Lịch sử phát triển hệ thống phân loại sản phẩm Quá trình phân loại sản phẩm theo màu sắc đóng vai trò quan trọng trong dâychuyền sản xuất hiện đại, đặc biệt ở các ngành như thực phẩm, đó
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Lịch sử phát triển hệ thống phân loại sản phẩm
Quá trình phân loại sản phẩm theo màu sắc đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền sản xuất hiện đại, đặc biệt trong các ngành thực phẩm, đóng gói, linh kiện điện tử và dược phẩm Việc nhận diện màu sắc bề mặt giúp xác định chủng loại, kiểm tra chất lượng và phát hiện lỗi sản phẩm nhanh chóng và chính xác Để hệ thống hoạt động hiệu quả, quá trình phân loại đòi hỏi thiết bị đo màu chính xác, phản hồi kịp thời của hệ thống điều khiển và khả năng xử lý nhanh, ổn định, không bị nhiễu bởi điều kiện ánh sáng hay tốc độ vận hành thay đổi Tính đồng bộ giữa nhận diện màu sắc và các cơ cấu tác động như xylanh khí nén là yếu tố quyết định thành công của quá trình phân loại tự động này.
Hình 1.1 Dây truyền phân loại sản phẩm.
Trong quá khứ, việc phân loại sản phẩm theo màu sắc thường dựa vào kinh nghiệm thủ công của người vận hành, dễ gây sai sót trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt hoặc yêu cầu độ chính xác cao Giai đoạn đầu thế kỷ 21 chứng kiến sự ra đời của các cảm biến màu chuyên dụng như cảm biến STICK CS1M, nâng cao độ chính xác trong phát hiện màu sắc Tuy nhiên, các thiết bị này thường hoạt động độc lập, ít khả năng mở rộng và thiếu tính thích ứng với đa dạng điều kiện sản xuất.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện đại ngày nay интегра với công nghệ xử lý ảnh và thị giác máy, sử dụng camera công nghiệp, đèn chiếu sáng chuyên dụng, bộ xử lý hình ảnh và thuật toán nhận diện màu sắc để phân tích và phân loại sản phẩm nhanh chóng, chính xác và linh hoạt Nhờ vào các nền tảng phần mềm mã nguồn mở như OpenCV cùng phần cứng như Raspberry Pi, Jetson Nano hoặc IPC công nghiệp, hệ thống có khả năng nhận diện màu sắc và phân loại sản phẩm trực tiếp từ hình ảnh, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất Khi kết hợp với bộ điều khiển PLC S7-1200 và phần mềm giám sát TIA Portal V17, hệ thống trở nên đồng bộ, dễ điều khiển, dễ giám sát và có khả năng lưu trữ, truy xuất dữ liệu phục vụ công tác quản lý và thống kê Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh phân loại theo màu sắc” nhằm xây dựng hệ thống tự động nhận diện và phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, sử dụng băng tải PVC, cảm biến quang, camera hoặc cảm biến màu để phát hiện và nhận diện, sau đó truyền tín hiệu về PLC để điều khiển van điện từ và xylanh khí nén thực hiện thao tác phân loại chính xác Giao diện giám sát trên phần mềm TIA Portal V17 hiển thị trạng thái hoạt động, thống kê số lượng theo từng màu, đồng thời phát hiện lỗi và cảnh báo kịp thời Mô hình hệ thống được mô phỏng và kiểm chứng trên phần mềm Factory IO để đảm bảo tính khả thi trước khi triển khai thực tế, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong phân loại sản phẩm tự động.
Việc triển khai hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm sự phụ thuộc vào nhân công Hệ thống này còn cải thiện tính nhất quán và chất lượng đầu ra của sản phẩm, đồng thời lưu trữ, phân tích dữ liệu sản xuất để phục vụ truy xuất nguồn gốc và tối ưu quy trình Trong bối cảnh chuyển đổi số mạnh mẽ của ngành công nghiệp, việc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, điều khiển PLC và phần mềm giám sát SCADA trong dây chuyền phân loại sản phẩm là bước tiến quan trọng hướng tới xây dựng nhà máy thông minh và thực hiện sản xuất công nghiệp 4.0.
Hình 1.2 Ứng dụng phân loại sản phẩm trong công nghiệp.
Các vấn đề đặt ra
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng công nghệ xử lý ảnh kết hợp giữa cơ khí chính xác, điều khiển tự động và công nghệ thị giác máy để nâng cao hiệu quả và độ chính xác Để đảm bảo hoạt động ổn định và đồng bộ, nhóm đã xác định các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như tối ưu hóa cơ cấu cơ khí, cải thiện thuật toán xử lý ảnh và tích hợp hệ thống điều khiển tự động hiệu quả Việc áp dụng công nghệ xử lý ảnh tiên tiến giúp hệ thống phân loại màu sắc nhanh chóng, chính xác, phù hợp với yêu cầu sản xuất hiện đại.
- Thiết kế khung sườn hệ thống sử dụng nhôm định hình hoặc thép hộp nhẹ để đảm bảo độ vững chắc, dễ dàng tháo lắp và mở rộng.
Thiết kế băng tải PVC đảm nhiệm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm đều đặn qua vùng cảm biến, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục và chính xác Việc lựa chọn động cơ giảm tốc phù hợp có vai trò quan trọng trong việc duy trì tốc độ băng tải ổn định, giúp đồng bộ hóa hoạt động vận chuyển với quá trình xử lý ảnh Chọn động cơ giảm tốc chất lượng cao không chỉ nâng cao hiệu suất hệ thống mà còn giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ của thiết bị Thiết kế băng tải PVC tối ưu góp phần nâng cao năng suất sản xuất và đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.
Để đảm bảo hiệu quả hoạt động của cảm biến màu, camera hoặc cảm biến quang, cần tính toán chính xác vị trí lắp đặt sao cho khoảng cách tối ưu Việc xác định vị trí phù hợp giúp giảm thiểu sai lệch do rung lắc hoặc ảnh hưởng từ ánh sáng môi trường, từ đó nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống Việc đảm bảo khoảng cách lắp đặt hợp lý là yếu tố quyết định cho sự ổn định và chính xác trong quá trình giám sát và kiểm soát.
Lựa chọn và bố trí xi lanh khí nén là yếu tố quan trọng để thực hiện thao tác đẩy sản phẩm theo màu đã phân loại chính xác Việc này đảm bảo lực đẩy đủ mạnh để nâng cao hiệu quả sản xuất, đồng thời duy trì hành trình chính xác giúp tránh sai sót trong quy trình phân loại sản phẩm Chọn loại xi lanh khí nén phù hợp và bố trí hợp lý sẽ tối ưu hóa quy trình tự động hóa, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Thiết kế gá lắp cố định camera và đèn chiếu sáng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng xử lý ảnh Hệ thống này giúp tránh hiện tượng nhiễu sáng và lệch góc nhìn, từ đó tối ưu hóa quá trình nhận diện màu chính xác và hiệu quả hơn trong các ứng dụng thực tế.
- Xây dựng mô hình 3D, bản vẽ lắp ráp và mô phỏng toàn bộ hệ thống cơ khí trên phần mềm như SolidWorks hoặc NX
Vấn đề điện – điện tử:
- Lựa chọn PLC Siemens S7-1200 làm bộ điều khiển trung tâm, lựa chọn CPU phù hợp với số lượng I/O thực tế và khả năng mở rộng về sau.
- Thiết kế hệ thống cấp nguồn, bộ đóng cắt bảo vệ, sử dụng nguồn 24VDC cho cảm biến, van điện từ và các thiết bị ngoại vi.
- Chọn cảm biến phù hợp: Cảm biến quang Omron E3F3-D11 để phát hiện vật thể và cảm biến màu STICK CS1M để nhận diện màu sản phẩm.
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện, thể hiện rõ các kết nối giữa PLC, nguồn, cảm biến, động cơ băng tải, van điện từ, đèn báo,
- Thiết kế sơ đồ đấu nối chi tiết, đánh số thứ tự terminal, dây tín hiệu để dễ dàng triển khai thực tế và bảo trì về sau.
- Đảm bảo an toàn điện, chống nhiễu cho các dây tín hiệu, sắp xếp dây hợp lý trong tủ điều khiển hoặc trên giá đỡ.
Vấn đề điều khiển và giám sát:
Trong bài viết này, chúng tôi hướng dẫn cách xây dựng chương trình điều khiển trên phần mềm TIA Portal V17 sử dụng ngôn ngữ Ladder để xử lý logic tự động Chương trình gồm các chức năng chính như nhận tín hiệu cảm biến để phát hiện trạng thái, xác định màu sắc của sản phẩm, điều khiển xi lanh đẩy để nâng cao hiệu suất làm việc và đếm số lượng sản phẩm chính xác Việc áp dụng ngôn ngữ Ladder trong TIA Portal V17 giúp tối ưu hóa quá trình lập trình và dễ dàng tích hợp hệ thống điều khiển tự động trong sản xuất công nghiệp.
Tối ưu hóa thời gian quét chương trình là yếu tố then chốt để đảm bảo hệ thống nhận diện màu hoạt động chính xác và điều khiển thiết bị đúng thời điểm khi sản phẩm đi qua cảm biến Việc này giúp nâng cao hiệu suất vận hành của hệ thống tự động, giảm thiểu sai sót và tăng tính chính xác trong quá trình kiểm tra sản phẩm Đảm bảo thời gian quét hợp lý không những tối ưu hóa quá trình sản xuất mà còn giúp hệ thống phản hồi nhanh chóng, đồng bộ với tốc độ của dây chuyền sản xuất.
Thiết kế giao diện SCADA trên S7-PLCSIM V17 giúp hiển thị trạng thái cảm biến chính xác, nâng cao hiệu quả giám sát hệ thống Giao diện còn cung cấp thông tin về số lượng sản phẩm theo từng màu, hỗ trợ kiểm soát quy trình sản xuất nhanh chóng Ngoài ra, hệ thống cảnh báo tự động sẽ thông báo ngay lập tức khi phát hiện lỗi như sai màu hoặc trễ tín hiệu, đảm bảo quá trình vận hành diễn ra liên tục và hiệu quả hơn.
Hệ thống tích hợp chức năng giám sát và điều khiển tại chỗ qua màn hình HMI hoặc máy tính giúp người vận hành dễ dàng kiểm soát toàn bộ quá trình vận hành một cách trực quan Việc này nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quản lý hệ thống, đồng thời tối ưu hóa hoạt động vận hành và giảm thiểu sai sót Công nghệ này thúc đẩy khả năng giám sát từ xa, mang lại sự thuận tiện và linh hoạt trong quản lý hệ thống công nghiệp.
- Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Factory IO để đánh giá logic điều khiển, kiểm tra hoạt động đồng bộ giữa PLC và mô hình phân loại.
Kiểm tra và hiệu chỉnh các thông số về thời gian delay cũng như ngưỡng màu nhận diện để đảm bảo hệ thống phân loại chính xác trong mọi điều kiện ánh sáng và tốc độ khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng để thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh điều khiển bằng PLC S7-1200 Hệ thống được giám sát trực quan thông qua phần mềm Factory IO, giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả vận hành của quá trình phân loại Phương pháp này thúc đẩy hiệu quả sản xuất, giảm thiểu sai sót và nâng cao năng suất trong quá trình phân loại sản phẩm tự động.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu và thu nhập những tài liệu thông tin liên quan đến hệ thống phân loại sản phẩm xử lý ảnh
Nghiên cứu các giáo trình, học liệu liên quan đến đề tài như cảm biến, hệ thống đo lường và kỹ thuật tự động hóa để nắm bắt kiến thức chuyên sâu Tham khảo và tổng hợp các thông tin từ nhiều nguồn đa dạng như internet, sách và báo nhằm đảm bảo độ chính xác và phong phú của nội dung Điều này giúp xây dựng nền tảng vững chắc cho đề tài, tối ưu hóa hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và cấu tạo của hệ thống
- Vận dụng bộ điều khiển PLC trong đề tài
Phương pháp nghiên cứu mô hình hóa mô phỏng:
- Mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng xử lý ảnh
- Xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống, thử nghiệm các phương án điều khiển để đánh giá hoạt động của hệ thống
- Quan sát và đánh giá độ ổn định hệ thống điều khiển
- Kết hợp với kết quả mô phỏng lý thuyết để tối ưu hóa chất lượng hệ thống, nâng cao tính chỉnh xác và oan toàn của hệ thống.
Phạm vi đề tài và giới hạn nghiên cứu
Nghiên cứu của đề tài tập trung phát triển hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, nhằm tối ưu hóa quá trình tự động trong dây chuyền sản xuất công nghiệp nhỏ Hệ thống này giúp nâng cao hiệu quả kiểm tra chất lượng, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian kiểm soát sản phẩm Việc ứng dụng công nghệ phân loại màu sắc trong quy trình sản xuất góp phần tăng năng suất, đảm bảo tính chính xác và đồng đều của sản phẩm Đây là giải pháp phù hợp cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ mong muốn cải thiện quy trình sản xuất với chi phí hợp lý.
Hệ thống tự động bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển tự động (PLC), thiết bị thu nhận hình ảnh và cơ cấu cơ khí để vận chuyển cũng như phân loại sản phẩm, đảm bảo quá trình hoạt động hiệu quả và chính xác.
Hệ thống được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, vận hành bằng nguồn điện công nghiệp tiêu chuẩn, phù hợp cho mục đích mô phỏng và nghiên cứu.
1.4.2 Giới hạn trong nghiên cứu:
Chỉ phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc; không xét các yếu tố như kích thước, trọng lượng hoặc lỗi bề mặt.
Số lượng loại sản phẩm giới hạn từ 2 đến 3 loại.
Hệ thống hoạt động trong môi trường nhà xưởng tiêu chuẩn; chưa thích ứng với điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Chưa tích hợp tính năng điều khiển không dây, giám sát từ xa hay lưu trữ dữ liệu vận hành.
Quy mô mô hình nhỏ, phục vụ mục đích nghiên cứu, không nhằm mục tiêu ứng dụng sản xuất thực tế quy mô lớn.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này góp phần nâng cao khả năng tự động hóa trong quy trình phân loại sản phẩm công nghiệp, ứng dụng thực tế vào các dây chuyền sản xuất yêu cầu phân loại nhanh, chính xác và ổn định Hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo màu sắc giúp tăng hiệu quả vận hành, giảm thiểu lỗi, tiết kiệm nhân công và đảm bảo độ chính xác cao, từ đó phân loại sản phẩm đồng nhất và nâng cao chất lượng Ngoài ra, hệ thống còn đảm bảo an toàn, tiết kiệm chi phí, hạn chế tối đa sai sót trong quy trình sản xuất, giảm lãng phí nguyên liệu và thời gian xử lý lỗi Với tính ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, điện tử, đóng gói, sản xuất linh kiện, đề tài là cơ sở quan trọng thúc đẩy phát triển các hệ thống phân loại sản phẩm thông minh hơn trong tương lai, giúp tối ưu hóa dây chuyền sản xuất hiện đại.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Công nghệ xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm
2.1.1 Tổng quan về công nghệ xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một phân ngành của xử lý tín hiệu số, chuyên nghiên cứu các kỹ thuật phân tích và thao tác trên dữ liệu hình ảnh để nâng cao chất lượng và trích xuất thông tin hữu ích Đây là lĩnh vực khoa học mới phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng như y học, an ninh, công nghiệp và truyền thông Các hướng nghiên cứu chính trong xử lý ảnh bao gồm xử lý hình ảnh số, nhận diện mẫu, phân đoạn ảnh và tăng cường hình ảnh, góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ và truyền thông hiện đại.
Nâng cao chất lượng ảnh.
Xử lý ảnh có nhiều ứng dụng đa dạng, bao gồm chỉnh sửa ảnh và video như Photoshop, nén ảnh và video để tối ưu hóa dung lượng lưu trữ, nhận dạng khuôn mặt, biển số xe, chữ viết phục vụ an ninh và giao tiếp, cùng với các lĩnh vực chuyên sâu như xử lý ảnh thiên văn và y tế để phân tích dữ liệu chính xác và hiệu quả.
Trong bối cảnh phân loại sản phẩm tự động, xử lý ảnh đóng vai trò then chốt để nâng cao hiệu quả và độ chính xác So với các cảm biến truyền thống, công nghệ xử lý ảnh mang lại nhiều lợi thế vượt trội như khả năng phân tích chi tiết hơn, giúp nhận diện sản phẩm nhanh chóng và chính xác hơn trong dây chuyền sản xuất tự động Việc ứng dụng xử lý ảnh không chỉ nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu sai sót, góp phần tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm tự động.
Không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm.
Thu thập lượng lớn thông tin như màu sắc, kích thước, hình dạng.
Dễ dàng thích nghi với các loại sản phẩm mới thông qua cập nhật phần mềm.
Một hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh thường trải qua các bước cơ bản:
1 Thu nhận ảnh: Sử dụng camera chụp ảnh sản phẩm khi đang di chuyển trên băng chuyền.
2 Tiền xử lý ảnh: Lọc nhiễu, cân bằng sáng, điều chỉnh màu sắc để tăng chất lượng ảnh đầu vào.
3 Trích xuất đặc trưng: Xác định màu sắc, hình dạng, vị trí sản phẩm.
4 Phân tích và quyết định: Phân loại sản phẩm dựa trên các đặc trưng đã trích xuất.
5 Điều khiển phân loại: Gửi tín hiệu đến cơ cấu cơ khí (thường qua PLC) để thực hiện phân loại vật lý.
OpenCV (Open-Source Computer Vision) là một trong những thư viện phổ biến hàng đầu hỗ trợ xử lý ảnh thời gian thực, phù hợp với nhiều nền tảng và ngôn ngữ lập trình như C++, Python và Java.
2.1.2 Các kỹ thuật xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm
2.1.2.1 Chuyển đổi không gian màu và phân tích màu sắc
Trong lĩnh vực phân tích màu sắc, hệ thống thường chuyển đổi từ không gian RGB phổ biến sang không gian HSV để đạt hiệu quả cao hơn Không gian HSV cho phép phân tách rõ ràng các thành phần sắc độ (Hue), độ bão hòa (Saturation) và độ sáng (Value), từ đó giúp việc nhận diện màu trở nên trực quan, chính xác và dễ dàng hơn Việc sử dụng không gian HSV không chỉ nâng cao khả năng phân tích màu mà còn tối ưu hóa quá trình xử lý hình ảnh trong các ứng dụng công nghệ.
Ví dụ: Bằng cách đặt ngưỡng cho Hue, hệ thống có thể dễ dàng phân biệt sản phẩm màu đỏ, xanh lá, xanh dương
2.1.2.2 Phát hiện biên và định vị đối tượng
Phương pháp phát hiện biên như Canny Edge Detection giúp tách sản phẩm ra khỏi nền một cách chính xác Sau đó, vùng chứa sản phẩm (ROI - Region of Interest) được xác định để tập trung phân tích vào khu vực quan trọng, từ đó loại bỏ nhiễu từ môi trường xung quanh và nâng cao độ chính xác của quá trình xử lý hình ảnh.
2.1.2.3 Các không gian màu phổ biến trong xử lý ảnh
Không gian màu là cách biểu diễn màu sắc dưới dạng số học:
RGB (Red-Green-Blue): Không gian màu cơ bản cho thiết bị số, tạo ra hơn
CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-Black): Dùng trong in ấn, pha trộn màu bằng cách hấp thụ ánh sáng.
HSV (Hue-Saturation-Value): Dễ điều chỉnh hơn cho các thuật toán nhận diện màu.
Việc chuyển đổi giữa các không gian màu phù hợp là yếu tố quyết định cho độ chính xác phân loại sản phẩm.
2.1.4.Mô hình hoạt động tổng quát của hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh
Camera công nghiệp/webcam Chụp ảnh sản phẩm đang di chuyển.
Bộ xử lý ảnh (máy tính, vi điều khiển, hệ nhúng)
Tiền xử lý, trích xuất đặc trưng, phân loại sản phẩm.
Bộ điều khiển (PLC, vi điều khiển) Nhận tín hiệu phân loại và điều khiển cơ cấu phân loại.
Hệ thống cơ khí phân loại Thực hiện đẩy sản phẩm về đúng vị trí phân loại.
1 Camera chụp ảnh → Bộ xử lý ảnh phân tích.
2 Xác định loại sản phẩm → Gửi tín hiệu phân loại.
3 Cơ cấu cơ khí đẩy sản phẩm đúng vị trí.
Hệ thống cơ khí
Trong hệ thống phân loại màu sắc tự động, các thành phần như cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị chấp hành đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình nhận diện, xử lý và phân loại sản phẩm theo màu sắc diễn ra chính xác và hiệu quả Hệ thống này hoạt động đồng bộ nhờ vào các thiết bị này để phân loại sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác Mỗi bộ phận trong hệ thống đều có chức năng riêng biệt, góp phần tạo nên một hệ thống phân loại màu sắc tự động hoàn chỉnh và hiệu quả.
Băng tải dây PVC là thiết bị cơ khí quan trọng dùng để vận chuyển vật liệu hoặc sản phẩm trong dây chuyền sản xuất Với dây PVC (Polyvinyl Clorua) có độ bền cao, chống mài mòn, băng tải này đảm bảo hoạt động ổn định và lâu dài Đặc biệt, băng tải dây PVC dễ dàng vệ sinh và bảo trì, phù hợp cho các ngành công nghiệp nhẹ như thực phẩm, đóng gói và linh kiện điện tử.
Di chuyển sản phẩm giữa các công đoạn trong hệ thống tự động.
Duy trì tốc độ ổn định để đồng bộ với cảm biến và thiết bị xử lý.
Hỗ trợ căn chỉnh vị trí vật thể để phục vụ cho các tác vụ như kiểm tra, phân loại.
Khung băng tải: Làm từ nhôm định hình hoặc thép, chịu lực tốt.
Dây băng tải PVC: Có lớp phủ bề mặt chống trượt, độ dày phổ biến từ 1- 5mm.
Bộ truyền động: Gồm motor giảm tốc, puli và trục lăn giúp dây chuyển động trơn tru.
Bộ điều khiển: PLC hoặc biến tần điều chỉnh tốc độ băng tải.
Khi hệ thống được cấp điện, motor giảm tốc truyền chuyển động quay đến trục lăn, làm cho dây băng tải PVC chuyển động liên tục theo một chiều.
Vật thể được đặt lên băng tải sẽ được vận chuyển dọc theo dây.
Tốc độ băng tải có thể được điều chỉnh thông qua biến tần hoặc điều khiển từ PLC.
Khi vật thể đến vị trí cảm biến, băng tải có thể tạm dừng hoặc giữ nguyên tốc độ tùy theo yêu cầu của
Thông số Giá trị điển hình
Tốc độ băng tải 5 – 20 m/phút (có thể điều chỉnh)
Tải trọng tối đa 20 – 50 kg
Tính tốc độ băng tải : v = L / T
Trong đó: v: tốc độ băng tải (m/s)
T: thời gian di chuyển qua camera (s)
Công suất động cơ kéo băng tải
F: lực kéo băng tải (N) v: tốc độ băng tải (m/s) η: hiệu suất truyền động (~0.85)
2.2.2 Cơ cấu xylanh khí nén
Xylanh khí nén là cơ cấu truyền động sử dụng khí nén để tạo ra lực đẩy hoặc kéo, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống tự động Trong các hệ thống sản xuất, xylanh khí nén thường được sử dụng để đẩy vật ra khỏi băng tải sau quá trình kiểm tra hoặc phân loại, đảm bảo quá trình vận hành diễn ra chính xác và nhanh chóng Với khả năng hoạt động ổn định và chính xác, xylanh khí nén là thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Đẩy sản phẩm đúng thời điểm dựa trên tín hiệu từ cảm biến hoặc PLC.
Hỗ trợ phân loại sản phẩm đạt / không đạt.
Đảm bảo tốc độ và lực tác động ổn định, đáng tin cậy.
Thân xylanh: Thường làm từ nhôm hoặc thép, chịu áp suất cao.
Piston và thanh truyền: Dẫn động trực tiếp vật thể cần đẩy.
Van điện từ (solenoid valve): Điều khiển dòng khí nén ra vào xylanh.
Cảm biến hành trình (nếu có): Giám sát vị trí đầu và cuối hành trình.
Khi cảm biến hoặc PLC gửi tín hiệu điều khiển, van điện từ được kích hoạt, cho phép khí nén đi vào buồng xylanh.
Áp suất khí tạo lực đẩy piston di chuyển ra ngoài, kéo theo cần đẩy để tác động vào vật thể.
Sau khi hoàn tất thao tác đẩy, van đảo chiều, khí nén được đưa vào đầu còn lại của xylanh, đưa piston về vị trí ban đầu.
Chu trình này diễn ra nhanh chóng và được đồng bộ với tín hiệu từ cảm biến hoặc hệ thống PLC.
Thông số Giá trị điển hình Đường kính piston 20 – 40 mm
Hành trình 50 – 200 mm Áp suất làm việc 4 – 6 bar
Tốc độ di chuyển 50 – 500 mm/s Điều khiển Van điện từ 5/2 hoặc 5/3 (24V DC)
Tính thời gian kích hoạt xylanh khí nén t = S / vp
Trong đó: t: thời gian kích hoạt (s)
S: hành trình xylanh (mm) vp: vận tốc piston (mm/s)
Tính lưu lượng khí nén cấp cho xylanh
A: tiết diện piston (m²) = π × (d²/4) v: vận tốc piston (m/s)
2.2.3 Hệ thống van điều khiển
2.2.3.1 Van điện từ khí nén 2 chiều
Van điện từ khí nén, còn gọi là van đảo chiều khí nén hoặc pneumatict solenoid valve, là thiết bị dùng để điều chỉnh hướng khí nén hoặc đóng mở dòng khí tới các thiết bị sử dụng khí nén trong hệ thống Van có hai dạng chính là van thường đóng (NC) và van thường mở (NO), giúp kiểm soát luồng khí linh hoạt theo yêu cầu của hệ thống Chúng hoạt động bằng dòng điện với các điện áp phổ biến như 220V, 24V, 110V hoặc 12V, mang lại khả năng vận hành chính xác và độ bền cao trong các ứng dụng công nghiệp.
Hình: Van điện từ khí nén
Cấu tạo: Van điện từ đóng mở khí nén rất đa dạng về mẫu mã, chủng loại.
Tuy nhiên về cơ bản mỗi loại van điện từ khí nén đều được chế tạo từ các bộ phận chính như:
Thân van là bộ phận chính được chế tạo từ các vật liệu chất lượng cao như inox, thép, gang hoặc đồng, nhằm đảm bảo độ bền và khả năng chịu áp lực tốt Đây là phần chịu trách nhiệm bảo vệ và kết nối các bộ phận khác của van, gồm có cửa vào, cửa ra và cửa xả khí nén, được thiết kế rõ ràng trên thân van để dễ dàng điều khiển lưu lượng khí Trong lòng thân van có khoang rỗng cùng các khe rãnh chuyên dụng để khí nén lưu thông hiệu quả, nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống khí nén.
Cửa vào: Là bộ phận dòng lưu chất đi vào bên trong.
Van điều khiển dòng chảy chất lỏng thông qua cửa ra, đóng vai trò quyết định hướng đi của khí nén từ cửa vào đến cửa ra cuối cùng của hệ thống Cửa ra cuối của van được kết nối trực tiếp với hệ thống khí nén sử dụng trong các thiết bị, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả Van điện từ khí nén 5/2 hoặc 5/3 có cấu tạo với 2 cửa ra, thường được ký hiệu là A và B hoặc số 2 và 4, giúp điều khiển luồng khí nén linh hoạt theo nhu cầu vận hành.
Cửa xả van điện từ khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc xả khí từ bên trong van ra môi trường bên ngoài, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống Trong các loại van điện từ 5/2 hoặc 5/3, cửa xả thường được ký hiệu bằng các tên như cổng R, S hoặc số 3 và 5, giúp dễ dàng nhận biết và kết nối trong hệ thống điều khiển khí nén.
Cuộn coil điện là thành phần chính của van điện từ, có hình dạng trụ rỗng, bên ngoài được phủ lớp vỏ thép chắc chắn Bên trong phần rỗng của cuộn coil chứa piston có khả năng chuyển động linh hoạt, được kiểm soát bởi lò xo để đảm bảo hoạt động chính xác Thông thường, van điện từ có thể được trang bị một hoặc hai cuộn coil điện để nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống điều khiển tự động.
- Dây dẫn: Là phần kết cấu ngoài của van Chúng được dùng để kết nối với nguồn điện để dẫn vào bên trong giúp cho van hoạt động.
Hình: Cấu tạo van điện từ khí nén
Piston còn gọi là thanh trượt, có chức năng quan trọng trong hệ thống van khí nén Khi nhận tín hiệu tác động, piston di chuyển qua lại, kéo theo các chốt của van hoạt động theo Nhờ đó, piston giúp kiểm soát việc đóng mở cửa van, cho phép khí nén lưu thông dễ dàng và hiệu quả.
Bộ điều khiển là bộ phận chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động của van, giúp điều chỉnh quá trình đóng mở chính xác Nó tạo ra các tác động lên thanh trượt, giúp thanh trượt di chuyển qua lại để thay đổi vị trí chốt van Nhờ đó, bộ điều khiển đảm bảo van hoạt động đúng trạng thái mong muốn, là yếu tố quan trọng trong hệ thống kiểm soát lưu chất.
Nguyên lý hoạt động của van khí nén 2 chiều là khi ở trạng thái bình thường, van sẽ đóng hoàn toàn để kiểm soát dòng khí Pít tông nằm ở vị trí chặn kín cửa vào và cửa xả của van, giúp đảm bảo chức năng đóng mở chính xác và tránh rò rỉ khí.
Khi mở bộ điều khiển, nguồn năng lượng sẽ được cung cấp vào hệ thống để tác động lên cuộn coil Cuộn coil sinh ra lực từ trường giúp piston chuyển động, mở các cửa làm việc để khí nén dễ dàng đi vào van Quá trình này thực hiện nhiệm vụ đóng mở chính xác của hệ thống.
Sau khi hoàn thành quá trình làm việc, khí nén sẽ quay trở lại các cửa làm việc để tiếp tục hoạt động Tiếp theo, khí nén di chuyển đến cửa xả và thoát ra ngoài, kết thúc hành trình vận hành của hệ thống khí nén.
Hình: Nguyên lí hoạt động van khi nén 2 chiều
- Van điện từ khí nén 5/2: Van điện từ khí nén 5/2 hay van đảo chiều 5/2 có
5 cửa 2 vị trí gồm 1 cửa cấp khí nén vào, 2 cửa ra cấp đến thiết bị thực thi,
Hệ thống gồm có 2 cửa xả, thiết kế cơ khí đảm bảo cửa ra 1 thông với cửa xả 1 và cửa ra 2 thông với cửa xả 2, tạo sự phối hợp nhịp nhàng trong quá trình vận hành Các vị trí cấp nguồn khí nén được xác định rõ ràng, gồm vị trí cấp khí đóng và vị trí cấp khí mở, đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn cho hệ thống Việc liên kết các cửa xả với các cửa ra phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, đồng thời đảm bảo tính linh hoạt trong kiểm soát khí nén.
2.2.3.2 Van tiết lưu khí nén
Van tiết lưu khí nén (Pneumatic Throttle Valve) là thiết bị phổ biến trong các hệ thống tự động hóa, giúp điều chỉnh lưu lượng khí nén đi qua hệ thống bằng cách thay đổi tiết diện thân van qua núm vặn điều chỉnh Việc này cho phép kiểm soát tốc độ của các thiết bị như xilanh khí nén, giúp điều chỉnh quá trình nâng hạ hoặc di chuyển sản phẩm một cách linh hoạt và chính xác Các loại van tiết lưu khí nén được sản xuất đa dạng về hình dạng và kích cỡ để phù hợp với không gian lắp đặt chật hẹp trong hệ thống máy móc automation.
Hình : Van tiết lưu khí nén
Hệ thống điện, điện tử
Cảm biến quang Omron E3F3-D11 là thiết bị phát hiện vật thể sử dụng nguyên lý quang điện, phù hợp trong môi trường công nghiệp Sản phẩm thuộc dòng E3F3 của Omron, nổi bật với độ nhạy cao và độ bền vượt trội Thiết bị này giúp tối ưu hóa quá trình tự động hóa, nâng cao hiệu quả sản xuất Với thiết kế chắc chắn, cảm biến E3F3-D11 đáp ứng được các yêu cầu khắc nghiệt trong các ứng dụng công nghiệp đa dạng.
Phát hiện sự có mặt của sản phẩm trên băng tải.
Xác định vị trí sản phẩm trước khi đo màu.
Gửi tín hiệu về PLC để kích hoạt quá trình kiểm tra màu sắc.
Bộ phát ánh sáng (Emitter) o Phát ra chùm sáng hồng ngoại hoặc LED đỏ.
Bộ thu ánh sáng (Receiver) o Thu tín hiệu phản xạ từ vật thể.
Mạch xử lý tín hiệu (Processing Circuitry) o Phân tích độ mạnh/yếu của tín hiệu thu về.
Bộ chuyển đổi tín hiệu (Output Circuit) o Xuất tín hiệu ON/OFF (NPN/PNP) đến PLC.
[Bộ phát ánh sáng] → [Vật thể] → [Bộ thu ánh sáng] → [Mạch xử lý] → [Bộ chuyển đổi tín hiệu]
Thông số Giá trị điển hình
Loại cảm biến Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse)
Khoảng cách phát hiện 30 cm
Tín hiệu đầu ra NPN hoặc PNP (ON/OFF)
1 Cảm biến phát ra chùm sáng hồng ngoại hoặc LED đỏ.
2 Khi một vật thể đi qua vùng phát hiện, ánh sáng phản xạ về bộ thu của cảm biến.
3 Nếu có vật thể, cảm biến sẽ bật tín hiệu đầu ra (ON), gửi tín hiệu về PLC.
4 Nếu không có vật thể, tín hiệu OFF.
2.3.2 Cảm biến màu STICK CS1M
Cảm biến màu STICK CS1M là cảm biến quang học chuyên dụng dùng để phát hiện và phân biệt màu sắc của vật thể, giúp nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp Nó thường được sử dụng trong kiểm tra sản phẩm, phân loại hàng hóa và nhận diện vạch màu trong hệ thống robot dò line, đảm bảo độ chính xác và tự động hóa cao Cảm biến này là giải pháp lý tưởng cho các quy trình yêu cầu xác định màu sắc nhanh chóng và chính xác trong sản xuất.
Phát hiện và phân tích màu sắc của sản phẩm trên băng tải.
Chuyển đổi thông tin màu sắc thành tín hiệu điện để gửi về PLC.
Đảm bảo độ chính xác cao trong việc nhận diện các dải màu khác nhau.
Cảm biến màu gồm các thành phần chính sau:
Nguồn sáng LED (Light Source) o Thường là LED trắng hoặc RGB để chiếu sáng lên vật thể cần đo.
Bộ thu ánh sáng (Photodetector) o Một cảm biến quang thu lại ánh sáng phản xạ từ vật thể.
Bộ phân tích màu (Color Processing Unit) o Xử lý tín hiệu ánh sáng phản xạ, tách thành các giá trị RGB hoặc HSV.
Bộ xử lý tín hiệu (Signal Processor) o So sánh màu đo được với giá trị tham chiếu và đưa ra quyết định.
Cổng giao tiếp (Output Interface) o Xuất tín hiệu ON/OFF (số) hoặc Analog (0-10V, 4-20mA) để kết nối với PLC
[Nguồn sáng LED] → [Vật thể] → [Bộ thu ánh sáng] → [Bộ phân tích màu] → [Bộ xử lý tín hiệu] → [Cổng giao tiếp]
Thông số Giá trị điển hình
Phạm vi nhận diện màu Phân biệt màu dựa trên RGB hoặc
Khoảng cách đo 10 – 50mm (tùy loại)
Thời gian phản hồi Vài mili-giây (ms)
Tín hiệu đầu ra ON/OFF (số) hoặc Analog (0-10V, 4-
1 Cảm biến phát ra ánh sáng (thường là LED trắng) lên bề mặt vật thể.
2 Ánh sáng phản xạ từ vật thể được thu lại và phân tích theo giá trị màu RGB hoặc HSV.
3 So sánh với dữ liệu màu đã được lập trình trước.
4 Xuất tín hiệu ON/OFF nếu phát hiện đúng màu hoặc gửi giá trị màu theo tín hiệu Analog về PLC để xử lý.
Contactor, còn gọi là công tắc tơ hoặc khởi động từ, là thiết bị khí cụ điện hạ áp dùng để đóng cắt các mạch điện động lực thường xuyên Đây là thành phần quan trọng trong hệ thống điện, giúp điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù và hệ thống chiếu sáng một cách dễ dàng Nhờ có contactor, việc vận hành các thiết bị điện trở nên linh hoạt hơn qua các chế độ điều khiển bằng nút nhấn, tự động hoặc điều khiển từ xa.
Trong các phương pháp đóng ngắt của contactor, cơ cấu điện từ là loại phổ biến nhất được sử dụng hiện nay Mặc dù cũng có thể sử dụng cơ cấu khí động hoặc thủy lực, nhưng contactor điện từ vẫn chiếm ưu thế nhờ độ tin cậy và hiệu quả cao Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung giới thiệu về cách hoạt động của contactor điện từ trong quá trình đóng ngắt.
Hình: Contactor 3 pha của hãng LS
Cấu tạo: Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:
Nam châm điện gồm các thành phần chính như cuộn dây để tạo ra lực hút từ trường, lõi sắt giúp tăng cường từ tính và lò xo có tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu sau khi hoạt động.
Hệ thống dập hồ quang đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của hồ quang điện xảy ra trong quá trình chuyển mạch Khi các tiếp điểm tiếp xúc và ngắt điện, hồ quang sẽ xuất hiện, gây ra cháy và mòn dần các tiếp điểm Do đó, việc lắp đặt hệ thống dập hồ quang là cần thiết để bảo vệ thiết bị, kéo dài tuổi thọ của các bộ phận và đảm bảo an toàn hệ thống điện.
- Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ
Tiếp điểm chính của contactor là bộ phận có khả năng cho dòng điện lớn đi qua, đảm bảo truyền tải điện năng hiệu quả trong hệ thống điện Khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện, tiếp điểm chính sẽ đóng lại, giúp hệ thống hoạt động liên tục và ổn định Việc này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và bảo vệ mạch điện, đảm bảo an toàn và hiệu quả làm việc.
Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở.
Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng, có liên lạc giữa hai tiếp điểm khi cuộn dây nam châm trong contactor không được cấp điện Khi contactor hoạt động, tiếp điểm này sẽ mở, ngăn cản dòng điện truyền qua Ngược lại, tiếp điểm thường mở sẽ ở trạng thái mở khi không có điện áp cấp vào contactor và sẽ đóng lại khi contactor hoạt động, đảm bảo điều khiển dòng điện chính xác trong hệ thống tự động.
Hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, giúp đảm bảo truyền tải năng lượng hiệu quả và an toàn cho hệ thống Trong khi đó, các tiếp điểm phụ của Contactor được bố trí trong hệ thống mạch điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hoạt động của thiết bị Việc phân chia rõ ràng các loại tiếp điểm này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của hệ thống điện tự động.
Hình: Cấu tạo của Contactor
Khi cấp nguồn có điện áp bằng với giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó, lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động, tạo nên mạch từ kín và làm cho contactor bắt đầu hoạt động Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm, tiếp điểm chính sẽ đóng lại, còn tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (từ thường đóng sang mở hoặc ngược lại), duy trì trạng thái này trong quá trình hoạt động Khi nguồn điện ngưng cấp cho cuộn dây, contactor trở về trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Có nhiều cách phân loại contactor:
- Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực,… Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ
- Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.
- Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện).
- Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A,… 800A hoặc lớn hơn.
- Theo số cực: Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha, 4 pha Phổ biến nhất là contactor
- Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế.
- Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC,… cuộn hút
Specialized contactors are designed for specific applications, with certain manufacturers producing models tailored to unique needs For example, Schneider Electric offers contactors specifically developed for capacitor bank switching (power factor correction), ensuring optimal performance in that application These purpose-built devices enhance system reliability and efficiency by meeting the precise requirements of specialized electrical functions Choosing the right contactor from reputable brands like Schneider ensures compatibility, durability, and optimal operation in dedicated industrial and electrical systems.
2.3.4 Khối hiển thị và nút nhấn
HMI (Human-Machine Interface) là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tương tác giữa con người và máy móc Nói chính xác, bất kỳ phương thức nào mà con người liên lạc và điều khiển máy móc thông qua một màn hình giao diện đều được gọi là HMI Việc sử dụng HMI giúp nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo sự dễ dàng trong quá trình kiểm soát thiết bị công nghiệp, tự động hóa.
Hình : Màn hình HMI DeltaDOP-107 BV 7inch
Cấu tạo: Cấu tạo của HMI bao gồm 3 thành phần chính là:
Phần cứng: màn hình, chip, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối.
Phần mềm: viết chương trình, cấu hình phần cứng, cấu hình giao tiếp và thiết kế giao diện HMI.
Trong lĩnh vực truyền thông, các cổng và giao thức như USB, RS232/22/85, Ethernet, CAN bus, MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền dữ liệu hiệu quả Ngoài ra, các tính năng nâng cao và mở rộng trong hệ thống truyền thông giúp tăng độ linh hoạt, mở rộng khả năng tích hợp và đảm bảo sự ổn định trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Hình : Cấu tạo chung của màn hình HMI
HMI (Giao diện Người - Máy tính) khi được tích hợp với phần mềm phù hợp và kết nối bằng cáp tín hiệu với PLC, trở thành trung tâm điều khiển và tương tác giữa con người và hệ thống máy móc Người vận hành có thể dễ dàng thao tác qua màn hình HMI, nhấn nút hoặc cài đặt các thông số, từ đó gửi yêu cầu đến PLC để điều khiển các thiết bị và máy móc trong dây chuyền sản xuất Việc tích hợp HMI và PLC giúp nâng cao hiệu quả vận hành và tối ưu hóa quy trình sản xuất một cách linh hoạt và chính xác.
Hệ thống máy móc dây chuyền có khả năng gửi trạng thái làm việc và các thông số hiện tại đến màn hình HMI thông qua PLC Điều này giúp người vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển quá trình sản xuất một cách chính xác và hiệu quả Việc tích hợp này tối ưu hóa quá trình vận hành, nâng cao năng suất và giảm thiểu lỗi trong sản xuất.
Phân loại HMI: HMI hiện đại chia làm 2 loại chính:
• HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA,Citect…
• HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0.
• Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác Mobile HMI dùng Palm, PoketPC.
Hệ thống điều khiển
Simatic S7-1200 là bộ điều khiển PLC nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho các ứng dụng tự động hóa quy mô nhỏ đến trung bình PLC S7-1200 hỗ trợ đầy đủ các chức năng điều khiển và truyền thông, giúp nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống tự động Thiết kế dạng module của S7-1200 mang lại tính mở rộng và dễ dàng tích hợp vào nhiều hệ thống khác nhau.
Nhận dữ liệu từ cảm biến màu và cảm biến quang.
Xử lý tín hiệu để quyết định phân loại sản phẩm.
Điều khiển xi-lanh khí nén và các thiết bị chấp hành khác để phân loại sản phẩm vào đúng vị trí.
Kết nối với HMI hoặc SCADA để hiển thị thông tin hệ thống.
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Cấu Trúc Bên Trong Và Các Module Mở Rộng Của PLC S7 1200
PLC S7 1200 có 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/ nhập:
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là thành phần quan trọng trong PLC, đảm nhiệm trách nhiệm biên dịch các tín hiệu đầu vào để xử lý chính xác Ngoài ra, CPU còn thực hiện các hành động điều khiển dựa trên lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và đúng quy trình.
Bộ nguồn plays a crucial role in converting AC voltage to DC (24V), ensuring the proper operation of microcontrollers and communication modules This power supply is essential for providing stable and reliable voltage, enabling các mạch điện trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động hiệu quả Without an adequate nguồn, các thiết bị điện tử không thể hoạt động đúng chức năng, ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.
Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý.
Các thành phần giao tiếp nhập/xuất đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động, nơi tiếp nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến và công tắc, đồng thời gửi lệnh điều khiển đến các thiết bị như động cơ và biến tần Tín hiệu vào có thể là các tín hiệu từ cảm biến hoặc công tắc, trong khi tín hiệu ra thường là các lệnh điều khiển cho động cơ, biến tần hoặc các thiết bị thực thi khác, đảm bảo hệ thống hoạt động tối ưu và chính xác.
Chương trình điều khiển được nạp vào với sự giúp đỡ của bộ lập trình hay bằng máy vi tính.
Module mở rộng của PLC S7 1200
Bộ S7 1200 là hệ thống PLC mạnh mẽ, cung cấp tối đa 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý, giúp đáp ứng nhu cầu mở rộng hệ thống tự động hóa Với khả năng mở rộng linh hoạt, bộ S7 1200 còn tích hợp 3 module giao tiếp truyền thông, nâng cao khả năng kết nối và trao đổi dữ liệu trong các ứng dụng công nghiệp.
Thông số Giá trị điển hình
Bộ nhớ chương trình 50-150 KB
Số lượng I/O số (DI/DO) Tùy model (mở rộng qua mô-đun)
Số lượng I/O tương tự (AI/AO) Mở rộng qua mô-đun Analog
Giao tiếp Profinet, Modbus TCP/IP, Ethernet
Lập trình bằng phần mềm TIA Portal
PLC hoạt động dựa trên một chu trình lặp liên tục gồm 4 bước chính: Quét đầu vào
→ Xử lý chương trình → Cập nhật đầu ra → Kiểm tra và truyền thông.
Bước 1: Quét tín hiệu đầu vào (Input Scan)
PLC đọc trạng thái của tất cả các tín hiệu đầu vào (cảm biến quang, cảm biến màu, nút nhấn, công tắc, tín hiệu từ HMI ).
Các tín hiệu đầu vào quan trọng gồm có Digital Input (DI), là tín hiệu ON/OFF từ cảm biến hoặc nút nhấn, và Analog Input (AI), là giá trị điện áp từ 0-10V hoặc dòng điện từ 4-20mA đến từ các cảm biến đo màu sắc hoặc cảm biến khoảng cách.
Dữ liệu đầu vào được lưu vào bộ nhớ Input Image Table để sử dụng trong bước tiếp theo.
Bước 2: Xử lý chương trình điều khiển (Program Execution)
PLC thực hiện chương trình được lập trình trước đó (viết bằng Ladder Logic (LAD), Structured Text (ST) hoặc Function Block Diagram (FBD).
Chương trình sẽ xử lý dữ liệu đầu vào và đưa ra quyết định điều khiển dựa trên logic thiết lập.
Bước 3: Cập nhật tín hiệu đầu ra (Output Update)
