Đồ án môn học hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước, xếp sản phẩm lênpallet và lưu kho tự động

Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiều chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về h

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

************

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước, xếp sản phẩm lên

pallet và lưu kho tự động.

GVHD: Ths.  NGUYỄN TẤN ĐỜI

NHÓM:

SVTH: - Đặng Thanh Huy - 20151378

- Bùi Trần Đình Vỹ- 20151434

Tp.Hồ Chí Minh,tháng 12 năm 2022 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu tổng quan 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn nội dung đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phân loại sản phẩm 2.2 Lý thuyết về các vấn đề liên quan đến hệ thống … 2.2.1 Cảm biến

2.2.2 Băng tải 2.2.3 Hệ thống cần cẩu nâng tự động 2.2.4 Cánh tay Robot

2.2.5 Xilanh khí nén 2.3Giới thiệu về PLC và ứng dụng 2.4Xử lý tín hiệu Analog trong PLC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG   3.1 Nêu qui trình vận hành hệ thống

3.2 Thiết kế phần cơ khí:

3.3 Thiết kế phần điện:

3.3.1 Thiết kế sơ đồ cho các khối chức năng 3.3.2 Chọn các thiết bị cho các khối 3.3.3 Sơ đồ nối dây thiết bị

3.4 Thiết kế lưu đồ điều khiển CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẢO 4.1 Giới thiệu phận mềm Factory IO

4.1.1 Giới thiệu 4.1.2Bảng quy đổi thiết bi thực tế sang Factory Io 4.2 Thiết kế mô hình hệ thống ảo

4.3 Giao tiếp PLC và mô hình hệ thống ảo CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.1 Kết quả thiết kế cơ khí

5.2 Kết quả thiết kế điện 5.3 Kết quả điều khiển và giám sát 5.4 Kết quả xây dựng hệ thống ảo CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 KẾT LUẬN

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC Chương trình PLC, Sử dụng thiết bị…

Chương 1: Mở đầu 1.1 Giới thiệu tổng quan

Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình Công nghiệp hóa, hiện đại hóa Chính vì vậy có rất nhiều khu công nghiệp đã và đang được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị hoạt động hiện đại cùng với sự đầu tư và góp vốn đến từ các nước khác trên thế giới Trong những thập niên gần đây, các thiết bị điện tử được ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới Sự đa dạng và phát triển của các nghành không ngừng biến đổi Điện tử là một trong những ngành kĩ thuật tinh vi của thế giới, nó là

một phương tiện gần như không thể thiếu trong mọi lĩnh vực như : Viễn thông, y khoa, các phòng thí nghiệm, nghiên cứu, v v nó đảm bảo hiệu suất trong công việc cũng như độ tin cậy thõa mãn cho người sử dụng, điện tử là một ngành mà tín hiệu vận động đặt trên cơ sở dòng điện và điện áp

Từ những linh kiện nhỏ và đơn giản ta có thể tạo ra những thiệt bị thật hữu dụng trong cuộc sống hàng ngày và đặc biệt trong sản xuất Những thiết bị tinh vi giúp giải phóng sức lao động, tạo ra hiệu suất lao động chưa từng có một máy hoạt động có thể thay thế cho vài chục nhân công, thậm chí còn hơn thế nữa Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp

Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất

ra không những đạt tiều chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất Trong các Nhà máy, các sản phẩm được sản xuất ra trước khi được xuất xưởng thì  phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra sản phẩm Tuỳ theo sản phẩm được sản xuất ra mà nó phải được kiểm tra qua các khâu khác nhau, chẳng hạn như kiểm tra về chất lượng, kích thước, hình dạng, hoặc trọng lượng…

1.2 Mục tiêu đề tài

Trong đề tài này, chúng em xin thực hiện việc: “ Ứng dụng PLC S7-1200 trong phân loại sản  phẩm theo kích thước, xếp sản phẩm lên pallet và lưu kho tự động.” Đề tài này sẽ giúp cho chúng

em phần nào hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong việc  phân loại sản phẩm, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển chúng, cũng như các hệ thống  băng chuyền Đề tài này được trình bày theo dạng mô hình mô phỏng Nên trong quá trình thực hiện luận văn này không tránh khỏi những sai sót Kính mong quý Thầy Cô góp ý để hoàn thiện tốt hơn nữa Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa công tác quản lý, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm chi phí, hạn chế nhân công là một xu hướng tất yếu của quá trình sản xuất Cùng với tốc độ phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua, điều khiển tự động đã ra đời và phát triển càng ngày càng đa dạng đáp ứng các yêu cầu, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp Chính vì vậy phải lựa chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế, điều kiện cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trí, sửa chữa hệ thống khi có sự cố Thực tiễn đó đã đặt ra vấn đề là làm sao để quản lý các nhà máy sản xuất hiệu quả nhất, tiết kiệm nhất và an toàn nhất

1.3 Giới hạn nội dung đề tài

Trong phạm vi đồ án này, tôi xin trình bày sơ lược về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của Mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước trên phần mềm Tia portal , Factory IO

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước trên PLC S7-1200 là một ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa sản xuất Nó được sử dụng để phân loại sản phẩm vào các nhóm dựa trên kích thước của chúng, từ đó giúp quản lý và kiểm soát chất lượng sản phẩm

Các thiết bị cảm biến kích thước được sử dụng để đo kích thước của sản phẩm khi nó di chuyển trên băng tải Dữ liệu kích thước được gửi đến PLC S7-1200, và chương trình PLC được lập trình để phân loại sản phẩm vào các nhóm dựa trên giá trị kích thước

Chương trình PLC cũng được lập trình để điều khiển các thiết bị định tuyến sản phẩm để sản  phẩm được đưa vào nhóm phù hợp Các tín hiệu điều khiển được gửi từ PLC đến các động cơ, van

và bộ điều khiển để điều khiển hệ thống định tuyến

Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước trên PLC S7-1200 giúp tăng năng suất và hiệu quả sản xuất bằng cách giảm thời gian kiểm tra sản phẩm bằng tay và giảm số lượng sản phẩm không đạt tiêu chuẩn Nó cũng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thất thoát trong quá trình sản xuất

2.2Lý thuyết về các vấn đề liên quan đến hệ thống

2.2.1 Cảm biến

Cảm biến hay còn gọi là sensor Đây là một thiết bị điện tử có thể nhận biết các yếu tố vật lý hoặc hoá học từ môi trường như: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, chuyển động, Sau đó, cảm  biến sẽ chuyển các thông tin nhận được thành các dạng tin mã hoá và xuất về màn hình hoặc máy tính Nhờ vậy, cảm biến sẽ hỗ trợ hiệu quả việc nghiên cứu khoa học, đo đạc hay điều khiển thiết bị

từ xa,

2.2.2 Băng tải

Là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B Thay vì vận chuyển sản phẩm bằng công nhân vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo ra môi trường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó

 Nguyên lí hoạt động: là khi động cơ bật, rulô quay nhờ lực ma sát giúp dây băng tải di chuyển Tùy vào nhu cầu vận chuyển mà điều chỉnh tốc độ dây băng phù hợp Khi sản phẩm, vật liệu để trên bề mặt băng tải, nó sẽ được vận chuyển nhờ sự chuyển động của dây băng tải

Có 2 loại được sử dụng:

- Băng tải trơn: Có thể là băng tải cao su hoặc PVC dùng để vận chuyển các sản phẩm nhẹ với kích thước nhỏ và trung bình

- Băng tải con lăn: là giải pháp phù hợp để vận chuyển sản phẩm với trọng lượng từ nhẹ, trung bình đến rất nặng, trong các môi trường thông thường đến các môi trường có hóa chất ăn mòn, bụi bặm…

2.2.3 Hệ thống cần cẩu nâng hàng tự động

Hệ thống cần cẩu nâng hàng tự động là hệ thống lưu trữ và phục hồi tự động Jracking (AS / RS) được vận hành hoàn toàn mà không cần lao động của con người để tự động thả và đòi hàng Đây là loại cơ sở kho mới được nâng cấp để thích ứng với nền kinh tế đang phát triển nhu cầu trong thế hệ hiện đại ngày nay Kệ cao cấp theo chiều dọc là cấu trúc hỗ trợ chính nhờ đó có thể nhận ra mục đích lưu giữ theo chiều dọc trong toàn bộ AS / RS Hiệu suất của nó ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ kho hàng và các thiết bị liên quan

2.2.4 Cánh tay robot

Dùng để gắp/ lấy các sản phẩm từ nơi này sang nơi khác Có 2 loại là tay gắp 3 trục và 2 trục.

2.2.5 Xilanh khí nén

Đây là thiết bị cơ được vận hành bằng lưu lượng khí nén Tức là, xi lanh hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, làm cho piston của xi lanh chuyển động theo hướng người dùng muốn, thông qua đó truyền động đến thiết bị

Thiết kế sơ đồ các khối chức năng

Chức năng từng khối: 

Khối nguồn: cấp nguồn 24VDC cho hệ thống điều khiển là PLC Nguồn 380V/220V cho cơ  cấu động lực

Khối cảm biến:Khi cảm biến này hoạt động có hai trạng thái duy nhất đó là trạng thái có và không có vật cản Khi không có vật cản, cảm biến phát sáng và thu sáng sẽ diễn ra liên tục với nhau Khi có vật cản, cảm biến phát vẫn sẽ phát ra ánh sáng nhưng do có vật cản ở giữa nên cảm biến thu

sẽ không thu được ánh sáng Từ đó vật thể được nhận diện

  Khối điều khiển khí nén: có chức năng chặn hàng hóa để đưa hàng hóa được phân loại ra khỏi băng chuyền chính

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM  NGUỒN

KHỐI BĂNG CHUYỀN

ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI GIÁM SÁT KHỐI CẦNCẨU XẾP

KHỐI TAY GẮP

  Khối băng chuyền: có chức năng tải hàng hóa đến các khu vực xử lý khác trong hệ thống   Khối tay gắp: có chức năng gắp các hàng hóa

  Khối xử lý trung tâm: có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác

Khối giám sát: HMI (Human-Machine-Interface) là giao diện vận hành giữa người và máy thông qua PLC, chúng được kết nối với nhau bằng cáp tín hiệu Khi người vận hành tác động nhấn nút trên màn hình hoặc cài đặt thông số, yêu cầu sẽ được gửi đến PLC, PLC điều khiển máy móc dây chuyền hoạt động

3.3.2 Chọn thiết bị cho các khối

Khối nguồn:

Yêu cầu của mô hình với các đầu vào PLC và cảm biến sử dụng điện áp 24V – DC nên ta chọn bộ nguồn AC- DC có đầu ra ở mức phù hợp để nâng cấp các thiết bị trong mô hình

Thông số kỹ thuật:

- Điện Áp Đầu Vào : AC 220V ( Chân L và N )

- Điện Áp Đầu Ra : DC 24V 5A ( Chân dương V+ , Chân Mass-GND : V- )

- Công Suất : 120W

- Điện áp ra điều chỉnh : +/-10%

- Rò rỉ: <1mA / 240VAC

- Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm: -10 ℃ ~ + 60 , 20% ~ 90% RH ( Relative Humidity: Độ ẩm℃

tương đối)

- Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ: -20 ℃ ~ + 85 , 10% ~ 95RH( Relative Humidity: Độ ẩm℃

tương đối)

- Kích thước: 199 * 98 * 38mm

- Trọng lượng: 0.52Kgs

Khối cảm biến

Trong mô hình chúng em lựa chọn cảm biến quang E3F-DS30P1 PNP loại 3 dây để phát hiện vật thể vì những ưu điểm sau:

- Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc với vật thể đó (Phát hiện từ xa)

-Phát hiện được từ khoảng cách xa

- ít bị hao mòn có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao

- Phát hiện nhiều vật thể khác nhau

- Thời gian đáp ứng nhanh

* Cảm biến quang chọn đầu ra transistor có logic PNP:

- Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật Tín hiệu điện áp thấp khi không có vật

Sơ đồ đấu dây

 Nâu: VCC

Đen: Ra tín hiệu

Xanh dương: GND

Thông số kỹ thuật:

-Nguồn điện cung cấp: 24VDC

-Khoảng cách phát hiện: 0 ~ 30cm

-Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở

-Dòng kích ngõ ra: 300mA

-Ngõ ra dạng PNP thường mở 

-Chất liệu sản phẩm: nhựa

-Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

-Kích thước:18x70mm

Khối xử lý trung tâm

Sử dụng PLC S7-1200 DC/DC/DC

  Chức năng:

-Nhận tín hiệu từ các thành phần ngoại vi -Tín hiệu từ HMI

-Tín hiệu từ nút nhấn

-Xử lý và xuất tín hiệu điều khiển vào và đưa kết quả điều khiển tới các khối cần thiết trong mô hình

Thông số: SIMATIC S7-1200, CPU 1211C, compact CPU, DC/DC/DC, onboard I/O: 6 DI 24 V DC; 4 DO 24 V DC; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4-28.8V DC, Program/data memory 50 KB

 Khối giám sát

Màn hình HMI Siemen KTP9000 Basic 9inch

Thông số HMI:

- Phần cứng: CPU CORTEX A8 600MHZ, 128M FLASH, 128M RAM DDIII

- Kích thước màn hình: 9 inch

- Lưu trữ: Hỗ trợ lưu trữ ngày, thẻ SD, U Disk

- Độ phân giải: 800 × 480 TFT LCD 16.000 màu

- Giao diện: RS232 / RS485 / RS422 (có sẵn 2 cổng COM), một cổng Ethernet.

- Được lập trình bởi PIStudio

- Hỗ trợ WINCE7.0 LINUX

 Khối băng chuyền

Để chọn động cơ băng tải cho dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao này, ta cần xác định các thông số kỹ thuật của băng tải và các yêu cầu vận hành của dây chuyền Cụ thể dây chuyền phân loại sản phẩm của nhóm em như sau:

- Động cơ băng tải cho tải trọng 10Kg

- Hệ số ma sát giữa băng tải và tải trọng là 0.3

- Bán kính của bánh răng trên trục động cơ là 0.03m

- Tốc độ của băng tải là 0.3m/s

 Tính lực cản :

F=M*g* μ = 10Kg * 9.81 m/s 2*0.3=29.43N

 Tính moment xoắn cần thiết:

T=F*r= 294.3 * 0.03 = 8.83N.m

 Tính công suất cần thiết:

P=F* v= 29.43* 0.3= 8.829W Vậy để kéo được tải trọng 10Kg với tốc độ 0.3m/s và hệ số ma sát giữa băng tải và tải trọng 0.3, ta chọn một động cơ băng tải có công suất tối thiểu khoảng 8.829W và moment xoắn cần thiết khoảng 8.83N.m

Động cơ kéo băng tải giảm tốc GH18-100W-30S

Thông số

-Công suất: 0.1kW

-Tỷ số truyền: 1/30 (40 vòng/phút) 

-Điện áp: 1pha 220VAC

-Tần số: 50Hz

Khối lưu kho

+ Cần cẩu nâng hàng : Nó có thể làm giảm đáng kể lao động thể chất và nâng cao hiệu quả công việc

Cấu tạo:

Thông số thiết bị:

Tải trọng 100kg Tiếng ồn hoạt động 70 dB

Tốc độ chạy dọc 2m/s Công suất động cơ 70kW  

+ Kho hàng:

Cấu tạo: 

Thông số thiết bị:

- Kích thước Giá kệ công nghiệp được thiết kế và sản xuất theo yêu cầu

- Chiều cao từ 3m và tối đa có thể lên đến 9m

- Tải trọng trên mỗi tầng kệ từ 300kg trên tầng hàng đến 6000kg/tầng

- Bề mặt có thể thiết kế để 2 pallet, 3 pallet hoặc 4 pallet, hoặc để hàng để hàng trực tiếp lên

 bề mặt kệ

Khối tay gắp

- Tay gắp 3 trục (  Automatic Pneumatic Pick And Place Machine) để thực hiện việc gắp hàng hóa màu xanh lá từ băng tải này qua băng tải khác để đưa đi sản xuất Gắp sản phẩm theo 3 chiều X, Y

và Z và sử dụng cơ chế khí nén để hút sản phẩm

Thông số

-Phạm vi hành trình: 50mm-1500mm

-Vị trí chính xác: 0,02mm

-Tốc độ tối đa: 500mm/giây

-Tải tối đa:100kg

Khối điều khiển khí nén

Bao gồm các xi lanh khí nén 2 chiều để đẩy sản phẩm vào băng tải phân loại và thu vào khi đã đẩy xong

- Kết cấu: Xi lanh piston

- Vật liệu thân xi lanh: Nhôm

- Hình thức hoạt động: Tác động kép

- Dòng: SD, SDD, SDJ, SU

- Phạm vi áp suất hoạt động: 0,1 MPa đến 1,0 MPa

- Tốc độ hoạt động: 50~500 mm/s

- Phạm vi nhiệt độ hoạt động:-10 – 70℃

- Hành trình tiêu chuẩn: 25 đến 1000