(Tiểu luận) đồ án môn học hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước, xếp sản phẩm lên pallet 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

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

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

phẩm lên pallet và lưu kho tự động.

NHÓM:

SVTH: - Đặng Thanh Huy - 20151378

- Bùi Trần Đình Vỹ- 20151434  

Tp.Hồ Chí Minh,tháng 4 năm 2023

1.3 Giới hạn nội dung đề tài

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 2.4 Xử lý tín hiệu Analog trong PLC

3.1Nêu qui trình vận hành hệ thống 3.2Thiết kế phần điện:

3.2.1Thiết kế sơ đồ cho các khối chức năng 3.2.2Chọn các thiết bị cho các khối

3.2.3Sơ đồ nối dây thiết bị 3.3 Thiết kế lưu đồ điều khiển

4.1 Giới thiệu phận mềm Factory IO 4.1.1 Giới thiệu

4.1.2 Bảng 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

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

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.

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.

2.3 Giới thiệu về PLC và ứng dụng 2.3.1 Giới thiệu

 Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200.

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200.

S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC + Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP  Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ

 ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này

đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện.

1, Nguồn cấp PS

 2, Thẻ nhớ MMC

3, Kết nối với các module mở rộng

 4, Đèn Led hiển thị I/O trên board

5, Kết nối Profinet 2.3.2 Ung dụng -Hệ thống phân loại tự động cho các sản phẩm hàng hóa, trái cây và rau quả -Được chia theo kích cỡ, bao gồm phân loại, tồn kho và thu hồi sản phẩm.

-Phân loại kích thước sản phẩm được điều khiển tự động, có độ chính xác cao và hoạt động ổn định, phù hợp với nhiều loại sản  phẩm khác nhau.

2.4Xử lý tín hiệu Analog trong PLC

3.1 Nêu qui trình vận hành hệ thống

Sau khi nhấn nút Start(Khởi động) hệ thống hoạt động : Cơ cấu cấp thùng hàng và pallet hoạt động , cơ cấu cấp thùng hàng sẽ đưa 1 thùng hàng có kích thước  bất kì lên băng tải, băng tải hoạt động đưa thùng hàng đến vị trí cảm biến Khi cảm  biến gặp thì phát hiện và so sánh kích thước của thùng hàng, sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện chức năng phân loại theo yêu cầu Với thùng hàng kích thước nhỏ sẽ bị tay khí nén đẩy qua băng tải khác , còn thùng hàng kích thước lớn thì tiếp tục di chuyển.

Thùng hàng được băng tải vận chuyển khi gặp cảm biến thì dừng lại , đồng thời cảm biến nhận tín hiệu cách tay robot sẽ di chuyển đến vị trí thùng hàng hút lên

và bỏ lên pallet, sau khi pallet đủ hàng sẽ tiếp tục vận chuyển Khi pallet vận chuyển đến vị trí thanh ngăn thì cảm biến tác động bàn xoay sẽ xoay lại và pallet tiếp tục di chuyển

Thùng hàng tiếp tục được các băng tải đưa đi khi thùng gặp cảm biến thì băng tải dừng lại và cần cẩu sắp xếp tiến hành đưa thùng hàng lên kệ theo thứ tự

3.2 Thiết kế phần điện 3.2.1 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM  NGUỒN

KHỐI BĂNG CHUYỀN

ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI TAY GẮP

KHỐI GIÁM SÁT KHỐI LƯU KHO

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.

3.2.2 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 Nhiệt độ hoạt

động và độ ẩm

-10 ℃ ~ + 60 ℃ , 20% ~ 90% RH Điện áp đầu ra DC 24V- 5A Nhiệt độ bảo

quản, nhiệt độ

-20 ℃ ~ + 85 ℃ , 10% ~ 95RH Công Suất 120W Kích thước 199 * 98 * 38mm Điện áp ra điều

- 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.

0 ~ 30cm Ngõ ra dạng PNP thường mở  

Dòng kích ngõ ra 300mA  Nhiệt độ chịu đựng -40   70 ℃

Sơ đồ đấu dây  Nâu: VCC.

Đen: Ra tín hiệu.

Xanh dương: GND.

Khối xử lý trung tâm

Sử dụng PLC S7-1200 DC/DC/DC Với kích thước nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt

và thích hợp với các ứng dụng có không gian hạn chế; hỗ trợ nhiều loại ngõ vào/ra ;

có giá các phù hợp với các ứng dụng nhỏ và trung bình nên mô hình chúng em lựa chọn PLC S7-1200 DC/DC/DC.

Thông số kỹ thuật:

Kích thước vật lý 90x100x75 Độ mở rộng

các Module tín hiệu

8

Bộ nhớ người dùng:

 Bộ nhớ làm việc

3 (mở rộng về  bên trái)

 Kiểu số 14 ngõ vào/ 10 ra

 Kiểu tương tự 2 ngõ ra

Kích thước ảnh tiến

trình

1024 byte ngõ vào (I) và 1024  byte ngõ ra (O)

0.1 µs/lệnh Nguồn điện cung

cấp

24VDC

Sơ đồ đấu dây

Khối giám sát

Màn hình HMI Siemens 6AV2123-2GB03-0AX0 7inch là một sản phẩm của siemens ,vì vậy

nó được đánh giá cao về độ tin cậy và chất lượng; được thiết kế với giao diện người dùng thân thiện

và dễ sử dụng, cho phép người dùng thao tác và điều khiển thiết bị một cách dễ dàng và thuận tiện.

Thông số kỹ thuật:

Dòng nhà sản xuất KTP700 Bộ nhớ trong 10MB Loại màn hình TFT Nguồn điện cung

Kích thước màn

Độ phân giải màn hình

800x400 pixel Nhiệt độ hoạt

động tối thiểu

0 ℃

- Kết nối nguồn điện HMI Siemens 6AV2123-2GB03-0AX0 thông qua cổng nguồn DC.

- Kết nối với PLC: Sử dụng cáp Ethernet để kết nối với HMI Siemens 6AV2123-2GB03-0AX0 với PLC, cả hai thiết bị đều có địa chỉ IP tương thích với nhau.

-Kết nối với máy tính: Sử sụng cáp USB để kết nối HMI Siemens 6AV2123-2GB03-0AX0 với máy tính và cài đặt phần mềm SIMATIC Wincc Sau khi cài đặt xong, có thể tạo và lập trình màn hình điều khiển trên HMI.

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 100Kg

- 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  = 100Kg * 9.81 m/ s 2 *0.3=294.3N

 Tính moment xoắn cần thiết:

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

 Tính công suất cần thiết:

P=F* v= 294.3* 0.3= 88.29W Vậy để kéo được tải trọng 100Kg 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 88.29W và moment xoắn cần thiết khoảng 8.83N.m.

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

Thông số

Tỷ số truyền 1/30 (47 vòng/phút) Tần số 50Hz

Trọng lượng 5.3 kg

Khối lưu kho

Cần cẩu nâng hàng là một giải pháp trong tự động hóa lưu kho vì nó có ưu điểm như sau: tăng năng suất: di chuyển hàng hóa nhanh chóng, đồng thời giảm thiểu thời gian chờ đợi ; tiết kiệm chi  phí: tiết kiệm chi phí nhân lực và giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động; tối ưu hóa không gian lưu trữ…

Thông số kỹ thuật

Chiều cao 20m Tốc độ chạy ngang 3m/s Tải trọng 100kg Tiếng ồn hoạt động 70 dB Tốc độ chạy dọc 2m/s Công suất động cơ 70kW

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.

-Tay gắp 3 trục có khả năng hoạt động liên tục và tốc độ nhanh, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất

và giảm thiểu thời gian chờ đợi; có độ chính sác cao; có thể điều chỉnh và tùy chỉnh để phù hợp với các loại sản phẩm khác nhau.

Thông số Phạm vi hành trình 50mm-2000mm Tốc độ tối đa 500mm/giây

-Tải tối đa:100kg

Khối điều khiển khí nén

-Van điện từ khí nén 5/2:

Thông số thiết bị:

Điện áp 24V DC Kích thước cửa khí 1/4″

Chất liệu Nhôm Kích thước cửa xả khí 1/4″

Xi Lanh Khí Nén AIRTAC SC40 có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả, đảm bảo tốc độ

và lực đẩy nhanh và chính xác; có thiết kế đơn giản dễ sử dụng và lắp đặt, giảm thiểu thời gian và chi phí lắp đặt.

Gồm hai phần là phần thân van và phần coil điện Thân van là hình dạng dẹt, vỏ nhôm Coil điện là dòng coil đúc