầu của đề tài

- Giảm thiểu sức lao động của con người

- Phân tích và lựa chọn các cơ cấu làm việc của hệ thống

- Phân tích và lựa chọn hệ thống điều khiển

- Tính toán và thiết kế cơ cấu cho hệ thống cung cấp điện cho hệ thống

- Phân tích và lựa chọn hệ thống phân loại tự động

- Thiết kế cơ cấu cho hệ thống điều khiển giám sát từ xa

- Chế tạo mô hình hệ thống phân loại

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ

4.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 4 1 Sơ đồ khối hệ thống

4.1.1 Nguyên lý hoạt động

Hình 4 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Bước đầu khởi động cần nhấn nút nhấn Star trên tủ điều khiển khi đó hệ

Khi vật là phôi nhôm, cảm biến 1 sẽ không phát hiện được mà cảm biến 1 sẽ phát hiện sau đó truyền tín hiệu nhận biết về PLC, PLC sẽ kích solenoid 1 và

solenoid 1 sẽ kích cho van tiết lưu của solenoid 1 hoạt động làm cho xilanh 1 đẩy phôi nhôm vào đúng ô cần phân loại

Khi vật là nhựa, cảm biến 1 và cảm biến 2 sẽ không phát hiện được vật mà cảm biến 3 sẽ nhận tín hiệu và truyền tín hiệu về PLC, sau đó PLC sẽ kích cho

solenoid 3 và solenoid 3 sẽ kích cho van tiết lưu của solenoid 3 hoạt động làm cho xilanh 3 đẩy phôi phi kim vào đúng ô cần phân loại

Hệ thống sẽ đếm được bao nhiêu phôi được phân loại và số lượng từng loại phôi đã phân loại

Khi cần ngưng hệ thống chúng ta nhấn nút Stop trên tủ điều khiển

Trong trường hợp khẩn cấp nhấn nút Emergency trên tủ điều khiển để dừng mọi

hoạt động của hệ thống ngay lập tức

Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống

Khối tín hiệu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến để đưa về khối xử lý (PLC) Khối xử lý trung tâm: Nhận tín hiệu từ cảm biến để xử lý và rồi đưa tín hiệu xử lý

về khối phân loại

Cảm biến: Nhận tín hiệu từ khối xử lý để điều khiển băng tải, xilanh hoạt động Xilanh: Nhận tín hiệu từ khối xử lý

Hình 4 3 Sơ đồ quy trình thiết kế

4.1.2 Quy trình thiết kế chương trình lập trình

Lập trình chương trình điều khiển trên phần mềm lập trình GX works2 Điều khiển và giám sát qua màn hình điều khiển HMI, thiết kế giao diện bằng phần mềm GT design 3

Tính chọn kích

thước các thiết

bị

Chọn kích thước khung sườn

Tính chọn vật liệu thi công

Tiến hành thi công mô hình Kiểm tra chất

lượng

4.1.3 Tổng quan về phần mềm lập trình GX WORDKS2

Phần mềm GX-Works 2 là phần mềm được Mitsubishi nâng cấp và thay thế cho GX Developer trong lập trình PLC với giao diện trực quan đẹp hơn, thao tác mượt và có hỗ trợ thêm các ngôn ngữ lập trình khác nhau là FBD (Function Block Diagram), SFC (Sequential Function Chart)

GX Works2 là một công cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, và duy trì chương trình trên Window

GX Works2 đã cải thiện chức năng khả năng thao tác, với những tính năng

dễ sử dụng hơn khi so sánh với GX Developer

Chức năng chính của GX Works2

GX Works2 quản lí các chương trình và thông số đầu vào của dự án cho mỗi CPU điều khiển khả trình

+ Tham số cho khối chức năng thông minh cũng có thể được cài đặt

Viết/đọc dữ liệu đến/từ một CPU điều khiển khả trình

+ Tạo chương trình tuần tự có thể được viết/đọc từ một CPU điều khiển khả

thay đổi chức năng trực tuyến, chương trình tuần tự có thể bị thay đổi ngay cả khi CPU điều khiển khả trình đang chạy (RUN)

Hình 4 4 Giao tiếp giữa PLC với máy tính Quan sát, soát lỗi

Tạo chương trình tuần tự có thể được viết cho CPU điều khiển khả trình và giá trị của thiết bị khi hoạt động của nó đang được theo dõi trực tuyến/ngoại tuyến

Hình 4 5 Xác định giá trị bit logic

Loại dự án trong GX Works2

Trong GX Works2, loại dự án có thể được chọn từ những dự án đơn giản hoặc dự án cấu trúc

Hình 4 7 Lập trình chương trình điều khiển

+ Dự án đơn giản tạo ra các chương trình tuần tự sử dụng tập lệnh cho CPU điều khiển khả trình Mitshubishi

+ Chương trình trong một dự án đơn giản có thể được tạo ra tương tự như GX developer đã có

Tăng cường khả năng sử dụng của chương trình

+ Những dự án được tạo bởi GX Developer đã có được tối ưu trong một dự án đơn giản

Hình 4 8 Đồng bộ giữa các chương trình lập trình PLC

Tối ưu những thứ đã có giúp tăng hiệu năng của thiết kế chương trình

Các ngôn ngữ lập trình

< Ladder > : Lập trình tương tự như GX Devaloper

< SFC > : Lập trình làm rõ quy trình

< Ladder cấu trúc > : Lập trình với chương trình Ladder biểu đồ

< ST > : Lập trình theo ngôn ngữ chữ như ngôn ngữ C

4.1.4 Modbus RTU

Modbus là một chuẩn truyền thông trong công nghiệp được phát triển bởi Modicon vào năm 1979 thay thế các chuẩn truyền thông truyền thống để truyền về PLC hoặc Scada Cách hoạt động của Modbus dựa trên nguyên tắc Master-Slave trên đường truyền RS232 và RS485

Modbus trở thành một chuẩn truyền thông trong công nghiệp tiêu chuẩn bởi nó: ổn định – đon giản – dễ sử dụng và miễn phí Điều này có nghĩa rằng các nhà

sản xuất có thể tích hợp chuẩn Modbus vòa sản phẩm của họ mà không cần trả tiền bản quyền

Có nhiều loại Modbus: Modbus RTU; Modbus ASCII; Modbus TCP/IP

Ứng dụng của Modbus:

+ Sử dụng chuẩn truyền thông Modbus RTU giúp kết nối tất cả các thiết bị ( max

128 địa chỉ ) trên 2 dây tín hiệu RS485

+ Với mỗi Modbus Slave tương ứng với một từ 4-8 tín hiệu Analog đầu vào hoặc nhiều hơn với 10 Digital Các tín hiệu mắc song song nhau truyền vào Gateway để truyền lên internet thông qua Modul R-Key hoặc Z-Key

+ Như vậy tất cả các tín hiệu chỉ truyền đi trên 2 dây cho rất nhiều loại tín hiệu khác nhau thông qua các Module Modbus RTU PLC hay các thiết bị có chuẩn Modbus

có thể giao tiếp với các thiết bị đo tại bất kì nơi nào thông qua Modbus TCP hay còn gọi là Modbus IP

- Cách hoạt động:

+ Modbus RTU hoạt động dựa trên nguyên tắc Master – Slave tức là một bên nhận ( Master ) và một bên truyền tín hiệu ( Slave ) thông qua địa chỉ thanh ghi Phương thức truyền của Modbus RTU bằng đường truyền vật lý RS232 hoặc RS485,

Modbus TCP/IP thì truyền trên địa chỉ IT thông qua Internet

+ Bộ chuyển đổi Z-8AI nhận 8 tín hiệu analog dạng 4-20mA hoặc 0-10V chuyển sang Modbus RTU 2 dây trên nên tảng RS485 thông qua hệ Hexadecimal

- Dữ liệu truyền trên Modbus như thế nào ?

+ Dữ liệu được lưu trữ trong Slave trong 4 bảng khác nhau với hai bảng lưu trữ On/OFF các giá trị Coil và hai thanh ghi lưu trữ Các thanh ghi này đều có khả năng đọc và ghi Mỗi thanh ghi có 1 Word = 16 bit = 2 bytes có địa chỉ từ 0000 đến 260E

Coil được xem như là địa chỉ của thanh ghi Ví dụ 40001 có địa chỉ dữ liệu là 0000 các giá trị này có thể lệch nhau 1 , 10001 , 30001 , 40001

Cảm biến 1( phát hiện có vật) Nằm đầu băng tải

Cảm biến 2( phát hiện sắt) Nằm sau cảm biến 1, trước xilanh 1, Cảm biến 3( phát hiện nhôm) Nằm sau xilanh 1, trước xilanh 2 Cảm biến 4( phát hiện phi kim) Nằm sau xilanh 2, trước xilanh 3

Bảng 1 Vị trí các thiết bị

4.2.1 Bảng vẽ sơ bộ phần cưng mô hình

Hình 4 9 Bảng vẽ sơ bộ về phần cứng

• Động cơ điều khiển băng tải được đặt bên dưới băng tải

• Cảm biến quang phát hiện có vật được đặt ở đầu băng tải để nhận diện khi có vật được đặt lên

• Cảm biến tiệm cận được đặt sau cảm biển quang, đóng vai trò nhận diện vật

cần được phân loại

• Xilanh khí nén được đặt sau các cảm biến tiệm cận, dùng để đẩy vật vào ô

cần phân loại

• Chiều dài băng tải : 90 cm

• Chiều rộng băng tải : 20 cm

• Chiều cao băng tải : 10 cm

• Dàn nhiệt độ khi máy hoạt động : khoảng 35-45 độ C

4.2.3 Vị trí các thiết bị

Hình 4 10 Hình bảng vẽ thiết bị