TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu đề tài
Hiện nay, ngành công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ với việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất, giúp quản lý dây chuyền và sản phẩm một cách hiệu quả Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn đơn giản hóa quá trình quản lý Để đáp ứng nhu cầu này, nhóm chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu”.
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến màu để xác định màu sắc của sản phẩm Sau đó, sản phẩm sẽ được phân loại và vận chuyển đến các kho hàng đã định sẵn bằng vitme tƣợng trƣng cho xe chở hàng, đảm bảo hiệu quả trong việc quản lý hàng hóa.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể nhƣ:
Giảm sức lao động và cải thiện điều kiện làm việc giúp con người tránh được sự nhàm chán trong công việc Điều này tạo cơ hội cho họ tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng nhƣ thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
Việc quản lý và giám sát trở nên dễ dàng hơn nhờ vào việc cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đồng thời giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết đến mức tối đa.
Mục đích của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu là phát triển một mô hình hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, với thiết kế nhỏ gọn, hoạt động ổn định và dễ dàng lắp đặt.
Có thể tùy chỉnh linh hoạt các thông số của mô hình như vị trí kho hàng, tốc độ xe phân loại và hiển thị chúng trên màn hình HMI theo nhu cầu.
Phương pháp thực hiện đề tài
Áp dụng các kiến thức đã học để xây dựng mô hình thực nghiệm, cụ thể:
- Tìm kiếm tài liệu qua sách vở, mạng xã hội, hỏi người có chuyên môn;
- Tiến hành lắp mạch và test mô hình trực tiếp dưới sự góp ý của giáo viên hướng dẫn.
Phạm vi đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu, với nhiều ứng dụng trong các nhà máy xí nghiệp hiện nay Các hệ thống này không chỉ hoàn thiện về chất lượng mà còn về thẩm mỹ Tuy nhiên, trong khuôn khổ của một đồ án môn học, đề tài sẽ chỉ tập trung vào việc giải quyết một số vấn đề cụ thể.
- Hệ thống điều khiển: PLC, Arduino.
- Cơ cấu phân loại sản phẩm: điểu khiển vị trí dựa vào động cơ bước.
BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Bộ điều khiển
6ES7215-1AG40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC
Hình 2.1 PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC
Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng linh hoạt:
+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB) + 8 mô đun tín hiệu (SM)
+ Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM) + Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) đƣợc tích hợp sẵn:
Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-
Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
- Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
Bài viết giới thiệu 6 bộ đếm tốc độ cao, bao gồm 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz, được sử dụng cho các ứng dụng đếm và đo lường Ngoài ra, còn có 2 ngõ ra PTO 100kHz giúp điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ bước hoặc bộ lái servo.
+ Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…
+ 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality)
Khối ngõ vào (Khối xử lí tín hiệu màu)
+Số chân Digital: 14 (hỗ trợ 6 chân PWM)
+Dòng ra trên chân Digital: Max 40mA
+Dung lƣợng các bộ nhớ:
+Tốc độ xử lý: 16MHz
Tính năng và ứng dụng:
Arduino là một vi điều khiển nhỏ gọn với khả năng lập trình linh hoạt, cho phép tương tác với môi trường thông qua các cảm biến điện tử, đèn LED và động cơ.
Arduino hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử điều khiển, từ việc chế tạo robot và máy bay không người lái đến việc điều khiển các thiết bị đơn giản như đèn và động cơ.
Hệ thống có chức năng nhận và phân tích tín hiệu từ cảm biến màu, giúp nhận biết màu sắc của sản phẩm và truyền tín hiệu đến module relay Module relay thực hiện việc điều khiển dựa trên thông tin màu sắc đã được phân tích.
- Điện áp nuôi mạch: 5 V/DC
- Dòng tiêu thụ: 200mA/ 1 relay
- Relay trên mạch: đóng ngắt max: 250V/AC- 10A hoặc 30V/DC-10A
Chức năng trong mạch: nhận tín hiệu kích từ Arduino R3 SMD, tiếp đến sẽ đóng ngắt dòng điện có áp là 24V/DC vào INPUT của PLC.
Trang 5 c Cảm biến màu săc TCS34725
Hình 2 4 Cảm biến màu sắc TCS34725
+Điện áp sử dụng: 3~5V/DC
+Giải màu sắc đo: RGB 0~255
Cảm biến màu TCS34725 trong hệ thống có khả năng nhận diện màu sắc sản phẩm bằng cách đo độ phản xạ từ ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá và xanh dương Sau khi thực hiện phép đo, cảm biến sẽ truyền tín hiệu về Arduino để xử lý.
Khối ngõ ra
2.3.1 Khối điều khiển động cơ bước
+ Module điều khiển động cơ bước TB6560 là module chuyên dùng điều khiển động cơ bước lưỡng cực.
+ Module có các chế độ full bước, nửa bước và vi bước.
+ Phương pháp điều kiển đơn giản, chọn dòng ra từ 0.3A đến 3A
+ Điện áp làm việc: 10~35V + Dòng tải tối đa: 3A
+ Tích hợp opto cách ly 6N137 tốc độ cao cách ly tín hiệu điều kiển với board điều khiển, an toàn và chống nhiễu.
+ TB6560 có tản nhiệt nhôm lớn, tản nhiệt hiệu quả + Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86,
+ Có công tắc setup dòng tải tối đa 3A
+ Có công tắc setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16
+ Có công tắc để cài vị trí luôn cố định
+ Sử dụng đơn giản, cấp nguồn, thông số morto và xung điều kiển
+ Modul TB6560 sử dụng nguồn cấp 12V-DC hoặc 24V-DC cấp cho động cơ bước hoạt động.
+ Tạo ra điện áp 5V-DC cấp cho các khối còn lại.
+ Cách ly tín hiệu điều khiển với khối Driver động cơ.
- Khối tín hiệu điều khiển:
+ Gồm 6 chân: EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+.
+ EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/không cho phép modul hoạt động. + CW-, CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ.
+ CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ.
Modul TB6560 với thiết kế 2 chân điều khiển 1 chức năng cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1 Khi kết nối các chân EN+, CW+, CLK+ với nguồn +5V-DC, tín hiệu điều khiển 0V sẽ được đưa vào các chân EN-, CW-, CLK-.
- Khối thiết lập chế độ:
+ Gồm các switch cho phép người dùng thiết lập các chế độ tùy chọn nhƣ: Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bước
+ Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động cử động cơ bước.
+ Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ
Hình 2 6 Sơ đồ đấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A
Moment xoắn tĩnh tối đa
Kích thước trục Đường kính trục
Bảng 2 1 Thông số của Động cơ bước
+Điện áp sử dụng: 24V/DC
+Màu sắc: đỏ, xanh vàng.
Chức năng trong hệ thống: Báo hiệu màu sắc và điểm kho.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Mô hình tổng thể
Hình 3 1 Mô hình tổng thể
Thiết kế và thi công mô hình
Bảng 3 1 Các thiết bị sử dụng trong đồ án
Sơ đồ tổng thể và sơ đồ đấu dây
a Sơ đồ khối tổng thể
Driver Đèn báo kho Động cơ bước
Trang 14 Đèn báo phân loại màu
Khối xử lý tín hiệu màu
Cảm biến màuTCS37425 b Sơ đồ nối dây tổng thể
Trang 15 c Sơ đồ đấu dây PLC d Sơ đồ đấu driver và động cơ bước:
Trang 16 e Sơ đồ đấu dây Khối xử lý tín hiệu màu:
Giải thuật điều khiển và chương trình
a Lưu đồ điều khiển của hệ thống:
Trở về vị trí nhận hàng.
Chạy đến vị trí cảm biến nhận biết màu.
Cảm biến nhận biết hàng màu xanh. Đến vị trí kho hàng màu xanh
Cảm biến nhận biết hàng màu đỏ Đến vị trí kho hàng màu đỏ
Hoàn thành chuyển hàng vào kho.
Cảm biến nhận biết hàng màu vàng. Đến vị trí kho hàng màu vàng.
Trang 18 b Các biến khai báo
Các biến đƣợc khai báo trong IOTags:
Các biến đƣợc khai báo trong Data_block:
Thiết kế giao diện HMI
