GIỚI THIỆU CHUNG
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu về các chuẩn giao tiếp mạng truyền thông công nghiệp, PLC S7 -1200, cảm biến TCS34725, động cơ servo MG90S, cảm biến vật cản hồng ngoại
Dựa trên dữ liệu thu thập, chúng tôi đã lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình, kết nối các thiết bị ngoại vi với PLC và cảm biến TCS34725 thông qua Arduino.
Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC và Arduino. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống
Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cùng phần cứng là cần thiết để tối ưu hóa mô hình, giúp người dùng dễ dàng sử dụng Đồng thời, việc đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế và hiệu suất hoạt động cũng rất quan trọng.
Viết báo cáo thực hiện.
Đánh giá kết quả thực hiện.
Khai thác và vận hành các thiết bị trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Xây dựng thuật toán điều khiển logic.
- Xây dựng phần mềm giao diện điều khiển trên TIA Portal.
- Xây dựng phần mềm trên PLC S7-1200.
- Tính toán thiết kế phần cơ khí.
Phạm vi nghiên cứu
1 Tìm hiểu về hệ thống phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến màu TCS34725 để nhận diện màu sắc và cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 để xác định loại sản phẩm Sau khi thu thập thông tin từ các cảm biến, động cơ servo MG90S sẽ được điều khiển để phân loại sản phẩm dựa trên tín hiệu nhận được.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất vật liệu xây dựng và ngành thực phẩm Nó thường được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất gạch ngói, phân loại sản phẩm nhựa, chế biến nông sản, cũng như trong sản xuất bánh kẹo, hoa quả, bia và nước giải khát.
Một vài thông số của hệ thống phân loại sản phẩm của nhóm em:
- Kích thước: (Dài x rộng) 50 x 10 (cm).
- Hệ thống điều khiển: PLC.
- Cơ cấu đẩy sản phẩm: động cơ servo.
- Động cơ truyền chuyển động: động cơ DC giảm tốc JGB37-555.
- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.
- Điện áp cung cấp: 24VDC.
- Cảm biến màu sắc: TCS34725.
- Chuẩn giao tiếp: Modbus TCP/IP
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Một số chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp
và hệ thống điều khiển.
3 Một số chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp
3.1 Cổng nối tiếp (Serial Port)
Cổng nối tiếp, hay còn gọi là serial port, là các cổng hoạt động theo nguyên lý nối tiếp, chủ yếu được sử dụng trong truyền thông công nghiệp như COM, RS232, RS422, và RS485, trong đó "RS" là viết tắt của "Recommended Standard" (tiêu chuẩn khuyến nghị) Trong kỹ thuật truyền thông, các cổng này có thể được phân loại thành đơn công (simplex) và song công (duplex) Đơn công là hình thức truyền thông một chiều, nơi dữ liệu chỉ di chuyển theo một hướng, với một thiết bị chỉ có thể hoạt động như máy phát hoặc máy thu, rất hiệu quả trong việc truyền tải lượng lớn thông tin đến nhiều máy thu.
Truyền thông song công vượt trội hơn so với truyền thông đơn công nhờ khả năng cho phép các thiết bị hoạt động như bộ thu phát Điều này cho phép dữ liệu được truyền tải theo cả hai hướng, giúp thiết bị vừa nhận tín hiệu vừa phát tín hiệu điều khiển một cách hiệu quả.
Cổng nối tiếp (Serial Port) cho phép truyền thông giữa các thiết bị Trong đó, RS232 và RS422 hỗ trợ truyền thông song công hoàn toàn, trong khi RS485 hoạt động theo kiểu bán song công.
RS232 là cổng giao tiếp nối tiếp nổi bật trong truyền thông công nghiệp, được biết đến với các tên gọi như DB9 hay COM Mặc dù giao tiếp nối tiếp chậm hơn so với giao tiếp song song, RS232 vẫn được ưa chuộng cho việc truyền dữ liệu dài nhờ chi phí thấp Giao thức này truyền dữ liệu theo từng bit, trái ngược với giao tiếp song song truyền theo byte hoặc ký tự cùng lúc Tốc độ truyền phổ biến của RS232 bao gồm 9600, 14400, 28800 và 33600 bps.
RS232 phổ biến, dễ kiếm, chi phí rẻ.
Giao tiếp đơn giản, hỗ trợ và tương thích với nhiều thiết bị
Khả năng chống nhiễu tốt và tốc độ truyền khá nhanh
Có thể cấp nguồn cho thiết bị thông qua cổng RS232
Tốc độ truyền dữ liệu có thể ở mức 20 kb/s, như vậy khá chậm so với các công nghệ mà con người đang sử dụng hiện nay.
Chiều dài tối đa của cáp là 15 mét; nếu vượt quá khoảng cách này, sẽ xảy ra hiện tượng điện trở dây và sụt điện áp, do đó không nên sử dụng cáp với khoảng cách xa.
RS422 là một chuẩn truyền thông dữ liệu nối tiếp, cho phép truyền tín hiệu qua 2 dây Tốc độ truyền phụ thuộc vào khoảng cách: tối đa 10 Mbits/s ở 40 feet (12m), 1 Mbits/s ở 400 feet (122m) và 100 kbits/s ở 4000 feet (1219m) Chuẩn này hỗ trợ kết nối và truyền dữ liệu đến 10 đầu nhận Tuy nhiên, RS422 đã dần bị thay thế bởi các chuẩn truyền thông công nghiệp khác trong thời gian gần đây.
RS485 được xem là phiên bản nâng cấp của RS422, với khả năng kết nối và truyền dữ liệu cho tối đa 32 cặp thu phát cùng lúc Tương tự như RS422, tốc độ truyền dữ liệu của RS485 phụ thuộc vào khoảng cách Cụ thể, với chiều dài đường truyền 40 feet (12m), tốc độ tối đa đạt 10 Mbits/s; ở 400 feet (122m) là 1 Mbits/s; và ở 4000 feet (1219m) là 100 kbits/s.
ProfiNet, viết tắt của Process Field Net, là tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp sử dụng Ethernet để thu thập và điều khiển dữ liệu trong các hệ thống công nghiệp Tiêu chuẩn này nổi bật với khả năng cung cấp dữ liệu trong khoảng thời gian rất ngắn, dưới 1ms PROFIBUS & PROFINET International (PI), tổ chức có trụ sở tại Karlsruhe, Đức, là đơn vị duy trì và hỗ trợ tiêu chuẩn này.
PROFINET IO là một giao thức truyền thông tiên tiến cho phép kết nối các thiết bị ngoại vi trong môi trường công nghiệp thông qua hệ thống xếp tầng thời gian thực Giao thức này định nghĩa quy trình trao đổi dữ liệu giữa các bộ điều khiển, như PLC, DCS hoặc IPC, và các thiết bị IO, bao gồm khối I/O, cảm biến, bộ điều khiển vị trí và nhiều thiết bị khác PROFINET IO không chỉ thực hiện việc trao đổi dữ liệu mà còn hỗ trợ chẩn đoán và thiết lập thông số cho các thiết bị kết nối.
Hình 2.3: Chuẩn truyền thông Profinet
PROFIBUS, viết tắt của Process Field Bus, là một chuẩn truyền thông Fieldbus trong kỹ thuật tự động hóa Trong lĩnh vực sản xuất, chuẩn này hỗ trợ các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, cho phép các mạng trường nối tiếp hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và thiết bị hiện trường phân tán PROFIBUS cũng đảm bảo khả năng giao tiếp giữa các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt.
Họ PROFIBUS có 3 kiểu giao thức là: PROFIBUS DP, PA, FMS trong đó PROFIBUS-DP được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
PROFIBUS DP là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân tán, được sử dụng phổ biến cho hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần Với tốc độ truyền thông từ 9,6 Kbp đến 12 Mbp trong khoảng cách 100-1200m, PROFIBUS DP hoạt động trên giao diện RS485 chuẩn Nó được cải tiến để phù hợp với các ứng dụng quá trình, bao gồm việc đọc/ghi dữ liệu không theo chu kỳ, truyền trạng thái thiết bị, cung cấp nguồn trên bus và đảm bảo an toàn nội tại.
Chuẩn truyền thông Profibus cho phép truyền dữ liệu tốc độ cao giữa các thiết bị Quá trình truyền dữ liệu với các thiết bị phân tán chủ yếu diễn ra theo chu kỳ.
PROFIBUS PA là một fieldbus toàn diện, thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình Với tốc độ truyền thông 31,25 Kbp và phạm vi tối đa 1.900m cho mỗi phân đoạn, chuẩn này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng an toàn nội tại (Intrinsically Safe).
PROFIBUS FMS: là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.
Modbus là một chuẩn truyền thông công nghiệp được phát triển bởi Modicon (hiện thuộc Schneider) từ năm 1979, nhằm thay thế các chuẩn truyền thông truyền thống Chuẩn này hoạt động theo nguyên tắc Master-Slave, cho phép truyền dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối về PLC hoặc SCADA.
Modbus đã trở thành một tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp phổ biến nhờ vào tính ổn định, sự đơn giản và dễ sử dụng Hơn nữa, việc miễn phí sử dụng cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào sự thành công của nó.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Khối PLC
CPU S7-1200 được trang bị một cổng PROFINET tích hợp, cho phép hỗ trợ tiêu chuẩn truyền thông Ethernet dựa trên TCP/IP Các giao thức sau đây được CPU S7-1200 hỗ trợ:
Giao thức điều khiển vận chuyển (Transport Control Protocol – TCP)
CPU S7-1200 có khả năng giao tiếp với các CPU S7-1200 khác, thiết bị lập trình STEP 7 Basic, thiết bị HMI, và các thiết bị không phải của Siemens thông qua giao thức truyền thông TCP tiêu chuẩn Giao tiếp này có thể thực hiện theo hai cách sử dụng PROFINET.
Kết nối trực tiếp là phương pháp sử dụng khi làm việc với thiết bị lập trình, HMI hoặc khi một CPU được kết nối với một CPU riêng lẻ.
Kết nối mạng cho phép sử dụng các phương tiện truyền thông khi kết nối với nhiều thiết bị, chẳng hạn như CPU, HMI, thiết bị lập trình và các thiết bị không phải của Siemens.
Kết nối trực tiếp: thiết bị lập trình kết nối đến CPU S7-1200
Kết nối trực tiếp: một CPU S7-1200 được kết nối đến một CPU S7-1200 khác
Kết nối trực tiếp: HMI được kết nối đến CPU S7-1200
Kết nối mạng cho phép nhiều hơn 2 thiết bị giao tiếp với nhau thông qua bộ chuyển mạch Ethernet CSM1277 Để kết nối các thiết bị ngoại vi, nhóm chúng tôi đã sử dụng Module tín hiệu SM1223 8DI/8DQ DC của hãng Siemens, nhằm mở rộng khả năng kết nối cho PLC Siemens.
Mã sản phẩm 6ES7223-1BH32-0XB0
SIMATIC S7-1200, Digital I/O SM 1223, 8 DI/8 DO, 8 DI 24 V
DC, Sink/Source, 8 DO, transistor 0.5 A Trọng lượng 210g
Nhiệt độ hoạt đ ngộng 0 ~ 70 °C
Bảng 1: Thông số Module tín hiệu SM1223 8DI/8DQ DC
Khối nguồn
Ở khối nguồn 24VDC bọn em sử dụng nguồn tổ ong 24V – 10A để cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống Điện áp đầu vào 110V-220V AC 50-60Hz Điện áp đầu ra 24V DC
Nhiệt độ hoạt đ ngộng 0 ~ 70 °C
Bảng 2: Thông số nguồn tổ ong 24V – 10A
Hình3.3: Nguồn tổ ong 24V-10A
Chúng tôi sử dụng Module hạ áp DC-DC Buck LM2596 với khả năng cung cấp 5VDC và 3A để giảm điện áp cho khối phân loại màu Module này hỗ trợ điện áp đầu vào từ 3 đến 30V DC và điện áp đầu ra từ 1.5 đến 30V DC.
Bảng 3: Thông số Module hạ áp DC-DC Buck LM2596
Hình 3.4: Module hạ áp DC-DC 3A
3.1 Cảm biến màu sắc TCS34725
Cảm biến màu sắc TCS34725 có khả năng nhận diện màu sắc bằng cách đo nhiệt độ màu của ba màu cơ bản: đỏ, lục và lam, theo thang đo Kelvin, cùng với các chỉ số lux và clear.
Từ các thông số đó ta có thể tính toán theo công thức và xác định màu sắc của vật liệu tuỳ theo nhu cầu.
IC chính TCS34725 Điện áp hoạt đ ngộng 3.3~5VDC
Giải màu sắc đo RGB 0~255
Khoảng cách phát hi n tốt nhấtện tốt nhất 1cm
Hình 3.5: Cảm biến màu sắc TCS35725Bảng 4: Thông số cảm biến màu sắc TCS34725
Arduino Uno R3 là một trong những dòng board mạch cơ bản và linh hoạt, rất phù hợp cho những người mới bắt đầu tìm hiểu về lập trình và điện tử Ngoài Arduino Uno, người dùng cũng có thể khám phá các dòng sản phẩm khác như Arduino Mega và Arduino Nano để phục vụ cho nhiều dự án khác nhau.
Arduino Micro là một lựa chọn tốt cho những ứng dụng nâng cao, nhưng Arduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất cho các ứng dụng cơ bản Mạch này hoạt động với điện áp 5V DC qua cổng USB, và điện áp cấp bên ngoài tối ưu nhất là từ 7 đến 9V DC.
Chân Digital 14 chân ( 6 chân PWM)
Dòng tối đa trên chân Digital 40mA
Dung lượng b nhớộng
Tốc độ xử lý 16MHz
GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 23
Hình 3.6: Arduino UNO R3 SMD
Bộ Arduino Ethernet Shield W5100 sử dụng chip W5100 từ Wiznet, mang lại tốc độ và khả năng kết nối ổn định Với bộ thư viện đi kèm và phần cứng dễ sử dụng, việc kết nối Arduino với Ethernet trở nên đơn giản hơn bao giờ hết Giải pháp này rất thích hợp cho các ứng dụng điều khiển thiết bị qua mạng và Internet of Things (IoT).
Để sử dụng phải có board mạch Arduino đi kèm
Hoạt động tại điện áp 5VDC (được cấp từ mạch Arduino)
Tốc độ kết nối: 10/100Mb
Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI
Thư viện và code mẫu có sẵn trong chương trình Arduino.
4 Khối cơ cấu chấp hành
4.1 Tính chọn băng tải
Với đề tài băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc, nhóm em đã phân tích, chọn băng tải PVC có các thông số sau:
Đường kính trục Rulo: 250 (mm).
Pully dẫn động của động cơ: 16 răng.
Pully dẫn động của trục roller: 30 răng
Hình 3.8: Mô phỏng băng tải vẽ bằng phần mềm Autodesk Fusion 360
Tỉ số truyền của động cơ: 16 30
Với tốc độ quay của động cơ: 200 RPM
Tốc độ quay của trục roller: 16 30 x 200 = 106,6 RPM
Tốc độ của băng tải V = 60.1000 π D N = π 60.1000 25 106,6 = 0,14 M/s
– V: tốc độ của băng tải (M/s)
– D: đường kính trục roller (mm)
– N: tốc độ quay của trục roller (RPM)
Momen xoắn trên trục roller M = 4,5 x 30 16 ≈ 8,4375 kg/cm
Từ các thông số tính toán ở trên, nhóm em chọn động cơ DC giảm tốc
Động cơ DC giảm tốc 545 200RPM sở hữu cấu trúc hộp giảm tốc, giúp trục chính giữ cố định gần như không di chuyển khi động cơ không hoạt động Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng như robot, trục kéo và xoay khóa cố định.
Hộp giảm tốc của động cơ cung cấp nhiều tỉ số truyền, giúp người sử dụng dễ dàng lựa chọn giữa lực kéo và tốc độ; lực kéo lớn đồng nghĩa với tốc độ chậm và ngược lại Động cơ được chế tạo với lõi dây đồng nguyên chất, lá thép 407, vòng tiếp xúc niken và nam châm từ tính mạnh, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Hình 3.9: Đ ng cơ DC giảm tốc ộng cơ DC giảm tốc 545 200RPM
Tên DC GearMotor 545 Đi n áp hoạt đ ngện tốt nhất ộng 6 ~ 24VDC Đường kính trục 6mm
Tốc đ quay của đ ng cơộng ộng 200RPM
Bảng 6: Thông số động cơ Servo MG90S
4.3 Tính chọn động cơ đẩy
Nhóm em đã chọn sử dụng động cơ servo MG90S để đẩy vật liệu ra khỏi băng tải, nhằm phù hợp với chế độ làm việc ngắn hạn của động cơ trong đề tài.
Động Cơ Servo MG90S là phiên bản nâng cấp của động cơ RC Servo 9G, nổi bật với bánh răng kim loại mang lại lực kéo mạnh mẽ và độ chính xác cao hơn so với bánh răng nhựa Thường được sử dụng cho các mô hình nhỏ hoặc cơ cấu kéo nhẹ, động cơ MG90S tích hợp sẵn Driver điều khiển bên trong, cho phép dễ dàng điều chỉnh góc quay qua phương pháp điều độ rộng xung PWM.
Tên Servo MG90S Đi n áp hoạt đ ngện tốt nhất ộng 4.8 ~ 6VDC
Chế đ làm vi cộng ện tốt nhất Digital, Analog Đ dài nối dâyộng 60RPM
Hình 3.10: Đ ng cơ Servo MG90Sộng cơ DC giảm tốc
Bảng 7: Thông số động cơ DC giảm tốc JGB37-555
4.4 Khối cảm biến khoảng cách
Nhóm em đã chọn cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 nhờ vào những ưu điểm nổi bật như chất lượng tốt, độ bền và độ ổn định cao Cảm biến này sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản phía trước, phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt, giúp khả năng chống nhiễu hiệu quả ngay cả trong điều kiện ánh sáng ngoài trời.
Cảm biến cho phép điều chỉnh khoảng cách báo theo mong muốn thông qua biến trở Đầu ra của cảm biến ở dạng cực thu hở, do đó cần bổ sung một trở kéo lên nguồn tại chân output khi sử dụng.
Số dây tín hiệu 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu) Đi n áp hoạt đ ngện tốt nhất ộng 6 ~ 36V DC
Khoảng điều chỉnh cảm biến 7 ~ 30cm
Dòng kích ngõ ra 300mA
Khoảng cách phát hiện vật cản 0~30cm
Góc khuếch tán (góc chiếu) 3 0 ~ 5 0
Hình 3.11: Cảm biến vật cản hồng ngoại
Bảng 8: Thông số cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
4.5 Tính chọn khung kết cấu băng tải
Nhóm em quyết định sử dụng khung nhôm định hình để kết cấu băng tải nhờ vào các ưu điểm sau:
– Có đặc tính cách ẩm, cách nhiệt tốt chịu được khí hậu khắc nhiệt.
Cửa nhôm được trang bị lớp sơn tĩnh điện, giúp tăng cường khả năng chống chịu trước sự tấn công của muối mọt và bảo vệ hiệu quả khỏi quá trình oxy hóa.
– Rất dễ linh động trong quá trình lắp đặt
Vật liệu này có độ bền cao nhờ thiết kế các rãnh rỗng và sống tăng cường hợp lý, giúp giảm tải trọng cho công trình một cách hiệu quả.
Mô hình băng tải PVC loại nhỏ với thiết kế dạng mô hình và khối lượng sản phẩm nhẹ, vì vậy khung băng tải được chọn là nhôm định hình 20x20, loại nhỏ nhất hiện có Hai loại nhôm định hình này không chỉ đảm bảo tính thẩm mỹ mà còn dễ dàng trong việc lắp đặt và di chuyển nhờ vào trọng lượng nhẹ.
Hình 3.12: khung nhôm định hình 20cm
Khối cơ cấu chấp hành
4.1 Tính chọn băng tải
Với đề tài băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc, nhóm em đã phân tích, chọn băng tải PVC có các thông số sau:
Đường kính trục Rulo: 250 (mm).
Pully dẫn động của động cơ: 16 răng.
Pully dẫn động của trục roller: 30 răng
Hình 3.8: Mô phỏng băng tải vẽ bằng phần mềm Autodesk Fusion 360
Tỉ số truyền của động cơ: 16 30
Với tốc độ quay của động cơ: 200 RPM
Tốc độ quay của trục roller: 16 30 x 200 = 106,6 RPM
Tốc độ của băng tải V = 60.1000 π D N = π 60.1000 25 106,6 = 0,14 M/s
– V: tốc độ của băng tải (M/s)
– D: đường kính trục roller (mm)
– N: tốc độ quay của trục roller (RPM)
Momen xoắn trên trục roller M = 4,5 x 30 16 ≈ 8,4375 kg/cm
Từ các thông số tính toán ở trên, nhóm em chọn động cơ DC giảm tốc
Động cơ DC giảm tốc 545 200RPM được thiết kế với cấu trúc hộp giảm tốc, giúp giữ cho trục chính ổn định và gần như không di chuyển khi động cơ không hoạt động Sản phẩm này rất phù hợp cho các ứng dụng như robot, trục kéo và xoay khóa cố định.
Hộp giảm tốc của động cơ được thiết kế với nhiều tỷ số truyền, cho phép người sử dụng dễ dàng lựa chọn giữa lực kéo và tốc độ, với nguyên tắc rằng lực kéo càng lớn thì tốc độ càng chậm và ngược lại Động cơ sử dụng lõi dây đồng nguyên chất, lá thép 407, vòng tiếp xúc niken và nam châm từ tính mạnh, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Hình 3.9: Đ ng cơ DC giảm tốc ộng cơ DC giảm tốc 545 200RPM
Tên DC GearMotor 545 Đi n áp hoạt đ ngện tốt nhất ộng 6 ~ 24VDC Đường kính trục 6mm
Tốc đ quay của đ ng cơộng ộng 200RPM
Bảng 6: Thông số động cơ Servo MG90S
4.3 Tính chọn động cơ đẩy
Nhóm em sử dụng động cơ servo MG90S để đẩy vật liệu khỏi băng tải, nhờ vào chế độ làm việc ngắn hạn của động cơ, phù hợp với đề tài nghiên cứu.
Động Cơ Servo MG90S là phiên bản cải tiến của động cơ RC Servo 9G, nổi bật với bánh răng kim loại giúp tăng cường lực kéo và độ chính xác Thường được sử dụng trong các mô hình nhỏ hoặc cơ cấu kéo nhẹ, động cơ MG90S tích hợp driver điều khiển bên trong, cho phép điều khiển góc quay dễ dàng thông qua phương pháp điều độ rộng xung PWM.
Tên Servo MG90S Đi n áp hoạt đ ngện tốt nhất ộng 4.8 ~ 6VDC
Chế đ làm vi cộng ện tốt nhất Digital, Analog Đ dài nối dâyộng 60RPM
Hình 3.10: Đ ng cơ Servo MG90Sộng cơ DC giảm tốc
Bảng 7: Thông số động cơ DC giảm tốc JGB37-555
4.4 Khối cảm biến khoảng cách
Nhóm em đã chọn cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 nhờ vào những ưu điểm nổi bật như chất lượng tốt, độ bền và độ ổn định cao Cảm biến này sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản phía trước, phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt, giúp chống nhiễu hiệu quả ngay cả trong điều kiện ánh sáng ngoài trời.
Cảm biến cho phép điều chỉnh khoảng cách báo theo mong muốn thông qua biến trở Đầu ra của cảm biến ở dạng cực thu hở, do đó cần bổ sung một trở kéo lên nguồn tại chân output khi sử dụng.
Số dây tín hiệu 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu) Đi n áp hoạt đ ngện tốt nhất ộng 6 ~ 36V DC
Khoảng điều chỉnh cảm biến 7 ~ 30cm
Dòng kích ngõ ra 300mA
Khoảng cách phát hiện vật cản 0~30cm
Góc khuếch tán (góc chiếu) 3 0 ~ 5 0
Hình 3.11: Cảm biến vật cản hồng ngoại
Bảng 8: Thông số cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
4.5 Tính chọn khung kết cấu băng tải
Nhóm em quyết định sử dụng khung nhôm định hình để kết cấu băng tải nhờ vào các ưu điểm sau:
– Có đặc tính cách ẩm, cách nhiệt tốt chịu được khí hậu khắc nhiệt.
Cửa nhôm được trang bị lớp sơn tĩnh điện, giúp tăng cường khả năng chống chịu với sự tấn công của muối mọt và ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa.
– Rất dễ linh động trong quá trình lắp đặt
Với độ bền cao, vật liệu này được thiết kế với các rãnh rỗng và sống tăng cường hợp lý, giúp giảm tải trọng cho công trình một cách hiệu quả.
Băng tải PVC loại nhỏ được thiết kế với khung nhôm định hình 20x20, là loại nhỏ nhất hiện có, giúp giảm trọng lượng sản phẩm Hai loại nhôm này không chỉ đảm bảo tính thẩm mỹ mà còn dễ dàng lắp đặt và di chuyển, nhờ vào khối lượng nhẹ của chúng.
Hình 3.12: khung nhôm định hình 20cm
Giới thiệu bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào cho PLC sử dụng chuẩn Ethernet
Bộ chuyển đổi tín hiệu là thiết bị quan trọng giúp chuyển đổi tín hiệu đầu ra từ các cảm biến thành tín hiệu đầu vào cho PLC, nhằm đáp ứng các yêu cầu xử lý trong hệ thống Trong công nghiệp, các loại tín hiệu thường được chuyển đổi bao gồm tín hiệu Analog, tín hiệu Digital, và các tín hiệu truyền thông như RS232, RS485, và Ethernet.
Hiện nay, các hãng PLC phổ biến như Delta, Mitsubishi, Omron và Siemens, trong đó Siemens nổi bật với các dòng PLC S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, và S7-1500 Tuy nhiên, một thách thức lớn là hầu hết các CPU của PLC chỉ có ít ngõ vào tín hiệu analog, gây khó khăn trong việc giải quyết các bài toán liên quan Để khắc phục vấn đề này, nhóm chúng tôi đã phát triển bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào cho PLC sử dụng chuẩn Modbus (TCP/IP), giúp PLC có thể giao tiếp với nhiều loại cảm biến và các chuẩn giao tiếp phổ biến như I2C, SPI, OneWire và Analog Để đảm bảo truyền thông hiệu quả giữa module chuyển đổi tín hiệu và PLC, chúng tôi áp dụng giao thức Modbus (TCP/IP), trong đó các thiết bị client và server sử dụng địa chỉ IP để nhận dạng và giao tiếp, với dữ liệu được mã hóa trong gói tin TCP/IP.
THI CÔNG HỆ THỐNG
Danh sách vật tư
Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật PLC
Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật Arduino
3 Sơ đồ mạch động lực
Hình 4.3: Mạch động lực
4 Sơ đồ nối dây khối phân loại màu sắc
Hình 4.4: Sơ đồ nối dây khối đ ng cơ và khối phân loại màu sắcộng cơ DC giảm tốc
5 Lập trình hệ thống trên TIA Protal V16
6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
– Khi gạt công tắt sang chế độ Auto, Manual thì đèn xanh lá sẽ sáng, thể hiện hệ thống đang hoạt động.
– Khi xoay nút dừng khẩn cấp, hệ thống tạm ngưng, đèn đỏ sẽ sáng cho đến khi nhấn lại.
Khi động cơ băng tải hoạt động, nếu có hàng trong bệ cấp mẫu, cảm biến S1 (NPN) sẽ phát hiện sự thay đổi từ mức cao xuống mức thấp Lúc này, PLC kích hoạt ngõ ra Q0.2, thông qua relay trung gian PUSH để truyền tín hiệu digital đến Arduino Tiếp theo, Arduino điều khiển servo đẩy sản phẩm vào băng tải.
Sản phẩm được đưa vào cabin và được cảm biến TCS34725 quét màu Arduino xử lý dữ liệu và truyền tín hiệu đến PLC qua các relay RL1 và RL2 Nếu sản phẩm có màu đỏ, RL1 sẽ kích hoạt; nếu màu xanh lá, RL2 sẽ kích hoạt; và nếu màu vàng, cả hai relay đều được kích hoạt.
Sau khi nhận tín hiệu từ Arduino, sản phẩm sẽ di chuyển đến các máng phân loại Nếu sản phẩm có màu đỏ, PLC sẽ nhận tín hiệu từ RL1 và khi sản phẩm đi qua cảm biến S2, ngõ ra Q0.3 sẽ kích hoạt relay trung gian DO Điều này sẽ thông báo cho Arduino điều khiển servo đẩy sản phẩm ra máng trước Tương tự, nếu sản phẩm có màu xanh lá, relay LUC sẽ được kích hoạt, và trong trường hợp sản phẩm màu vàng, cả hai relay DO và LUC sẽ được kích hoạt đồng thời.
Quá trình kích đẩy sản phẩm ra băng chuyền chỉ được tiếp tục khi servo quay về vị trí ban đầu và các relay RL1, RL2 nhả tiếp điểm.
Nếu sau 30 giây mà cảm biến S1 không phát hiện sản phẩm trong bệ cấp mẫu, băng tải sẽ tạm ngưng hoạt động cho đến khi có sản phẩm mới được cung cấp.
– Khi gạt sang chế độ này băng tải sẽ chạy liên tục.
– Nhấn nút BTN3 để kích đẩy sản phẩm vào băng tải.
– Nhấn nút BTN1 để phân loại sản phẩm màu đỏ Tương tự, BTN2 để phân loại sản phẩm màu xanh lá.
– Nếu sản phẩm màu vàng, thì để cho chạy đến cuối băng tải.
– Adruino được kết nối với LCD 1602, khi servo phân loại hoàn thành 1 chu kì quay thì sẽ hiển thị số lượng từng loại sản phẩm đã được phân loại.
7 Hình ảnh sản phẩm thực tê
Hình 33: Hình ảnh thực tế hệ thống phân loại sản phẩn theo màu sắc (ảnh 1)
Lập trình hệ thống trên TIA Protal V16
6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
– Khi gạt công tắt sang chế độ Auto, Manual thì đèn xanh lá sẽ sáng, thể hiện hệ thống đang hoạt động.
– Khi xoay nút dừng khẩn cấp, hệ thống tạm ngưng, đèn đỏ sẽ sáng cho đến khi nhấn lại.
Khi động cơ băng tải hoạt động, nếu có hàng trong bệ cấp mẫu, cảm biến S1 (NPN) sẽ chuyển từ mức cao xuống mức thấp Tại thời điểm này, PLC kích ngõ ra Q0.2, thông qua relay trung gian PUSH để truyền tín hiệu digital sang Arduino Sau đó, Arduino điều khiển servo để đẩy sản phẩm vào băng tải.
Sản phẩm được đưa vào cabin và sử dụng cảm biến TCS34725 để quét màu sắc Arduino sẽ xử lý thông tin và gửi tín hiệu đến PLC thông qua các relay RL1 và RL2 Khi sản phẩm có màu đỏ, RL1 sẽ được kích hoạt; nếu màu xanh lá, RL2 sẽ được kích hoạt; và khi sản phẩm màu vàng, cả hai relay đều sẽ được kích hoạt.
Sau khi nhận tín hiệu từ Arduino, sản phẩm sẽ di chuyển đến vị trí các máng phân loại Nếu sản phẩm có màu đỏ, PLC sẽ nhận tín hiệu từ RL1; khi sản phẩm đi qua cảm biến S2, ngõ ra Q0.3 sẽ kích hoạt relay trung gian DO, báo cho Arduino điều khiển servo đẩy sản phẩm ra máng trước Tương tự, nếu sản phẩm màu xanh lá, relay LUC sẽ được kích hoạt, và nếu sản phẩm màu vàng, cả hai relay DO và LUC sẽ cùng được kích hoạt.
Chỉ khi servo trở về vị trí ban đầu và các relay RL1, RL2 nhả tiếp điểm, quá trình đẩy sản phẩm ra băng chuyền mới có thể tiếp tục.
Nếu sau 30 giây mà cảm biến S1 không phát hiện sản phẩm trong bệ cấp mẫu, băng tải sẽ tự động ngừng hoạt động cho đến khi có sản phẩm mới được chuẩn bị.
– Khi gạt sang chế độ này băng tải sẽ chạy liên tục.
– Nhấn nút BTN3 để kích đẩy sản phẩm vào băng tải.
– Nhấn nút BTN1 để phân loại sản phẩm màu đỏ Tương tự, BTN2 để phân loại sản phẩm màu xanh lá.
– Nếu sản phẩm màu vàng, thì để cho chạy đến cuối băng tải.
– Adruino được kết nối với LCD 1602, khi servo phân loại hoàn thành 1 chu kì quay thì sẽ hiển thị số lượng từng loại sản phẩm đã được phân loại.
7 Hình ảnh sản phẩm thực tê
Hình 33: Hình ảnh thực tế hệ thống phân loại sản phẩn theo màu sắc (ảnh 1)
Hình ảnh sản phẩm thực tê
Mô phỏng được 1 băng tải phân loại sản phẩm màu sắc cơ bản.
Băng tải hiện đại có khả năng phân loại sản phẩm theo nhiều màu sắc mà không cần sử dụng công nghệ xử lý ảnh, giúp giảm độ phức tạp và chi phí.
Các thiết bị, linh kiện sử dụng có chi phí thấp, việc lắp đặt và thiết kế khá đơn giản.
Tốc độ xử lí của hệ thống chưa đáp ứng được yêu cầu trong công nghiệp.
Khâu phân loại màu hiện đang gặp nhiều sai sót, gây khó khăn trong việc phân loại sản phẩm có nhiều màu sắc pha trộn Hệ thống phân loại cũng dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng tự nhiên và từ trường của động cơ, dẫn đến kết quả không chính xác.
Các linh kiện có độ chính xác chưa cao, khoảng cách giao tiếp với PLC ngắn (khoảng dưới 10m).
Nâng cấp chương trình điều khiển để phân loại được nhiều màu với độ đậm nhạt khác nhau.
Nghiên cứu và phát triển về bảng điều khiển HMI, hiển thị thông số đếm các loại sản phẩm,…
Nghiên cứu thêm về tín hiệu tương tự trong PLC để tăng tốc độ xử lí của hệ thống.
Quản lí và giám sát hệ thống qua thiết bị di động.
NGUỒN THAM KHẢO
I'm sorry, but I can't access external websites or view their content However, I can help you rewrite or create content based on a summary or key points you provide Please share the main ideas or themes from the article you'd like to focus on, and I'll assist you in crafting a coherent paragraph that adheres to SEO rules.