Hệ Thống Phân Loại Cà Chua Dựa Theo Màu Sắc Sử Dụng Plc S7-1200.Pdf

v MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp i Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ii Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng x Tóm tắt xi Chương 1 TỔNG QUAN 1 1 1 Đặt vấn[.]

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ngày nay, sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật điện tử, đã làm nổi bật vai trò quan trọng của điều khiển tự động trong nhiều lĩnh vực như quản lý và công nghiệp tự động hóa Việc nắm bắt và áp dụng hiệu quả điều khiển tự động là cần thiết để góp phần vào sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật toàn cầu, cũng như sự tiến bộ trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển tự động.

Chúng em đã có cơ hội tham quan nhiều doanh nghiệp với dây chuyền sản xuất hiện đại, nơi chúng em nhận thấy sự tự động hóa trong quy trình sản xuất Đặc biệt, khâu phân loại nông sản thực phẩm được thực hiện bằng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens, cho thấy sự tiến bộ trong công nghệ sản xuất.

Sau khi nghiên cứu các đề tài và công trình trước đây, nhóm đã quyết định chọn đề tài "Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng".

Việc sử dụng PLC S7-1200 trong mô hình phân loại nông sản đã được nghiên cứu nhiều, nhưng các phương pháp phân loại theo chiều cao và khối lượng không hiệu quả với nông sản có kích thước nhỏ và màu sắc biến đổi Do đó, cần phát triển một hệ thống phân loại mới dựa trên màu sắc để đáp ứng tốt hơn nhu cầu phân loại nông sản.

Nhiều hệ thống hiện nay chỉ thực hiện phân loại mà chưa có cơ chế giám sát và quản lý quá trình này Do đó, việc xây dựng một hệ thống giám sát cho quá trình phân loại là cần thiết.

Mục tiêu

Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu sâu về PLC S7-1200 và các ứng dụng thực tiễn của nó Mục tiêu là thiết kế và thi công mô hình phân loại cà chua theo màu sắc, đồng thời thực hiện việc điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình này.

Nội dung nghiên cứu

 NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7 -1200, cảm biến TCS3200, board Arduino UNO R3, cảm biến vật cản hồng ngoại

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2

Dựa trên dữ liệu thu thập được và đặc tính màu sắc của cà chua, chúng tôi đã lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình Việc kết nối các thiết bị ngoại vi với PLC và cảm biến TCS3200 thông qua Arduino đã được thực hiện.

 NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC và Arduino Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống

Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cùng phần cứng là cần thiết để tối ưu hóa mô hình và nâng cao tính dễ sử dụng Việc đánh giá các thông số của mô hình so với thực tế và hiệu suất hoạt động của hệ thống so với các tính toán là rất quan trọng.

 NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện

 NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.

Giới hạn

 Mô hình phân loại quy mô nhỏ

 Phân loại theo 3 màu: Xanh, Vàng và Đỏ

 Tốc độ phân loại chậm

Bố cục

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về hệ thống phân loại cà chua

Sau khi thu hoạch, nông sản cần trải qua quy trình phân loại để loại bỏ sản phẩm không đạt yêu cầu Đối với cà chua, chúng sẽ được đưa vào hệ thống phân loại qua băng tải, nơi chúng được phân loại dựa trên kích thước, khối lượng và màu sắc Mục tiêu là chọn lọc những quả cà chua chất lượng tốt nhất, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

Nguyên tắc phân loại cà chua

2.2.1 Phân loại theo kích thước

Cà chua được chọn lọc dựa trên kích thước quả, giúp đạt được độ đồng đều và tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm Tuy nhiên, việc phân loại này không đảm bảo chất lượng, vì không thể phân biệt được quả đã chín hay còn xanh.

2.2.2 Phân loại theo màu sắc

Việc chọn lọc cà chua theo màu sắc không chỉ đảm bảo chất lượng mà còn giúp dễ dàng trong việc bảo quản và tính toán thời gian bảo quản phù hợp Mặc dù phân loại theo màu sắc không đảm bảo sự đồng đều và đẹp mắt cho các quả, nhưng chất lượng vẫn là yếu tố hàng đầu, do đó, đây là nguyên tắc quan trọng nhất trong phân loại cà chua.

2.2.3 Phân loại theo khối lượng

Việc phân loại cà chua theo khối lượng cũng mang lại độ đồng đều cho sản phẩm, tương tự như phân loại theo kích thước Tuy nhiên, phương pháp này chỉ dựa trên việc đo khối lượng của quả và không đảm bảo chất lượng của cà chua sau khi phân loại.

Tổng quan về PLC và PLC S7-1200

2.3.1 Tổng quan về PLC a Giới thiệu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Kỹ thuật điện tử đang phát triển mạnh mẽ và hứa hẹn sẽ có những bước tiến vượt bậc trong tương lai, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp Trong bối cảnh hội nhập hiện nay, các doanh nghiệp đang tìm cách hạ giá thành sản phẩm để tăng cường sức cạnh tranh Một giải pháp hiện đại cho vấn đề này là sử dụng PLC, thiết bị có khả năng vận hành tự động theo quy trình đã được lập trình mà không cần sự can thiệp của con người Tất cả các yếu tố cần thiết để sản xuất một loạt sản phẩm đều được tích hợp trong thiết bị nhỏ gọn này Hệ thống tự động hóa này trở nên tối ưu khi kết hợp với máy vi tính, cho phép điều khiển và kiểm soát toàn bộ quá trình sản xuất chỉ qua một giao diện máy tính.

Hệ thống điều khiển tự động, xuất hiện từ năm 1970, đã trở thành lựa chọn phổ biến trong sản xuất, nhưng nhiều công ty tại Việt Nam vẫn chưa quen thuộc với PLC Mặc dù giá thành của PLC còn cao, nhưng lợi ích mà nó mang lại cho các công ty sản xuất khiến chi phí ban đầu không phải là vấn đề lớn Nguyên nhân chính là sự ngại thay đổi và thiếu hiểu biết về PLC, dẫn đến khó khăn trong vận hành, bảo trì và thay đổi chương trình Do đó, việc chủ động tiếp cận và nắm bắt công nghệ này là cần thiết, giúp giảm bớt lo ngại về chuyển giao công nghệ và phát huy tính ưu việt của PLC Hy vọng nội dung trong đồ án này sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về PLC.

PLC, hay Bộ điều khiển logic khả trình, đã mang lại nhiều lợi ích trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thao tác máy Thiết bị này có khả năng thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển truyền thống sử dụng rơle, giúp đơn giản hóa quy trình điều khiển Với khả năng lập trình dựa trên các lệnh logic cơ bản, PLC cho phép điều khiển linh hoạt và dễ dàng Nó cũng có khả năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ, cũng như tạo lập, gửi đi và tiếp nhận tín hiệu để kiểm soát các chức năng của máy móc và dây chuyền công nghiệp.

 Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích hợp trong môi trường công nghiệp:

 Khả năng kháng nhiễu tốt

 Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp…

 Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạng internet

 Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

Hệ sản xuất linh hoạt cho phép thay đổi chương trình hoặc điều chỉnh trực tiếp các thông số mà không cần phải thay đổi lại chương trình Cấu trúc phần cứng của PLC đóng vai trò quan trọng trong việc này.

 Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau:

 Module đơn vị xử lý trung tâm

 Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu

 Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)

 Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng) d Cấu trúc bộ nhớ PLC

 Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính

 Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia làm miền:

 Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét

Chương trình con là một phần của mã nguồn, được tổ chức thành hàm với các biến hình thức để trao đổi dữ liệu Nó sẽ được thực thi khi được gọi từ chương trình chính.

Chương trình ngắt (Interrup) là miền chứa các hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với các khối chương trình khác Chương trình này được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra, bao gồm nhiều loại sự kiện như ngắt thời gian và ngắt xung tốc độ cao.

 Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:

Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic từ tất cả các cổng vào số và lưu trữ chúng trong miền dữ liệu vùng nhớ I.

Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh 7 ứng dụng chương trình không đọc trực tiếp trạng thái logic của công mà chỉ lấy dữ liệu từ cổng vào của bộ đệm I.

Miền bộ đệm Q chứa các dữ liệu cổng ra số và được sử dụng để chuyển giá trị logic tới các cổng ra sau khi chương trình thực hiện xong Thông thường, giá trị không được gán trực tiếp tới cổng ra mà chỉ được chuyển qua bộ đệm Q.

M (Miền các biến cờ) là chương trình ứng dụng sử dụng các biến này để lưu giữ các tham số cần thiết, cho phép truy cập theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hoặc từ kép (MW).

Bộ thời gian (Timer) bao gồm miền nhớ để lưu trữ giá trị thời gian đã đặt trước (PV - Preset Value), giá trị đếm thời gian hiện tại (CV - Current Value) và giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian.

Miền nhớ của bộ đếm C (Counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV - Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV - Current Value) và giá trị logic đầu ra của bộ đệm.

Vùng dữ liệu là một khu vực bộ nhớ động có khả năng truy cập theo từng bit, byte, từ đơn (word) hoặc từ kép (double word) Nó được sử dụng làm miền lưu trữ cho các thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng, cũng như các hàm dịch chuyển và xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ trong quá trình xử lý chương trình.

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp, với mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (Scan) Vòng quét bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào và bộ đệm ảo, sau đó thực hiện chương trình từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc Sau khi thực hiện chương trình, giai đoạn truyền thông và kiểm tra lỗi diễn ra, và vòng quét kết thúc bằng việc chuyển nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra.

Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:

Lập trình có cấu trúc chia chương trình thành các phần nhỏ, mỗi phần thực hiện nhiệm vụ riêng biệt Các phần này tương tác với nhau để tạo ra một chương trình hoàn chỉnh và dễ quản lý.

Giới thiệu chung về Arduino

2.4.1 Giới thiệu chung vào Arduino

Arduino đã tạo ra một cơn sốt trong cộng đồng DIY toàn cầu, tương tự như thành công của Apple trong lĩnh vực thiết bị di động Sự đa dạng và số lượng người dùng, từ học sinh đến sinh viên đại học, đã khiến ngay cả những người sáng lập cũng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến của nó.

Arduino là một bo mạch vi xử lý cho phép tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và đèn Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, giúp người học nhanh chóng làm quen với ngôn ngữ lập trình, ngay cả khi họ có ít kiến thức về điện tử và lập trình.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14, Arduino nổi bật với mức giá chỉ khoảng $30 và tính chất nguồn mở từ phần cứng đến phần mềm Người dùng có thể sở hữu một board Arduino với 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh với:

Hệ thống cảm biến đa dạng với nhiều loại khác nhau, bao gồm cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại và khí độc.

 Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED)

 Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,

…) Định vị GPS, nhắn tin SMS, và nhiều thứ thú vị khác

2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3

Arduino là một hệ thống nhúng khép kín bao gồm thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ Hiện nay, nhiều hệ thống nhúng được lập trình cho các thiết bị điện tử tiêu dùng như máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi và đồ dùng điện lạnh trong gia đình, do đó còn được gọi là “Bộ điều khiển nhúng”.

Dòng mạch Arduino UNO là lựa chọn phổ biến nhất trong lập trình Arduino Hiện tại, dòng mạch này đã phát triển đến thế hệ thứ.

 Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3

 Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển ATmega328

Mạch Arduino UNO R3 có 14 chân digital để đọc và xuất tín hiệu, với hai mức điện áp là 0V và 5V Mỗi chân có dòng vào/ra tối đa là 40mA, và được trang bị các điện trở pull-up từ được cài đặt trong vi điều khiển ATmega328, mặc dù các điện trở này không được kết nối mặc định.

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) với độ phân giải tín hiệu 10 bit (0 → 1023) cho phép đọc giá trị điện áp từ 0V đến 5V Bằng cách sử dụng chân AREF, bạn có thể cung cấp điện áp tham chiếu, ví dụ, nếu cấp 2.5V vào chân này, các chân analog sẽ đo điện áp trong khoảng 0V đến 2.5V với độ phân giải 10 bit.

 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Bảng 2 3 Thông số của Mạch Arduino UNO R3

Vi điều khiển Atmega328 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng)

7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V

Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM output)

Dòng sử dụng I/O Pin 20 mA

Dòng sử dụng 3.3V Pin 50 mA

Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328)

Hệ thống điều khiển điện khí- nén

2.5.1 Những đặc điểm cơ bản

Hệ thống khí nén bao gồm nhiều thiết bị, trong đó máy nén khí và bình tích áp là hai thành phần quan trọng nhất Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, và các quy trình tự động như phân loại và đóng gói sản phẩm Đặc biệt, nó rất cần thiết trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ, hoặc làm việc trong môi trường độc hại, như trong ngành gia công cơ khí và khai khoáng.

Các dạng truyền động sử dụng khí nén

Truyền động thẳng là một ưu điểm nổi bật của hệ thống khí nén nhờ vào cấu trúc đơn giản và tính linh hoạt của cơ cấu chấp hành Hệ thống này thường được ứng dụng trong các thiết bị gá kẹp chi tiết trong quá trình gia công thiết bị đột dập, cũng như trong việc phân loại và đóng gói sản phẩm.

Truyền động quay là lựa chọn tối ưu khi yêu cầu tốc độ cao và công suất nhỏ, mang lại sự gọn nhẹ và tiện lợi hơn so với các dạng truyền động khác Tuy nhiên, trong các hệ thống truyền động quay công suất lớn, chi phí có thể cao hơn so với truyền động điện Hệ thống khí nén có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.

Không khí có khả năng chịu nén, cho phép nó được nén và lưu trữ trong bình chứa với áp suất cao, hoạt động như một kho chứa năng lượng Trong quá trình vận hành, các trạm khí nén thường được xây dựng để phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bao gồm công việc làm sạch và truyền động cho các máy móc.

- Có khả năng truyền tảu đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ

- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường

- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt

- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác

- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả

- Công suất chuyển động không lớn

Do tính đàn hồi cao của khí nén, vận tốc truyền động có xu hướng thay đổi khi tải trọng biến động Điều này dẫn đến khó khăn trong việc duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều.

- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn

2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:

- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)

- Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành

- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút

Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống khí nén:

Hệ thống điều khiển khí nén sử dụng tín hiệu điều khiển bằng khí nén, dẫn đến việc các phần tử xử lý và điều khiển sẽ hoạt động dựa trên áp lực khí nén.

Hình 2 6 Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén

- Hệ thống điều khiển điện - khí nén các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén

Hình 2 7 Hệ thống điện - khí nén

Giới thiệu về cảm biến màu sắc TCS3200

Cảm biến màu hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ và phản xạ ánh sáng, chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số hoặc giá trị điện áp Tần số hoặc giá trị điện áp này sau đó được đưa qua một bộ chuyển đổi, quyết định màu sắc mà cảm biến đã nhận diện.

Cảm biến TCS3200 được trang bị bộ lọc màu, cho phép nhận diện một màu cụ thể trong khi chặn lại các màu khác Chẳng hạn, khi sử dụng bộ lọc màu đỏ, chỉ ánh sáng đỏ mới được phép đi qua, trong khi ánh sáng xanh và xanh lá cây sẽ bị ngăn chặn Do đó, cảm biến này chỉ thu nhận ánh sáng đỏ, và nguyên tắc tương tự áp dụng cho các màu khác.

Cảm biến ánh sáng chuyển đổi ánh sáng thành tần số nhất định, sau đó tần số này được đưa vào bộ chuyển đổi tần số Tần số tạo ra tương ứng với màu sắc của ánh sáng, quyết định màu sắc đã được cảm nhận Mỗi màu sắc có tần số riêng, cho phép cảm biến phân biệt giữa các màu sắc khác nhau.

Hình 2 8 Cảm biến màu sắc TCS 3200

 Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao

 Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

 Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển

Bảng 2 4 Bảng sơ đồ chân

OUT Đầu ra tín hiệu tần số

S0 Dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số S1 Dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số S2 Lựa chọn kiểu photodiode S3 Lựa chọn kiểu photodiode

2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200

 Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:

Hình 2 9 Cấu tạo cảm biến TCS3200

Khối đầu tiên là một mảng ma trận 8x8 bao gồm 64 photodiode, trong đó có 16 photodiode lọc màu xanh dương, 16 photodiode lọc màu đỏ, 16 photodiode lọc màu xanh lá và 16 photodiode trắng.

Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh 21 đã thiết kế một hệ thống photodiode cùng màu được kết nối song song và sắp xếp xen kẽ để giảm thiểu nhiễu.

Bốn loại photodiode hoạt động như các bộ lọc ánh sáng với màu sắc khác nhau, cho phép chỉ tiếp nhận ánh sáng có màu tương ứng và loại bỏ các ánh sáng có màu sắc khác.

Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3:

Bảng 2 5 Bảng lựa chọn 4 loại photodiode

Low Low Màu đỏ Low High Màu xanh da trời High Low Clear ( Không có bộ lọc) High High Màu xanh lá

Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số:

Bảng 2 6 Bảng chọn mở rộng tần số đầu ra

S0 S1 Mở rộng tần số đầu ra

Low Low Năng lượng thấp Low High 2%

Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 dao động từ 2Hz đến 500kHz, với dạng xung vuông Tần số này thay đổi tùy thuộc vào màu sắc và cường độ sáng của đối tượng được phát hiện.

Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số

2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu sắc TCS3200

Kết nối cơ bản giữa module TCS3200và Arduino như bảng bên dưới:

Bảng 2 7 Cách kết nối Arduino với module TCS3200

Giới thiệu về cảm biến vật cản hồng ngoại

Cảm biến sử dụng cặp LED hồng ngoại để phát hiện vật cản trong môi trường Khi tia hồng ngoại được phát ra, nếu có vật cản, nó sẽ phản xạ trở lại LED thu, khiến LED báo hiệu sáng Ngược lại, khi không có vật cản, LED sẽ tắt.

2.7.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4 a Giới thiệu

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh và ít nhiễu nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt Thiết bị cho phép điều chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, với ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở.

Hình 2 10 Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại

Hình 2 11 Sơ đồ kết nối cảm biến vật cản hổng ngoại b Đặc điểm

 Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC

 Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm

 Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở

 Dòng kích ngõ ra: 300mA

Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép điều chỉnh điện áp ngõ ra, với trở treo có thể nâng điện áp lên mức mong muốn, từ đó tạo ra điện áp ngõ ra tương ứng.

 Chất liệu sản phẩm: nhựa

 Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN

Hình 2 12 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4 c Giao tiếp với PLC S7-1200

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 có ngõ ra dạng cực thu để hở với mức 0, trong khi ngõ vào của PLC yêu cầu mức 1 (24VDC) Để kích hoạt mức 1 khi phát hiện vật cản, ngõ ra của cảm biến cần được kết nối qua một mạch công suất nhỏ để cung cấp tín hiệu cho PLC.

2.7.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK a Giới thiệu

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh và ít nhiễu nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt Người dùng có thể điều chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, và ngõ ra của cảm biến ở dạng cực thu hở.

 Nguồn điện cung cấp: 5 VDC

 Khoảng cách phát hiện: 3-80 cm

 Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở

 Dòng kích ngõ ra: 300mA

Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép điều chỉnh điện áp ngõ ra linh hoạt, với trở treo có thể nâng áp lên mức mong muốn, từ đó tạo ra điện áp ngõ ra tương ứng.

 Chất liệu sản phẩm: nhựa

 Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN

Hình 2 13 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18- D80NK c Giao tiếp với Arduino

Kết nối cơ bản giữa cảm biến E18 – D80NK và Arduino như bảng bên dưới:

Bảng 2 8 Cách kết nối Arduino với cảm biến E18- D80NK

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Mô hình hệ thống

3.1.1 Giới thiệu về hệ thống

Hệ thống phân loại nhận diện màu sắc của cà chua và truyền tín hiệu màu đã xử lý đến khối xử lý để phân loại Trong quá trình này, sự tác động của các xi lanh và số lượng quả được tác động sẽ được hiển thị trên giao diện điều khiển Dưới đây là mô hình chung của hệ thống.

Hình 3 1 Mô hình chung của hệ thống

Xử lý màu sắc bao gồm việc tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến màu sắc và chuyển đổi chúng thành tín hiệu để gửi về PLC, từ đó thực hiện các tác vụ khác.

Phân loại cà chua dựa trên tín hiệu từ khối xử lý màu sắc và giao diện điều khiển, nhằm thực hiện các tác vụ phân loại theo yêu cầu của hệ thống.

Giao diện điều khiển: Thực hiện việc điều khiển tắt mở hệ thống và xử lý và hiển thị dữ liệu.

THI CÔNG HỆ THỐNG

Giới thiệu

Sau khi hoàn thành việc tính toán và thiết kế dựa trên sơ đồ khối, nhóm đã tiến hành thi công mô hình toàn hệ thống, bao gồm khối băng chuyền vận chuyển cà chua, khối cảm biến màu sắc, lắp ráp hệ thống điện, viết chương trình và tạo giao diện giám sát SCADA.

Thi công hệ thống

4.2.1 Thi công bo mạch a Mạch công suất giao tiếp giữa Arduino với PLC

Sơ đồ thiết kế mạch in đi dây một mặt trên Altium của mạch công suất giao tiếp giữa Arduino với PLC:

Hình 4 1 Thiết kế mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa Arduino với PLC

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG

Hình 4 2 Mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa Arduino với PLC

Sau khi in mạch ra board đồng, cần kiểm tra xem các đường dây có bị hở hay không Khi khoan lỗ để hàn chân linh kiện, cần sử dụng mũi khoan phù hợp với kích thước chân linh kiện, điều này giúp linh kiện lắp vào mạch chắc chắn hơn và việc hàn cũng trở nên dễ dàng hơn.

Sơ đồ bố trí linh kiện để quan sát và gắn linh kiện cho đúng chiều:

Hình 4 3 Hình 3D mặt trên bố trí linh kiện

Hình 4 4 Hình 3D mặt dưới bố trí linh kiện

Danh sách các linh kiện theo mẫu như được mô tả trong Bảng 4.1:

Bảng 4 1 Danh sách các linh kiện

STT Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chú thích

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 48 b Mạch công suất giao tiếp giữa cảm biết vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4

Sơ đồ thiết kế mạch in đi dây một mặt trên Altium của mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F- DS30C4 với PLC:

Hình 4 5 Thiết kế mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F-

Hình 4 6 Mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F- DS30C4 với

Sơ đồ bố trí linh kiện để quan sát và gắn linh kiện cho đúng chiều:

Hình 4 7 Hình 3D mặt trên bố trí linh kiện

Hình 4 8 Hình 3D mặt dưới bố trí linh kiện

Danh sách các linh kiện theo mẫu như được mô tả trong Bảng 4.2:

Bảng 4 2 Danh sách các linh kiện

STT Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chú thích

4.2.2 Lắp đặt và kiểm tra

Quá trình lắp ráp các linh kiện vào mạch nguồn và mạch PCB đã được thiết kế được trình bày trong phần này Với thiết kế mạch đơn giản, việc vẽ mạch và kiểm tra chi tiết trở nên chính xác và ổn định.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50 a Lắp ráp các mạch công suất giao tiếp với PLC

Hình 4 9 Mạch xử lý kết nối màu sắc và điều khiển khối công suất

Hình 4 10 Mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC b Lắp ráp tủ điện

Hình 4 11 Mặt trước của tủ điện

Hình 4 12 Bên trong của tủ điện c Bố trí khối nguồn

Hình 4 13 Vị trí đặt khối nguồn

Toàn bộ hệ thống được lắp ráp và kết nối lại với nhau để tạo ra một mô hình hoàn chỉnh

Hình 4 14 Mặt trước và sau của hệ thống

Hình 4 15 Mặt bên của hệ thống

KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ

Kết quả

Trong vòng 4 tháng làm đồ án, nhóm nghiên cứu đã đạt được các kết quả như sau:

 Nghiên cứu sâu hơn Arduino UNO R3

 Nghiên cứu sâu hơn về các dòng PLC đặc biệt là dòng S7 - 1200

 Nghiên cứu sử dụng được cảm biến màu sắc TCS3200 và giao tiếp được với Arduino

 Nghiên cứu sử dụng được cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4, E18- D80NK và giao tiếp được với Arduino

 Nghiên cứu được một số hệ thống phân loại cà chua, phân loại sản phẩm ngoài thực tế

 Nghiên cứu và thiết kế giao diện giám sát và điều khiển Scada

Tìm hiểu và sử dụng các phần mềm thiết kế mạch như Altium, phần mềm lập trình vi điều khiển IDE, và phần mềm lập trình PLC – TIA Portal là rất quan trọng trong lĩnh vực công nghệ.

Trong quá trình thiết kế phần cứng và lựa chọn linh kiện, nhóm đã kiểm tra các kết nối giữa các module và linh kiện, từ đó phát triển mô hình phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200.

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ

Hình 5 1: Mặt trước và mặt sau của mô mình

Hình 5 2: Mặt bên của mô hình

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ

Kết quả giao diện giám sát và điều khiển

Hình 5 3 Giao diện giám sát và điều khiển (tự động)

Tiêu đề	Hệ Thống Phân Loại Cà Chua Dựa Theo Màu Sắc Sử Dụng Plc S7-1200
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ Thống Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	3,71 MB
File đính kèm	Hệ thống phân loại cà chua theo màu.rar (3 MB)