HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS.. Qua những lời trên nhóm em xin giới thiệu về
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu chung
Tự động hóa trong điều khiển sản xuất ngày nay đóng vai trò quan trọng trong công cuộc “Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước” Ứng dụng phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam, tự động hóa trở thành “cột sống” của quá trình sản xuất, mang lại nhiều lợi ích thúc đẩy sự phát triển bền vững của đất nước.
Qua năm tháng, các kí thuật phân loại ngày càng tiên tiến, phát triển để đáp ứng mọi nhu cầu mà con người đặt ra
Dựa trên những thực tế đã phân tích, nhóm chúng em đã lên ý tưởng và thi công mô hình hệ thống phân loại theo màu sắc nhằm đảm bảo độ chính xác khi ứng dụng thực tế Hệ thống này không chỉ mang lại lợi ích cho quá trình học tập của chúng em mà còn có ý nghĩa thiết thực trong việc hỗ trợ xã hội, doanh nghiệp và tiểu doanh nghiệp nâng cao hiệu quả phân loại và quản lý hàng hóa.
Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Trong các lĩnh vực sản xuất ngày nay, tự động hóa đang ngày càng được nâng cấp và đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất Một trong những ứng dụng nổi bật của tự động hóa là công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc, giúp tăng hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Các công nghệ phân loại sản phẩm như màu sắc đang dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạt được những mục đích sau:
• Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động
• Giảm sức nặng và áp lực công nhân, tiết kiệm thời gian, sản xuất hàng loạt
Để đáp ứng nhu cầu thực tế, nhóm chúng tôi đã thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hệ thống sử dụng cảm biến phân loại màu đặt trên băng tải, cho phép tự động nhận biết và phân loại các sản phẩm dựa trên màu sắc khi chúng đi qua cảm biến Đồ án tốt nghiệp của chúng tôi mang mã đề tài 245, hướng tới tối ưu hóa quá trình phân loại sản phẩm nhanh chóng và chính xác hơn.
Sử dụng cảm biến màu giúp phân biệt chính xác các màu sắc khác nhau của sản phẩm Hệ thống xi lanh khí nén hoạt động như một tay gắp, có chức năng bắt và di chuyển vật phẩm đến vị trí phù hợp dựa trên màu sắc đã nhận diện Công nghệ này tối ưu hóa quá trình tự động hóa sản xuất, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai sót trong phân loại màu sắc sản phẩm.
Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm khác nhau về màu săc
Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau
Tự động hóa trong sản xuất giúp nâng cao hiệu quả hoạt động, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm giá thành sản phẩm Việc tự động hóa quy trình sản xuất còn thay thế lao động chân tay, góp phần tối ưu hóa nguồn lực lao động Quá trình sản xuất vận hành tự động thúc đẩy sự phát triển của đất nước theo hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa.
Dịch vụ thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất Sử dụng công nghệ lập trình Arduino để điều khiển cảm biến màu sắc chính xác, kết hợp với lập trình PLC để điều khiển băng tải và xy lanh hiệu quả Giải pháp này đảm bảo quá trình phân loại sản phẩm nhanh chóng, chính xác và nâng cao năng suất cho doanh nghiệp của bạn.
Hệ thống được điều khiển bằng PLC để phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc khác nhau (đỏ, vàng, xanh) thông qua 2 nút nhấn
- Có kích thước phù hợp, làm việc hiệu quả
- Hệ thống dễ điều khiển và làm việc chính xác
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị
- Thiết bị sử dụng phải có độ bền
- Có thể cải tiến trong tương lai
- Chi phí hợp lý, có thẩm mỹ Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Dựa trên các môn học cơ sở chuyên ngành như Cảm biến và xử lý tín hiệu đo, Truyền động điện, Lập trình PLC, bài viết tập trung vào việc lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu dựa trên lý thuyết và thực tế hiện nay Các phương án khác nhau được đề xuất để giải quyết các vấn đề kỹ thuật, nhằm thiết lập giải pháp phù hợp nhất mang lại hiệu quả cao nhất trong thực tiễn công nghiệp.
➢ Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc gồm các thành phần sau:
- Băng tải dùng để di chuyển sản phẩm
- Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng màu sắc sản phẩm
- Cánh tay cơ khí ( kết hợp giữa 3 loại xylanh) dùng để gắp vật đến vị trí quy định
- Bộ PLC S7-1200 DC/DC/RLY
Hình 1.1 Phân loại sản phẩm theo màu trong công nghiệp
1.2.9 Các công cụ và phần mềm tính toán
- TIA PORTAL V17: Đây sẽ là phần mềm chính để lập trình code cũng như mô phỏng mô hình hoạt động
- Microsoft Visio và Automation Studio 7.0: Đây sẽ là 2 phần mềm dùng để thiết kế lưu đồ giải thuật, mạch điều khiển, mạch động lực chính của hệ thống
SolidWorks 2018 là phần mềm chuyên biệt để tính toán kích thước chính xác và thiết kế các bản vẽ mô phỏng linh kiện, giúp tối ưu quá trình lắp ráp và tạo mô hình hoàn chỉnh Công cụ này không chỉ hỗ trợ việc tạo ra các bản vẽ kỹ thuật chi tiết mà còn giúp kiểm tra, phân tích và tối ưu hóa các linh kiện trước khi sản xuất Với khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ, SolidWorks 2018 là lựa chọn hàng đầu cho các kỹ sư và nhà thiết kế trong lĩnh vực cơ khí và kỹ thuật công nghiệp.
- Arduino IDE: Đây là phần mềm giúp lập trình code cho mạch Arduino của mô hình Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Tổng quan về hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển là tập hợp các công cụ và thiết bị điện, điện tử được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và chính xác trong quá trình hoạt động sản xuất Các hệ thống này quản lý sự chuyển đổi nhịp nhàng của quy trình, đáp ứng mọi yêu cầu của đối tượng từ cung cấp năng lượng đến điều khiển các thiết bị bán dẫn Điều này giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của hoạt động sản xuất, phù hợp với các tiêu chuẩn về tự động hóa công nghiệp.
Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng, PLC đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các hệ thống phức tạp thông qua hệ thống tự động hóa hoàn toàn PLC được tích hợp cùng máy tính chủ và có khả năng kết nối với nhiều thiết bị như bảng điều khiển, động cơ, contactor, cuộn dây, giúp nâng cao hiệu quả vận hành Nhờ khả năng phối hợp xử lý linh hoạt, PLC có thể điều khiển các hệ thống lớn, phân loại hệ điều khiển một cách hiệu quả, với từng bộ phận đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ hệ thống.
Hình 2.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC
(Nguồn: Internet) Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Giới thiệu về PLC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp Nó có thể thực hiện nhiều chương trình hoặc sự kiện khác nhau dựa trên tác nhân kích thích như thiết bị đầu vào, bộ định thời hoặc bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt, PLC sẽ bật tắt các thiết bị liên quan hoặc phát ra chuỗi xung để điều khiển các thiết bị ngoài Thay đổi các chương trình trong PLC giúp nó có thể thực hiện các chức năng khác nhau phù hợp với các môi trường điều khiển đa dạng.
Hình 2.2: Sơ đồ khối cấu tạo PLC
2.2.1 Lịch sử phát triển PLC
Trong những thập niên từ 1920 đến 1950, khoa học kỹ thuật của nhiều quốc gia đã có bước tiến đáng kể, khi các nhà sản xuất tập trung nghiên cứu và phát triển các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất Đặc biệt, các dự án tốt nghiệp như mã đề tài 245 đã đề cập đến các công đoạn phức tạp hoặc đơn giản hóa các thành phần điều khiển, mang lại lợi ích lớn trong việc lắp đặt, bảo trì và thay thế thiết bị Những nỗ lực này giúp giảm thiểu tối đa không gian lắp đặt, góp phần thúc đẩy sự phát triển công nghệ sản xuất hiện đại.
Năm 1968, thiết bị điều khiển lập trình (Programmable Controller) lần đầu tiên ra đời để đáp ứng các nhiệm vụ của nhà sản xuất, do các nhà thiết kế tại Công ty General Motors, Mỹ, phát triển Tuy nhiên, ban đầu các thiết bị này còn khá đơn giản và cồng kềnh, gây nhiều khó khăn cho người vận hành trong việc sử dụng hệ thống một cách hiệu quả.
Trong quá trình phát triển, các nhà thiết kế đã cải tiến thiết bị để trở nên đơn giản, gọn nhẹ và dễ vận hành, nhằm nâng cao tiện ích cho người sử dụng Tuy nhiên, việc lập trình hệ thống vẫn gặp khó khăn do thiếu các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ Để khắc phục vấn đề này, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) ra đời lần đầu vào năm 1969, mở ra bước đột phá lớn trong phát triển kỹ thuật điều khiển lập trình.
Trong giai đoạn này, các thiết bị điều khiển lập trình (PLC) chủ yếu nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Quá trình vận hành giúp các nhà thiết kế dần tạo ra tiêu chuẩn mới cho hệ thống điều khiển, với tiêu chuẩn chính là dạng lập trình sử dụng giản đồ hình thang (The Diagram Format), nâng cao hiệu quả và độ ổn định của hệ thống tự động hóa.
Trong những năm đầu thập niên 1970, hệ thống PLC được thiết kế với khả năng vận hành dựa trên các thuật toán hỗ trợ, xử lý dữ liệu cập nhật một cách hiệu quả Sự phát triển của màn hình dành cho máy tính đã nâng cao khả năng giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống PLC, giúp việc lập trình và điều khiển trở nên thuận tiện hơn rất nhiều.
Sự phát triển của công nghệ thông tin và mạch tích hợp điện tử từ cuối thập niên 80 đã thúc đẩy sự ra đời của các hệ thống phần cứng và phần mềm hoàn thiện hơn về tốc độ, độ tin cậy, tính linh hoạt và khả năng giao tiếp Đến nay, thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ với nhiều chức năng mở rộng, đáp ứng nhu cầu tự động hóa ngày càng cao của các ngành công nghiệp.
Hệ thống đầu vào/ra có thể mở rộng đến 8.000 cổng, đáp ứng nhu cầu tự động hóa đa dạng Dung lượng bộ nhớ chương trình có thể lên đến hơn 128.000 từ, và có thể mở rộng bằng các module bộ nhớ bổ sung nhằm tăng kích thước chương trình Các nhà thiết kế đã phát triển kỹ thuật kết nối nhiều hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, từ đó nâng cao khả năng điều khiển và tích hợp với các hệ thống máy tính Điều này giúp tối ưu hóa quá trình tự động hóa và tăng cường khả năng điều khiển của từng hệ thống riêng biệt.
Hệ thống PLC được nâng cao về tốc độ xử lý, với chu kỳ quét nhanh hơn giúp xử lý tốt các chức năng phức tạp và quản lý số lượng cổng ra/vào lớn Các thuật toán điều khiển cơ bản như PID (để điều khiển nhiệt độ, tốc độ động cơ và vị trí) cùng các kỹ thuật như điều khiển mỡ và lọc nhiễu tín hiệu đầu vào đã được tích hợp trực tiếp vào phần cứng, nâng cao khả năng hoạt động chính xác và ổn định của hệ thống.
Trong tương lai, hệ thống PLC sẽ mở rộng khả năng giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các thiết bị tự động như Robot, Cad/Cam, nâng cao hiệu quả sản xuất Các nhà thiết kế đang phát triển các loại PLC có chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence), còn gọi là siêu PLC (super PLC), nhằm đáp ứng các yêu cầu công nghiệp ngày càng cao và chuẩn bị cho sự phát triển của công nghệ tự động hóa.
Hiện nay, PLC đã được sản xuất bởi nhiều hãng nổi bật như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Allen Bradley, Schneider, Hitachi, đáp ứng nhu cầu tự động hóa ngày càng nâng cao Bên cạnh đó, hệ thống PLC còn được mở rộng thêm với các thiết bị bổ sung như cổng mở rộng AI (Analog Input), giúp nâng cao khả năng mở rộng và tích hợp trong các hệ thống tự động Các thiết bị mở rộng này cho phép thu thập dữ liệu chính xác hơn và cải thiện hiệu suất vận hành của hệ thống tự động hóa công nghiệp.
DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào
PLC có khả năng đa nhiệm, thực hiện nhiều nhiệm vụ cùng lúc, góp phần nâng cao năng suất và sản lượng cho các ngành công nghiệp Nó đóng vai trò thiết yếu trong tự động hóa và tối ưu hóa hiệu quả của dây chuyền sản xuất bằng cách giám sát tình trạng hệ thống qua tín hiệu phản hồi của thiết bị đầu vào PLC xác định quá trình hoạt động dựa trên chương trình hợp lý để điều khiển các thiết bị cần thiết, phù hợp cả với nhiệm vụ đơn giản lặp đi lặp lại hoặc các nhiệm vụ liên kết phức tạp Ngoài ra, PLC có thể liên kết với máy tính chủ hoặc thiết bị điều khiển trung tâm qua các mạng công nghiệp, giúp tối ưu hóa hệ thống tự động hóa Các hãng sản xuất PLC không ngừng phát triển, cải tiến công nghệ và đưa ra các giải pháp mới phù hợp với xu hướng cách mạng công nghiệp hiện nay.
2.2.3 Các thiết bị nhập và xuất dùng trong PLC
Giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập gồm các hình thức như nút ấn, cầu dao và phím, giúp hệ thống điều khiển hoạt động dễ dàng và chính xác Ngoài ra, PLC còn nhận tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động such as công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện và cảm biến cấp độ, đảm bảo quá trình tự động hóa vận hành hiệu quả và linh hoạt.
Các tín hiệu nhập đến PLC gồm tín hiệu logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog, giúp hệ thống điều khiển hoạt động chính xác Những tín hiệu này được truyền tải đến PLC thông qua các module nhập, đảm bảo truyền dữ liệu ổn định và hiệu quả Việc sử dụng các module nhập phù hợp giúp PLC nhận diện đúng các tín hiệu từ các thiết bị đầu vào, tối ưu hóa quá trình tự động hóa trong hệ thống.
Hình 2.3 Các thiết bị kết nối với ngõ vào PLC
Trong hệ thống tự động hóa, thiết bị xuất đóng vai trò cực kỳ quan trọng, vì chúng chịu trách nhiệm truyền lệnh từ PLC đến các thiết bị thực thi như motor, cuộn dây nam châm, rơ le hoặc chuông báo Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối đúng cách với thiết bị xuất, hệ thống sẽ ngừng hoạt động hoàn toàn, gây ra sự gián đoạn lớn trong quá trình vận hành Do đó, việc lắp đặt và kiểm tra thiết bị xuất chính xác là yếu tố then chốt đảm bảo hệ thống tự động hoạt động hiệu quả và ổn định.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Giới thiệu mô hình
Mô hình phân loại nhận biết chính xác màu sắc của sản phẩm (đỏ, vàng, xanh) đầu vào, truyền dữ liệu đã được xử lý đến khối xử lý màu sắc để thực hiện nhiệm vụ phân loại Khối xử lý trung tâm điều khiển các bộ phận khác để đảm bảo phân loại sản phẩm chính xác và hiệu quả Cuối cùng, cánh tay gắp sẽ lấy sản phẩm và đặt vào vị trí đã được xác định sẵn, tối ưu hóa quá trình tự động hóa.
Chức năng từng phần
Xử lý màu sắc là quá trình xử lý tín hiệu nhận được từ cảm biến màu sắc để xác định chính xác các đặc điểm màu Tín hiệu đã qua xử lý sẽ được truyền về PLC nhằm thực hiện nhiệm vụ phân loại hàng hóa dựa trên màu sắc Quá trình này giúp hệ thống tự động hóa hoạt động hiệu quả, chính xác hơn và nâng cao năng suất sản xuất.
Sản phẩm được phân loại dựa trên tín hiệu từ khối xử lý màu sắc và cảm biến, giúp hệ thống khí nén xilanh thực hiện việc phân loại chính xác theo các yêu cầu đã được xác định trước Quá trình này đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao trong việc phân loại sản phẩm theo tiêu chuẩn đã đặt ra.
Hình 3.1 Các khối chức năng
(Nguồn: Từ đề tài ĐATN của nhóm giả) Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
- Khối xử lý màu sắc: có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc và gửi tín hiệu về khối xử lý trung tâm
Khối cảm biến gồm cảm biến màu sắc và cảm biến tiệm cận nhằm nhận biết màu sắc và vật di chuyển trên băng tải, góp phần nâng cao hiệu quả tự động hóa trong quy trình sản xuất.
- Khối xử lý trung tâm: có chức năng nhận tín hiệu, xử lý thông tin và điều khiển các khối chức năng khác
- Khối băng chuyền: có chức năng đưa sản phẩm chạy trên băng tải đến các khối xử lý khác
- Hệ thống khí nén (tay gắp): có chức năng gắp sản phẩm và đặt vào vị trí đã được quy định sẵn trong hệ thống
- Nguồn: có chức năng cung cấp nguồn cho hệ thống.
Thiết kế các khối
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36VDC, điện áp làm việc:
DC 6- 36VDC Khoảng cách phát hiện: 10-30cm có thể điều chỉnh
Cảm biến vật cản hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý nhận biết vật cản thông qua tín hiệu phản xạ của tia hồng ngoại Thiết bị sử dụng cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu, trong đó tia hồng ngoại phát ra với tần số cố định khi có vật cản trên đường truyền, phản xạ lại vào LED thu hồng ngoại, khiến đèn báo vật cản trên module sáng lên Ngược lại, khi không có vật cản, đèn sẽ tắt, giúp xác định chính xác vị trí vật thể một cách nhanh chóng và tin cậy Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại cảm biến vật cản hồng ngoại như E3F - DS30C4, E18 - D50NK, TCRT5000 FC - 123, E18, phù hợp cho các ứng dụng robot, an ninh, tự động hóa.
D80NK…và theo yêu cầu của đề tài nên em chọn cảm biến E3F – DS30C4 để phục vụ cho đề tài Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
3.3.2 Khối xử lý màu sắc
Hiện nay, thị trường cung cấp nhiều loại cảm biến màu sắc như TSC230 V1, TSC230 V2, TCS3200, nhưng tôi chọn cảm biến màu TCS3200 để sử dụng cho mô hình của mình vì tính chính xác và độ tin cậy cao.
Khối xử lý màu sắc, như TCS3200, có chức năng nhận dữ liệu và xử lý màu sắc từ cảm biến Sau đó, nó điều khiển khối công suất để làm đầu vào cho PLC, giúp tự động hóa quá trình phân tích màu sắc trong hệ thống điều khiển tự động.
Có rất nhiều thiết bị, module, IC công suất khác nhau để điều khiển, thực hiện điều khiển các thiết bị công suất như arduino, Arm, Rasbperry…
Dựa trên các yêu cầu đề ra, Arduino Uno R3 đã trở thành lựa chọn lý tưởng nhờ khả năng đáp ứng đầy đủ các cổng I/O cần thiết để điều khiển thiết bị chuyên sâu Ngoài ra, Arduino Uno R3 còn giúp tiết kiệm chi phí đáng kể mà vẫn đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và đáng tin cậy Với sự kết hợp giữa hiệu năng và tiết kiệm, Arduino Uno R3 là giải pháp tối ưu cho các dự án tự động hóa và điều khiển hiện nay.
Do module đã tích hợp sẳn chip nạp và nguồn chúng ta chỉ cần cắm cáp USB hay cấp nguồn Pin vào là có thể hoạt động bình thường
Khối băng chuyền sẽ chuyển sản phẩm cần phân loại đến vị trí cảm biến và khu vực thực hiện phân loại trên hệ thống Do hệ thống có giới hạn là mô hình nhỏ, chúng tôi sử dụng động cơ DC 24V phù hợp để vận hành băng chuyền hiệu quả Động cơ DC 24V giúp kéo và vận hành băng chuyền dễ dàng, đảm bảo quá trình phân loại diễn ra chính xác và liên tục.
Hệ thống điều khiển khí nén đảm nhiệm việc đưa sản phẩm từ băng tải đến vị trí phân loại, bao gồm hai thành phần chính là xi lanh và van điện từ Xi lanh khí nén, còn gọi là pen khí nén, là thiết bị cơ khí chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng để tạo ra các chuyển động Công dụng của xi lanh khí nén là tạo ra lực, thường kết hợp với các chuyển động cơ học, và được cung cấp bởi khí nén từ máy nén khí thông thường Năng lượng của khí nén được chuyển đổi thành động năng của xi lanh bằng cách khí nén nở rộng, dựa trên áp lực cao hơn áp suất khí quyển, mà không cần thêm năng lượng đầu vào ngoài.
Sự giãn nở của không khí làm piston di chuyển theo hướng mong muốn Khi được kích hoạt, không khí nén được đưa vào trong ống ở một đầu của piston, tạo ra lực đẩy để di chuyển piston bằng khí nén Để đảm bảo hoạt động chính xác của xi lanh, ta cần sử dụng van điện từ để điều khiển hành trình của pittong một cách linh hoạt và hiệu quả.
Van điện từ còn gọi là solenoid valve, là thiết bị cơ điện dùng để kiểm soát dòng chảy khí hoặc lỏng dựa trên nguyên lý chặn mở do lực tác động của cuộn dây điện từ Tùy vào loại xi lanh, ta có cách chọn van phù hợp, với các loại như 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 5/3,… Trong đó, tôi chọn van 4/2 hai đầu cuộn dây để điều khiển hành trình của pittong xi lanh Việc điều khiển van điện từ và hành trình của xi lanh được thực hiện thông qua PLC bằng cách kích hoạt các cuộn dây của van, kết nối dòng khí nén phù hợp để đẩy hoặc thu xi lanh về đúng vị trí mong muốn.
3.3.5 Khối xử lý trung tâm
PLC Board là một loại bo mạch có chức năng giống như một PLC nguyên khối, giúp điều khiển lập trình dễ dàng và linh hoạt Thiết bị này được sử dụng để thực hiện các thuật toán điều khiển tự động, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất Nhờ khả năng lập trình linh hoạt qua ngôn ngữ lập trình, PLC Board là giải pháp hiệu quả cho các hệ thống tự động hóa.
PLC Board được thiết kế tối ưu nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư nhờ vào giá thành phải chăng, phù hợp với khả năng tài chính của khách hàng Các hãng board phổ biến hiện nay như Siemens, Mitsubishi, Omron đều cung cấp các giải pháp chất lượng cao, đáp ứng đa dạng nhu cầu công nghiệp Đây là lựa chọn lý tưởng cho các dự án tự động hóa, giúp tối ưu hóa hiệu quả vận hành và tiết kiệm chi phí.
Cấu tạo của PLC Board:
PLC Board là một thiết bị có chức năng tương tự như PLC thông thường, với điểm khác biệt nổi bật là bo mạch được tối ưu về chi phí, giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và phù hợp với nhiều ứng dụng có ngân sách hạn chế Tuy nhiên, cấu tạo chính của PLC Board vẫn giữ nguyên các thành phần quan trọng như CPU, module nhập/xuất, hệ thống kết nối, đảm bảo hoạt động ổn định và linh hoạt như một PLC truyền thống Vì vậy, PLC Board là lựa chọn lý tưởng cho các doanh nghiệp muốn tối ưu ngân sách mà vẫn đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong hệ thống tự động hóa.
Gồm 3 cấu tạo thành phần chính:
- Nguồn: Đầu vào là điện 24V
CPU của Board PLC có các thông số phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, khi lựa chọn CPU cần xem xét khả năng xử lý dữ liệu và bộ nhớ phù hợp để đáp ứng yêu cầu của các chương trình khác nhau Việc này giúp tối ưu hiệu suất hoạt động và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống tự động hóa.
• Modem phát xung, analog, truyền thông.
Hình 3.2 Cấu tạo PLC Board
(Nguồn: Internet) Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Hình 3.3 PLC S7-1200 1214C DC/DC/RLY
Hình 3.4 Bản vẽ PLC S7-1200 1214C DC/DC/RLY
(Nguồn: Internet) Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Hình 3.5 Board PLC S7-1200 1214C DC/DC/RLY
- 10 ngõ ra relay 2 A Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
- Nguồn cấp lý tưởng :20.4-28.8V DC
- Chương trình / bộ nhớ dữ liệu 100 KB
- Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực: Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C
- Tốc độ thực thi tính toán thực: 18 μs/lệnh
- Tốc độ thực thi Boolean: 0,1 μs/lệnh
3.3.6 Khối nguồn Đối với khối nguồn do ở đây chúng ta vừa cần dùng nguồn DC nên nguồn DC220V chúng ta sẽ lấy trực tiếp từ lưới điện để cấp cho khối xử lý trung tâm
Riêng về nguồn DC em sử dụng cho khối xử lý màu sắc và các ngoại vi của PLC
• Khối xử lý màu sắc: ta chọn nguồn 5V để cung cấp cho khối xử lý màu sắc
• Các ngoại vi kết nối với khối xử lý trung tâm: Ta chọn bộ nguồn 24V-5A để cung cấp cho khối ngoại vi PLC
- Cảm biến tiệm cận: 6-36V Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Arduino được ra đời vào năm 2005 như một dự án dành cho sinh viên của Viện thiết kế tương tác Ivrea tại Ý, nhằm tạo ra một nền tảng phần cứng dễ tiếp cận và thân thiện với người dùng Tên "Arduino" bắt nguồn từ một quán bar tại Ivrea, nơi các nhà sáng lập thường xuyên gặp gỡ và trao đổi ý tưởng để phát triển dự án Arduino đã trở thành một trong những nền tảng mở và phổ biến nhất cho các dự án điện tử và tự động hóa trên toàn thế giới, giúp thúc đẩy cộng đồng sáng tạo và sáng kiến trong lĩnh vực công nghệ.
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng, dựa trên ngôn ngữ Wiring dùng cho phần cứng Ngôn ngữ Wiring là một biến thể của C/C++, được thiết kế để thuận tiện cho việc lập trình trong môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên máy tính cá nhân Một số người gọi ngôn ngữ này là Wiring, trong khi người khác lại gọi là C hoặc C/C++, phản ánh sự đa dạng trong cách gọi và nhận diện các ngôn ngữ lập trình phù hợp với nền tảng Arduino.
Cảm biến màu sắc
Cảm biến màu có khả năng nhận biết các màu sắc dựa trên ba màu chính: xanh lá, vàng và đỏ, giúp phân loại sản phẩm theo màu sắc một cách chính xác Sản phẩm có mức giá thành rẻ, phù hợp với nhiều ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa như phân loại sản phẩm, điều hướng ô tô theo dòng màu, và điều chỉnh đèn đổi màu linh hoạt Đây là một giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí trong các dự án liên quan đến nhận diện màu sắc Trong đó, đề tài tốt nghiệp mã số 245 đã nghiên cứu và phát triển hệ thống cảm biến màu này để đáp ứng nhu cầu thực tế.
3.4.1 Cảm biến màu sắc TCS3200
Sản phẩm tích hợp dãy bộ dò ánh sáng bên trong với cảm biến ứng dụng cho các màu đỏ, xanh lá và xanh dương giúp kiểm tra độc dải, phân loại màu sắc và cảm biến ánh sáng xung quanh Các bộ lọc của TCS3200 được phân bố đều khắp các mảng nhằm loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu, nâng cao độ chính xác trong quá trình phát hiện màu sắc.
Hình 3.14 Cảm biến màu TCS3200
- Có 2 bộ lọc màu sắc là bộ lọc màu đỏ, xanh lá hoặc xanh dương
- Chuyển đổi cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao
- Điện năng tiêu thụ thấp
- Sử dụng IC TAOS TCS3200 RGB với 4 led trắng
Mạch 4 Relay Opto cách ly 5/12VDC (có hai loại 5VDC và 12VDC) thích hợp với các ứng dụng đóng ngắt tải AC hoặc DC, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp opto và transistor cách ly, kích đóng bằng mức thấp (0VDC) phù hợp với mọi loại MCU và thiết kế có thể sử dụng nguồn ngoài giúp cho việc sử dụng trở nên thật linh động Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Hình 3.15 Mạch relay 4 kênh 5VDC
• Điện áp sử dụng: Có hai loại 5VDC và 12VDC
• Tín hiệu kích: mức thấp Low (GND 0VDC) Relay đóng, mức cao
High (VCC 5 hoặc 12VDC tùy loại) Relay ngắt
• Mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
• Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A (Để an toàn nên dùng cho tải có công suất 5 triệu lần
- Chất liệu vỏ: nhựa chống cháy ở nhiệt độ cao
Nút nhân Emergency
Hình 3.29 Nút dừng khẩn cấp (Emergency)
- Hai mạch chuyển mạch: 1 Thường mở + 1 Thường đóng
- Tiếp điểm xếp chồng: trộn và kết hợp để phù hợp với nhu cầu của bạn
- Định mức tiếp xúc: 600V / 10A Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
- Đường kính cắt bảng: 22mm
- Chiều sâu phía sau bảng: 44,5mm
CB PS45N C16 400V
- Vật liệu: Nhựa chống cháy
- Khả năng ngắt mạch danh định (IEC60898): 4,5KA
- Đặc tính cắt: Loại C (dòng ngắt từ 5 – 10 dòng định mức)
- Bề rộng 1 cực: 18mm Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245
Relay trung gian MY4N-D2
Thiết bị trung gian chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác
Hình 3.31 Relay trung gian MY4N-D2
- Đặc điểm: 14 chân dẹt có diode có đèn chỉ thị
Valse khí nén điện từ 5/2
Van khí nén điện tử là thiết bị điều khiển của hệ thống khí nén, được dùng để điểu tiết đóng mở lưu lượng của chất khí
Van 5/2 hoạt động dựa trên nguyên lý cấp nguồn điện 220V hoặc 24V để tạo ra lực từ trường Lực từ trường này sẽ hút trục van chuyển động dọc trục, mở các cửa van cho khí nén lưu thông Nhờ đó, van có thể đóng hoặc mở dòng khí nén, điều khiển hoạt động của thiết bị dễ dàng và hiệu quả.
Van khí nén điện tử có cấu tạo gồm 5 ngõ chính, bao gồm ngõ nguồn khí nén vào (ký hiệu P), hai ngõ khí nén ra (ký hiệu A và B), cùng với hai ngõ xả khí (ký hiệu R và S) Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong hệ thống khí nén tự động để điều chỉnh lưu lượng và áp suất khí một cách chính xác Đề tài tốt nghiệp mã đề tài: 245 nghiên cứu về van khí nén điện tử nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động và độ bền của hệ thống khí nén công nghiệp.
Hình 3.32 Van điện từ khí nén SY3120 – 5LZD 5/2
- Nhiệt độ làm việc: -10 đến 50 (độ C)
- Điện áp làm việc: 24VDC
- Xuất xứ: SMC (Japan) Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245