TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Đặt vấn đề
Một nhà máy có năng suất lao động cao khi tận dụng tối đa nguồn nhân công và giảm thiểu các công đoạn lặp lại thông qua dây chuyền tự động hóa Trong quy trình sản xuất, băng tải vận chuyển và hệ thống nâng gắp gạt đóng vai trò quan trọng trong việc phân loại và đóng gói sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.
Nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn chưa áp dụng tự động hóa trong quy trình phân loại và đóng gói sản phẩm, dẫn đến năng suất lao động thấp và hiệu quả chưa cao Nhận thấy những vấn đề này, chúng tôi đã thiết kế và thi công một mô hình băng chuyền để cải thiện quy trình, nhằm tăng năng suất, giảm sức lao động của con người và chi phí sản xuất Mục tiêu của chúng tôi là góp phần vào sự phát triển chung của xã hội bằng cách nâng cao hiệu quả trong sản xuất.
Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay
Băng tải là thiết bị phổ biến trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo chiều ngang và nghiêng Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, cũng như trong các xưởng luyện kim để chuyển quặng và than đá Ngoài ra, băng tải còn được sử dụng tại các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu như xỉ lò.
Trên các kho bãi, việc vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và một số sản phẩm khác diễn ra thường xuyên Trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất, kho bãi được sử dụng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thiện, đảm bảo quy trình sản xuất và phân phối diễn ra hiệu quả.
6 thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được
1.2.2 Ưu điểm của băng tải
Cấu tạo của thiết bị rất đơn giản và bền bỉ, cho phép vận chuyển hàng hóa một cách linh hoạt theo nhiều hướng, bao gồm cả nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa hai phương thức này.
Đầu tư ban đầu không cao, hệ thống có khả năng tự động hóa, dễ dàng vận hành và bảo trì Máy móc hoạt động ổn định, năng suất vượt trội và tiêu tốn ít năng lượng hơn so với các loại máy vận chuyển khác.
1.2.3 Cấu tạo chung của băng tải
Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:
Băng tải xích và băng tải con lăn nổi bật với độ ổn định cao trong quá trình vận chuyển Tuy nhiên, chúng yêu cầu một kết cấu cơ khí phức tạp, độ chính xác cao và có giá thành tương đối đắt đỏ.
Băng tải dạng cào là thiết bị lý tưởng để thu dọn phoi vụn, với năng suất lên đến 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động đạt 0,2m/s Chiều dài của băng tải này có thể không giới hạn, trong khi khả năng kéo tối đa là 10kN.
- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :
+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm
Băng tải 2 buồng xoắn gồm hai buồng xoắn song song, một buồng xoắn theo chiều phải và một buồng xoắn theo chiều trái Chuyển động xoay ngược chiều của các buồng xoắn này được điều khiển bởi một tốc độ phân phối chuyển động, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận chuyển.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng.
Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay
Phân loại sản phẩm là một vấn đề quan trọng và đang được áp dụng rộng rãi trong thực tế hiện nay Công việc này yêu cầu sự tập trung cao và tính lặp lại, nhưng việc thực hiện bằng sức người thường dẫn đến khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác.
Có nhiều phân loại sản phẩm dựa trên các chi tiết kỹ thuật tinh vi mà mắt thường khó nhận ra, ảnh hưởng đến chất lượng và uy tín của nhà sản xuất Do đó, sự ra đời của hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm là một bước phát triển cần thiết để đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Các hệ thống phân loại tự động có quy mô khác nhau tùy thuộc vào độ phức tạp của yêu cầu phân loại, nhưng đều có chung một đặc điểm là chi phí đầu tư cao, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam.
Hiện nay, hầu hết các hệ thống phân loại tự động chủ yếu được áp dụng cho những yêu cầu phân loại phức tạp, trong khi nhiều doanh nghiệp Việt Nam vẫn phụ thuộc vào sức lao động con người để thực hiện công việc.
Ngoài việc sử dụng băng chuyền để vận chuyển sản phẩm, một yêu cầu quan trọng là cần có hệ thống phân loại sản phẩm Có nhiều phương pháp phân loại khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của nhà sản xuất, bao gồm: phân loại theo kích thước, màu sắc, khối lượng, mã vạch và hình ảnh.
Có nhiều phương pháp phân loại khác nhau, dẫn đến sự đa dạng trong các thuật toán và giải pháp cho từng sản phẩm Các thuật toán này có thể hỗ trợ lẫn nhau, ví dụ như trong việc phân loại vải cần xem xét kích thước và màu sắc, trong khi phân loại nước uống như bia hay nước ngọt cần dựa vào chiều cao và khối lượng Tương tự, xe cộ được phân loại theo chiều dài và khối lượng, còn gạch granite có thể được phân loại dựa trên hình ảnh.
Sản phẩm được phân loại dựa trên cảm biến quang theo kích thước: khi sản phẩm di chuyển qua cảm biến quang đầu tiên mà chưa kích hoạt cảm biến thứ hai, nó sẽ được phân loại là vật nhỏ nhất Ngược lại, nếu sản phẩm kích hoạt cả hai cảm biến cùng lúc, nó sẽ được phân loại là vật lớn nhất.
Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cảm biến màu đặt trên băng chuyền Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận diện màu sắc sẽ tự động mở cửa phân loại phù hợp Quá trình phát hiện màu sắc dựa vào tỷ lệ phản chiếu của các màu chính như đỏ, xanh lá cây và xanh dương, được phản xạ bởi các thuộc tính màu của sản phẩm Công nghệ lọc phân cực đa lớp FAO (góc quang tự do) cho phép cảm biến E3MC phát ra ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh dương trên một trục quang học đơn E3MC thu nhận ánh sáng phản chiếu từ sản phẩm và xử lý tỷ lệ các màu để xác định màu sắc chính xác.
Sản phẩm sử dụng webcam được phân loại dựa trên quy trình kiểm tra chất lượng Cụ thể, một camera sẽ chụp lại hình ảnh sản phẩm khi nó di chuyển qua camera và so sánh với hình ảnh gốc Nếu hình ảnh chụp được giống với ảnh gốc, sản phẩm sẽ được chấp nhận; ngược lại, nếu không giống, sản phẩm đó sẽ bị loại bỏ.
Trong đồ án này, chúng em sẽ xây dựng một mô hình nhỏ với chức năng tương tự như trong thực tế, bao gồm thiết kế dây chuyền băng tải để vận chuyển sản phẩm, phân loại sản phẩm theo kích thước đã định sẵn và thực hiện quy trình đóng gói.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các thành phần của hệ thống SCADA
Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản sau :
Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server)
Trạm thu thập dữ liệu trung gian bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra từ xa (RTU) hoặc các bộ điều khiển logic khả trình (PLC), có nhiệm vụ giao tiếp với các thiết bị chấp hành như cảm biến, hộp điều khiển và van chấp hành.
Hệ thống truyền thông bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông và thiết bị chuyển đổi dồn kênh, có chức năng truyền dữ liệu từ cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.
Giao diện người - máy (HMI) là thiết bị hiển thị thông tin xử lý dữ liệu, giúp người vận hành kiểm soát và điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống.
2.1.1 Cơ chế thu thập dữ liệu
Trong hệ thống SCADA, quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu từ việc các RTU quét thông tin từ các thiết bị chấp hành kết nối với chúng Thời gian thực hiện nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong Các máy chủ sẽ quét các RTU với tốc độ chậm hơn để thu thập dữ liệu Để điều khiển, máy chủ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, cho phép chúng gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp đến các thiết bị chấp hành để thực hiện nhiệm vụ.
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse)
Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA thể hiện chỉ dưới dạng số gọi là trường
Dữ liệu (data field) bao gồm các dạng tín hiệu như tín hiệu logic (on/off), tín hiệu analog dòng/áp, và tín hiệu xung tốc độ cao.
Giao diện cơ sở cho các thiết bị đầu cuối là màn hình giao diện đồ họa (GUI) hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển và giám sát Dữ liệu được trình bày dưới dạng hình ảnh tĩnh và sẽ tự động cập nhật khi có sự thay đổi trong dữ liệu.
Hệ thống SCADA hiển thị sự biến đổi liên tục của dữ liệu theo thời gian trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) thông qua các đồ thị.
Hệ thống SCADA nổi bật với khả năng xử lý lỗi hiệu quả khi xảy ra sự cố, cho phép lựa chọn nhiều phương án xử lý khác nhau để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định.
Trong các hệ thống SCADA, các RTU với dung lượng bộ nhớ lớn lưu trữ dữ liệu quan trọng Khi hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu sẽ được sao lưu vào bộ nhớ của RTU Điều này cho phép các RTU sử dụng dữ liệu tạm thời trong trường hợp hệ thống gặp lỗi, cho đến khi hệ thống khôi phục hoạt động bình thường.
• Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ
Hệ thống SCADA được trang bị các bộ phận dự phòng như hệ thống truyền thông hai đường truyền, RTU đôi hoặc hai máy chủ, nhằm đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong quá trình vận hành.
Khi hệ thống SCADA gặp sự cố hoặc hoạt động offline, 13 bộ phận dự phòng này sẽ được sử dụng cho các mục đích bảo dưỡng, sửa chữa và kiểm tra.
2.1.3 Xu hướng phát triển của SCADA
Xu hướng phát triển của PLC và phần mềm HMI/SCADA đang ngày càng theo hướng "mix and match", tức là lựa chọn và kết nối các thành phần khác nhau để tạo ra một hệ thống thống nhất và hỗ trợ lẫn nhau.
Vào giữa thập niên 90, việc sử dụng các thiết bị I/O để thu thập dữ liệu cũ đã dẫn đến việc ưu tiên các chuẩn kết nối như RS-485, phù hợp với khoảng cách truyền dẫn Tuy nhiên, điều này đã hạn chế sự lựa chọn thiết bị khi có yêu cầu thay đổi.
Vào cuối những năm 90, do những nhược điểm của các chuẩn truyền thông trước đó, xu hướng chuyển sang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC 870-5-101/104 và DNP 3.0 ngày càng trở nên phổ biến trong sản xuất thiết bị và cung cấp giải pháp cho hệ thống SCADA Đến năm 2000, hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra dữ liệu đã chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS, dựa trên chuẩn TCP/IP.
Hiện nay, hệ thống SCADA đang chuyển mình sang công nghệ truyền thông chuẩn, trong đó Ethernet và TCP/IP đang dần thay thế các chuẩn cũ.
Theo nhà cung cấp giải pháp tự động hóa và thông tin phần mềm
Giới thiệu về phần mềm Tia Portal v15.1
2.2.1 Tổng quan về Tia Portal
TIA Portal, short for Totally Integrated Automation Portal, is a comprehensive software platform that integrates various automation management and electrical operation tools for systems Essentially, TIA Portal serves as a unified software solution for automation processes.
14 động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống
TIA Portal, được phát triển bởi Siemens vào năm 1996, cho phép người dùng nhanh chóng phát triển và viết phần mềm quản lý trên một nền tảng thống nhất Giải pháp này giúp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt, tạo ra hệ thống đồng nhất và hiệu quả.
TIA Portal là phần mềm tích hợp tự động toàn diện, đóng vai trò cơ sở cho việc lập trình và cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặc điểm nổi bật của TIA Portal là khả năng cho phép các phần mềm chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, từ đó tạo ra tính thống nhất và toàn vẹn cho hệ thống quản lý và vận hành ứng dụng.
TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
Thiết kế giao diện kéo mã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng
Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát
Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống
Tích hợp mô phỏng hệ thống
Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens
Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal
V14,TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17
2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của Tia Portal: Ưu điểm:
Tích hợp mọi phần mềm vào một nền tảng duy nhất giúp quản lý dễ dàng và thống nhất cấu hình với cơ sở dữ liệu chung Giải pháp này mang lại hiệu quả cao trong vận hành thiết bị, đồng thời rút ngắn thời gian tìm kiếm và khắc phục sự cố.
Bộ lập trình PLC và màn hình HMI được cấu hình trên TIA Portal giúp tiết kiệm thời gian thao tác cho chuyên viên Chỉ cần một biến số từ bộ lập trình PLC được đưa vào màn hình HMI, kết nối giữa các thiết bị sẽ được thiết lập mà không cần thêm bất kỳ thao tác lập trình nào.
Hệ thống lớn với việc tích hợp nhiều phần mềm và cơ sở dữ liệu đòi hỏi dung lượng bộ nhớ khổng lồ Điều này dẫn đến yêu cầu kỹ thuật cao cho lập trình viên và quản lý, đồng thời tốn nhiều thời gian để làm quen với việc sử dụng.
2.2.3 Các phần tích hợp chung với Tia portal:
Phần mềm TIA Portal do Siemens phát triển cung cấp nhiều thành phần hỗ trợ người dùng trong việc quản lý và lập trình PLC cũng như HMI một cách hiệu quả Bộ TIA Portal bao gồm các thành phần quan trọng giúp tối ưu hóa quy trình làm việc.
Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-
Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA
Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens
Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA
Thư viện Simatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hệ thống nhanh chóng.
Khái Niệm Về PLC
PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller
Theo Hiệp hội Quốc gia về Sản xuất Điện Hoa Kỳ, PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị điều khiển được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán, cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và bộ xử lý Các chức năng này được lưu trữ trong bộ nhớ và được sắp xếp theo chương trình Tóm lại, PLC là một máy tính công nghiệp dùng để thực hiện các quá trình tự động hóa.
Sau nhiều năm cải tiến và phát triển, bộ điều khiển PLC hiện nay đã khắc phục được những nhược điểm trước đây, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
* Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển
* Có khả năng mở rộng các modul vào ra khi cần thiết
* Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình
Khả năng truyền thông cho phép trao đổi thông tin với môi trường xung quanh, bao gồm máy tính, các PLC khác, và các thiết bị giám sát, điều khiển.
* Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khác nữa
Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen,…
S7-300 là dòng sản phẩm PLC mang thương hiệu SIMATIC của Siemens, thường được sử dụng trong các ứng dụng vừa và lớn như hệ thống, máy móc, dây chuyền sản xuất trong công nghiệp, robot công nghiệp và xử lý nước thải Dòng S7-300 bao gồm các loại CPU như 312, 313, 314, 315 và 317.
Các ưu điểm về thiết kế của PLC S7-300
Lắp đặt nhanh chóng, dễ dàng và thuận tiện (Thanh rail & module):
Cố định thanh rail và sau đó là đặt mô-đun vào đúng vị trí trên thanh rail, xoay ốc để cố định
Backplane là thiết bị kết nối nhỏ gắn phía sau vỏ của mỗi mô-đun, giúp kết nối các mô-đun của hệ thống S7-300 với nhau.
Cơ chế cơ học cho phép thay thế mô-đun một cách dễ dàng và nhanh chóng; chỉ cần mở vít khóa để tháo mô-đun ra khỏi thanh rail và tiến hành thay thế mà không gặp khó khăn.
Mỗi mô-đun đi kèm với một phụ kiện gọi là front-connector, dùng để kết nối dây và cấp tín hiệu điện vào mô-đun Front-connector được thiết kế với cơ chế ấn-mở, giúp việc lắp và tháo dễ dàng Để đấu dây cho mô-đun, tín hiệu được kết nối thông qua front-connector bằng cơ chế xoay ốc hoặc nhấn để mở và khóa.
Siemens cung cấp một bộ connector đấu dây sẵn cho phép kết nối dây tín hiệu ra xa, mang lại sự thuận tiện cho thiết bị Bộ đấu dây này dễ dàng lắp vào mô-đun và kết nối với các thiết bị ở khoảng cách xa, tùy thuộc vào chiều dài của bộ dây.
Chiều sâu lắp đặt: Tất cả các kết nối và dây được lõm vào các mô- đun và được bảo vệ, bao phủ bởi các nắp che phía trước
Các mô-đun tín hiệu và bộ xử lý truyền thông có thể được kết nối linh hoạt mà không bị giới hạn bởi quy tắc vị trí.
Giới thiệu về PLC sử dụng trong mô hình
Bộ lập trình PLC S7-300 CPU 313C-2DP – 6ES7313-6CG04-0AB0
PLC S7-300 với thiết kế mô-đun và không có quạt mang lại giải pháp hiệu quả về chi phí cho các tác vụ đa dạng trong hiệu suất cấp thấp và trung bình Thời gian thực hiện lệnh nhanh chóng chỉ 4 ns mở ra nhiều tùy chọn ứng dụng mới Hệ thống hỗ trợ số học dấu phẩy động cho phép xử lý các hàm số học phức tạp một cách hiệu quả Giao diện phần mềm thống nhất cho phép người dùng dễ dàng tham số hóa tất cả các mô-đun, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian đào tạo.
Các dịch vụ HMI thân thiện với người dùng đã được tích hợp vào hệ điều hành S7-300, giúp loại bỏ sự cần thiết lập trình tốn kém cho các chức năng này Hệ thống này mang lại hiệu quả trong việc điều khiển và giám sát người vận hành.
SIMATIC HMI kết nối và xử lý dữ liệu từ hệ thống SIMATIC S7-300, tự động chuyển dữ liệu theo thời gian cập nhật mong muốn với một biểu tượng và cơ sở dữ liệu đồng nhất Hệ thống chẩn đoán thông minh của CPU liên tục theo dõi chức năng của hệ thống, ghi lại các lỗi và sự kiện cụ thể như lỗi thời gian và lỗi mô-đun Tất cả các sự kiện này được lưu trữ trong bộ đệm vòng và được gán nhãn thời gian để hỗ trợ xử lý sự cố trong tương lai.
Bảo vệ bằng mật khẩu giúp người dùng bảo vệ bí quyết của mình một cách hiệu quả, ngăn chặn việc sao chép và sửa đổi trái phép.
2.3.2 Cấu Trúc Và Phân Chia Bộ Nhớ
Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:
+ Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và
The Signal Module (SM) is a digital input/output module that enhances connectivity options It includes Digital Input (DI) modules for expanding digital input ports, Digital Output (DO) modules for increasing digital output ports, and DI/DO modules that combine both functions Additionally, it features Analog Input (AI) modules for extending analog input ports, Analog Output (AO) modules for augmenting analog output ports, and AI/AO modules that provide both input and output capabilities for analog signals.
Module giao diện (IM) là thành phần kết nối các module mở rộng với nhau Một CPU có khả năng làm việc trực tiếp với tối đa 4 rack, mỗi rack có thể chứa tối đa 8 module mở rộng, và các rack được liên kết thông qua module IM.
+ Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng Ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID
+ Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính
2.3.2.2 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ
Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:
BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1
BYTE: gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255
WORD: gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535
INT: có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767
DINT: gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến
REAL: gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động
S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/miligiây
TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây
DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày
CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)
CPU S7-300 có 3 vùng nhớ cơ bản:
Vùng nhớ hệ thống (system memory): (RAM trong CPU) lưu trữ dữ liệu hoạt động cho chương trình của ta:
NỘI DUNG THIẾT KẾ XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI, ĐẾM SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO
Tổng quan và nguyên lý hoạt động của mô hình
Mô hình phân loại, đếm và đóng gói sản phẩm được thiết kế đơn giản với các thành phần chính như băng tải, cảm biến quang, động cơ servo, động cơ giảm tốc, bộ điều khiển lập trình PLC, bộ nguồn 12VDC, mạch giảm áp, relay và các nút bấm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi sản phẩm di chuyển trên băng tải, cảm biến quang sẽ phát hiện những sản phẩm có chiều cao lớn và gửi tín hiệu mức cao để điều khiển servo, giúp gạt sản phẩm ra vị trí dành cho sản phẩm dài (cao).
Cảm biến nhận dạng không tác động với sản phẩm ngắn, cho phép chúng đi thẳng Khi sản phẩm rơi xuống hộp, chúng sẽ được đếm và khi đủ số lượng, sẽ được vận chuyển đến băng tải để đưa đến vị trí đóng gói Sau khi hoàn tất đóng gói, sản phẩm sẽ được chuyển đến một nơi tập trung.
Một số hình ảnh thực tế của mô hình
Các Linh kiện được sử dụng trong mô hình
Băng tải tự chế được lựa chọn trong hệ thống vận chuyển sản phẩm do có nhiều ưu điểm như nguyên liệu dễ kiếm, tải trọng phù hợp, kết cấu cơ khí đơn giản, dễ thiết kế và chế tạo, cũng như khả năng hiệu chỉnh linh hoạt.
Tuy nhiên loại băng tải này cũng có một vài nhược điểm như độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn
30 định do nhiều yếu tố: tốc độ của con lăn có thể không ổn định, độ ma sát của dây đai kém
Rơ le là thiết bị điện hạ áp tự động, với tín hiệu đầu ra thay đổi khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của khoa học công nghệ và trong cuộc sống hàng ngày.
Rơ le có nhiều loại khác nhau như rơ le điện từ, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện tử số và tương tự, mỗi loại có nguyên lý làm việc và chức năng riêng Đặc tính cơ bản của rơ le là sự thay đổi đầu vào và đầu ra: khi đại lượng đầu vào X đạt đến giá trị tác động X2, đầu ra Y sẽ chuyển từ 0 (Ymin) lên 1 (Ymax) Ngược lại, khi X giảm xuống giá trị nhả X1, đầu ra Y sẽ giảm từ 1 xuống 0, thể hiện quá trình nhả của rơ le.
Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau
Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle: a, Phân loại nguyên lí làm việc theo nhóm
+ Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng, )
+ Rơle điện từ - bán dẫn, vi mạch
+ Rơle số.30 b, Phân loại theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành
+ Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm
Rơle không tiếp điểm, hay còn gọi là rơle tĩnh, hoạt động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành trong mạch điều khiển, bao gồm điện cảm, điện dung và điện trở Phân loại này dựa trên đặc tính của các tham số đầu vào.
+Rơle tổng trở, d, Phân loại theo cách mắc cơ cấu
+ Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ
Rơle thứ cấp là loại rơle được kết nối vào mạch thông qua biến áp đo lường hoặc biến dòng điện Nó được phân loại dựa trên giá trị và chiều của các đại lượng đầu vào.
+ Rơle cực đại – cực tiểu
3.2.2.3 Đặc tính vào ra của role
Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơle như hình minh họa
Khi biến x thay đổi từ 0 đến x2, giá trị y sẽ tăng từ y1 đến y2 Khi x tiếp tục tăng, y giữ nguyên ở y2 Nếu x giảm từ x2 về x1, y sẽ giữ nguyên ở y2 cho đến khi x đạt x1, lúc này y sẽ giảm về y1.
+ X = X2 =Xtd là giá trị tác động role
+ X = X1 = Xnh lần giá trị của role
- Hệ số nhả của rơ le:
X1- trị số nhả của đại lượng đầu vào
X2- trị số tác động của đại lượng đầu vào
Rơle có đặc tính vào-ra với hệ số nhả lớn thường được sử dụng cho rơle bảo vệ, trong khi hệ số nhả bé thường áp dụng cho rơle điều khiển.
X1v là trị số làm việc dài hạn của đại lượng đầu vào
Nếu Kdt càng lớn thì thiết bị làm việc càng an toàn
- Hệ số điều khiển( hệ số khuếch đại) của rơ le
Pra là công suất lớn nhất phía đầu ra của rơ le
P vào là công suất tác động của đầu vào
P vào khoảng cỡ mW đến vài W, còn Pra cỡ vài chục W đến hàng ngàn W, do đó mà Kđt của rơ le có trị số khá lớn, đạt 106
Thời gian tác động của rơ le là khoảng thời gian từ khi có tín hiệu đầu vào Xtđ đến khi đạt được giá trị đầu ra Ymax, hoặc từ khi giá trị đầu vào X đạt ngưỡng Xnh cho đến khi đầu ra đạt giá trị Ymin Đây là một tham số quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của rơ le.
Tùy theo chức năng của rơ le mà có thời gian tác động nhanh ( t < 10-3 s), tác động bình thường ( khoảng 10-2 s), tác động chậm (10-1 s ±1s) và rơ le thời gian ( t > 1s)
Rơ le trung gian là thiết bị quan trọng trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và điều khiển tự động, nhờ vào số lượng tiếp điểm lớn (thường đóng và thường mở) và khả năng chuyển mạch cao Với công suất nuôi cuộn dây nhỏ, rơ le trung gian được sử dụng để truyền và khuếch đại tín hiệu, đồng thời phân chia tín hiệu từ rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau trong mạch điều khiển và bảo vệ.
Nguyên lý làm việc của rơ le trung gian như sau :
Khi cuộn dây của rơ le nhận điện áp định mức, dòng điện trong cuộn dây tạo ra sức từ động, sinh ra từ thông trong mạch từ, khiến nắp rơ le hút lại và các tiếp điểm thường mở đóng lại trong khi các tiếp điểm thường đóng mở ra Khi ngắt điện cuộn dây, lò xo sẽ đưa nắp và các tiếp điểm trở về vị trí ban đầu Do dòng điện qua tiếp điểm chỉ khoảng 5A, hồ quang phát sinh khi chuyển mạch là không đáng kể, vì vậy không cần thiết phải có buồng dập hồ quang.
Rơ le trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V
AC, 28V DC, hệ số nhả của rơ le nhỏ hơn 0,4 ; thời gian tác động dưới
0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt 10 6 ± 10 7 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h
Các thông số kỹ thuật và lựa chọn rơ le trung gian
Dòng điện định mức của rơ le trung gian là mức tối đa mà rơ le có thể hoạt động liên tục mà không bị hư hại Khi lựa chọn rơ le trung gian, cần đảm bảo rằng dòng điện định mức không thấp hơn dòng tính toán của phụ tải Tiếp điểm của rơ le trung gian đóng vai trò quyết định trong việc xác định dòng điện này.
Iđm = (1,2 ÷ 1,5)Itt = 23,4A Điện áp làm việc của rơ le trung gian là mực điện áp mà rơ le có khả năng đóng cắt
- Dòng làm việc của rơ le trung gian phải lớn hơn dòng điện định mức của động cơ
Điện áp định mức cho cuộn hút của rơ le là mức điện áp cần thiết để rơ le hoạt động, và nó phải tương thích với bộ điều khiển PLC Do đó, điện áp cuộn hút Uh được thiết lập là 24V DC.
Trong mô hình hệ thống phân loại táo đã sử dụng rơ le trung gian
- Các thông số của MY2NJ :
+ Điện áp cuộn dây: 12 VDC có LED báo hiển thị
+ Thông số của tiếp điểm: 5A - 12 VDC
Nút ấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là thiết bị điện điều khiển bằng tay, cho phép điều khiển từ xa các khí cụ điện như đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều và điện 1 chiều hạ áp Nó cũng được sử dụng để điều khiển các dụng cụ báo hiệu và chuyển đổi các mạch điện điều khiển, cũng như tín hiệu liên động bảo vệ.
Nút ấn được sử dụng phổ biến để khởi động, dừng và đảo chiều quay của các động cơ điện Chức năng này thực hiện bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ và khởi động từ.
3.2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Nút ấn bao gồm hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường mở và thường đóng, cùng với vỏ bảo vệ Khi được tác động, các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái và khi không còn tác động, chúng sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn
Các loại nút ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến
1000000 đóng cắt nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy
Trên hình là một số loại nút ấn có trên thị trường và có thể dùng trong mô hình phân loại sản phẩm
Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển
- Sơ đồ điều khiển đảm bảo đủ các quá trình công nghệ
- Đơn giản, tin cậy, đầy đủ các đầu vào – ra
- Đảm bảo thứ tự điểu khiển
Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) được sử dụng trong mạch điều khiển để quản lý hệ thống phân loại sản phẩm, nhờ vào khả năng tự động hóa cao và ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và sản xuất.
- Không mất nhiều thời gian lắp đặt
- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển
- Dễ dàng trong bảo dưỡng, sửa chữa
Sơ đồ khối của hệ thống
Hệ thống bao gồm các khối :
- Khối xử lý trung tâm CPU
- Khối máy tính điều khiển
- Khối cơ cấu chấp hành a Khối nguồn
Có vai trò cung cấp toàn bộ nguồn điện cho các các khối trong hệ thống Khối nguồn có sơ đồ khối như sau:
- Dùng máy biến áp thực hiện hạ áp và cách ly
- Dùng cầu chỉnh lưu thực hiện chỉnh lưu
- Dùng tụ điện (tụ hóa) có điện dung lớn thực hiện mạch lọc b.Khối vào ra(I/O)
Khối vào ra trong hệ thống PLC có vai trò quan trọng trong việc chuyển tín hiệu từ bên ngoài vào khối xử lý trung tâm, đồng thời nhận lệnh từ PLC để thực hiện các chức năng khác Khối vào bao gồm các cảm biến, nút ấn và công tắc hành trình, trong khi khối ra điều khiển các thiết bị như băng tải và tay gạt.
Bộ điều khiển logic lập trình PLC S7-300 của SIEMENS đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, chịu trách nhiệm điều khiển và giám sát mọi hoạt động của dây chuyền PLC thực hiện giao tiếp hai chiều với khối vào ra và khối điều khiển, đồng thời giao tiếp một chiều với cơ cấu chấp hành để điều khiển động cơ thực hiện các lệnh từ chương trình điều khiển.
PLC có chức năng cài đặt và sửa chữa chương trình thông qua giao tiếp với máy tính qua cổng COM Khối cơ cấu chấp hành đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Gồm 5 động cơ thực hiện truyền động 4 băng tải, 1 truyền động cuốn băng keo và 1 tay gạt để phân loại sản phẩm, 1 tay gạt đóng nắp thùng và
1 tay gạt cắt băng keo.
Tạo Project cho S7-300
Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal v15.1
Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án
Bước 3 :Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create
Bước 5 : Chọn add new device
Bước 6 :Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Bước 7 : Project mới được hiện ra
Mô phỏng bằng phần mềm WinCC
Hướng dẫn tạo phần Runtime WinCC bằng Tia Portal:
B1: Để tạo phần mô phỏng bằng WinCC chúng ta vào Add news device chọn PC systems
Để kết nối và mô phỏng, bảng sẽ hiển thị các thiết bị có sẵn Chúng ta cần chọn Mô phỏng trên máy bằng cách chọn ứng dụng SIMATIC HMI và chọn WinCC RT Advanced.
B3: Để tạo màn hình vẽ các đối tượng cần mô phỏng ta chọn PC
System_1 sau đó chọn HMI_RT_1
Để thêm thiết bị mô phỏng theo mong muốn, bạn hãy chọn "Screens" và nhấn "Add new screen" Màn hình sẽ hiển thị các phần của screen khi bật runtime.
B5: Tạo các thiết bị theo yêu cầu đặt ra bằng cách thêm từ bảng Toolbox
Để gán Tags cho các đối tượng nhằm hiển thị và điều khiển, bạn chỉ cần nhấn vào đối tượng, chọn thuộc tính (properties), sau đó vào phần Tổng quát (General) để kéo và gán Tags vào đối tượng.
Để tạo sự kiện khi tác động vào đối tượng trong B7, bạn cần chọn phần Event và lựa chọn các sự kiện mong muốn Ví dụ, khi nhấn vào đối tượng, bạn có thể kích hoạt chế độ Mode bằng cách chọn Switch ON, sau đó sử dụng SetBit và kéo thả tag Mode vào vị trí phù hợp.
B8: Tạo biến đổi hiển thị cho đối tượng, ta chọn Animation sau đó chọn các loại chuyển đổi hiển thị theo ý muốn VD: để thay đổi màu sắc của
67 băng tải, ta chọn Display-> Appearance -> kéo tag Q_BT vào ->sau đó chọn màu hiển thị
B10: Nạp code và kiểm tra kết quả
Hệ thống mô phỏng bằng WinCC sau khi hoàn thành:
Kết quả sau khi start runtime
Hướng dẫn mô phỏng 3D bằng phần mềm Factory IO
Tổng quan về phần mềm Factory IO
Factory I/O là phần mềm thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển tự động hóa một cách trực quan Nó có khả năng giao tiếp với hầu hết các PLC và đi kèm với bộ thư viện phong phú, giúp người dùng dễ dàng tạo ra các mô hình và kịch bản khác nhau.
Factory IO mô phỏng được các hệ thống, đối tượng thông dụng trong hệ thống tự động hoá dưới dạng 3D
Factory I/O cung cấp 20 mô hình được thiết kế sẵn, phản ánh các ứng dụng công nghiệp phổ biến Bên cạnh đó, người dùng có thể tận dụng các đối tượng có sẵn trong thư viện của Factory I/O để tự tạo ra các dây chuyền và hệ thống theo ý tưởng riêng của mình.
Sau khi hoàn tất thiết kế hệ thống, Factory IO sẽ kết nối với các bộ điều khiển PLC thông qua các driver có sẵn Đặc biệt, ngoài việc kết nối với thiết bị thực, Factory IO còn hỗ trợ kết nối với bộ mô phỏng PLC Sim của Siemens.
Phần mềm hỗ trợ hầu hết các trình điều khiển bằng PLC từ 200 đến
Để kết nối và điều khiển mô phỏng 3D PLC S7-300 của Factory IO bằng phần mềm TIA Portal, người dùng cần thực hiện một số bước cụ thể Việc này giúp mở rộng sự đa dạng trong lựa chọn và tối ưu hóa quy trình làm việc.
B1: Khởi động phần mềm Factory IO từ màn chính
B2: Khi màn hình hiển thị hiện lên, ta có thể chọn các cảnh có sẵn từ hệ thống bằng cách chọn Scenes hoặc tạo mới bằng cách chọn New
B3: Sau khi chọn New, chúng ta có thể lựa chọn các đối tượng theo yêu cầu đặt ra để điều khiển
B4: Chọn đối tượng phù hợp và thêm các điểm xuất hiện sản phẩm tác động cho mô phỏng
B5: Hoàn thiện mô hình mô phỏng theo yêu cầu
B6: Chọn PLC mô phỏng bằng cách chọn File sau đó nhấn Drivers
Chọn Configuration và ựa chọn thiết bị tương ứng với lập trình
B7: Gán các Tags theo vị trí điều khiển và kiểm tra kết nối khi có tích xanh là đã có thể điều khiển được
Phần mềm sau khi hoàn thành
Kết quả chạy mô phỏng 3D
Sử dụng phần mềm này mang lại cái nhìn trực quan về hệ thống tự động trong thực tế, đồng thời kích thích sự hứng khởi và tích cực cho học viên khi tương tác với các phần mềm điều khiển tự động.
