Đề tàithiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và trọng lượng sử dụng plc s7 300

Lời cảm ơnChúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đặng Hồng Hải đã trang bị giúp em những kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết để hoàn thành được đồ án này , giúp cho nhóm chúng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT

NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN 2 Mã: 13322H Học kỳ: 1 – Năm học: 2024 – 2025

Đề tài:Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và trọng lượng sử dụng PLC S7-300

Hoàng Văn Long 91647 ĐTĐ62CL Nhóm trưởngTrịnh Hoàng Tùng Dương 90216 ĐTĐ62CL Thành viên

Cao Huy Trường 90742 ĐTĐ62CL Thành viên

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn: TS.Đặng Hồng Hải

HẢI PHÒNG - 12/2024

Lời cảm ơn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đặng Hồng Hải đã trang bị giúp em những kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết để hoàn thành được đồ án này , giúp cho nhóm chúng em có thể hiểu rõ hơn về PLC và cách

để thiết kế kết nối giữa PLC để Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và trọng lượng sử dụng PLC S7-300 hay biết thêm được nhiều ứng dụng hay mà có thể áp dụng được PLC để có thể chạy mô hình ví dụ như: phần mềm Step 7; phần mềm WinCC Qua đó giúp cho chúng em tiến bộ hơn

và đã có những bước đầu hiểu rõ hơn về các thiết bị điện tử ứng dụng trong thực tế công việc sau này của chúng em Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án

do kiến thức chuyên ngành của em còn hạn chế nên không thể tránh khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy cô bộ môn để đề tài của em thêm hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện (Tất cả các SV)

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Các dạng hệ thống phân loại

1.1.1 Khái niệm………

1.1.2 Ưu điểm của hệ thống phân loại 1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 1.1.4 Các cách phân loại hệ thống 1.1.5 Ứng dụng 1.2 Sơ đồ khối hệ thống

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 Thiết kế phần cứng

2.1.1 Băng tải

2.1.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển

2.1.3 Cảm biến màu sắc TCS3200

2.1.4 Cảm biến trọng lượng loadcell

2.1.5 Cảm biến hồng ngoại E3F DS30C4

2.1.6 Nguồn tổ ong 24V 5A

2.1.7 Bộ khuếch đại tín hiệu điện áp

2.1.8 Mạch động lực khí nén

2.1.9 Sơ đồ mạch động lực

2.1.10 Sơ đồ đấu nối cảm biến hồng ngoại

2.2 Thiết kế chương trình điều khiển

2.2.1 Tín hiệu vào ra PLC

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý đấu nối PLC

2.2.3 Lưu đồ thuật toán cho PLC

2.2.4 Sơ đồ đấu nối cảm biến màu sắc

2.2.5 Sơ đồ đấu nối cảm biến trọng lượng

CHƯƠNG 3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

3.1 Kết quả mô hình chạy trên thực tế

3.2 Nhận xét

KẾT LUẬN

PHỤ LỤC SUMMARY

GROUP WRITING PROJECT………

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện

tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu sản xuất tự đông hóa đó là khâu phân loại nông sản thực phẩm sử dụng bộđiều khiển lập trình PLC S7-300

Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyết địnhchọn đề tài: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và trọng lượng sử dụng PLC S7-300” Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các dự án sau cóthể mở rộng, phát triển nữa

2 Mục đích đề tài

Với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra là tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn về PLCS7-300 và các ứng dụng trong thực tế Từ đó thiết kế và thi công mô hình phân loại sảnphẩm theo màu sắc và trọng lượng Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động của

mô hình

3 Phạm vi nghiên cứu

- Mô hình phân loại quy mô nhỏ

- Phân loại theo 2 màu: Xanh và Đỏ

- Phân loại theo trọng lượng

- Tốc độ phân loại chậm

4 Phương pháp nghiên cứu

Nhóm em vận dụng nghiên cứu phương pháp phân loại làm trên mô hình phân loạibăng tải nhỏ để thiết kế 1 hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và trọng lượng Từ

đó ta có thể áp dụng trực tiếp vào các vấn đề nghiên cứu trong thực tế để hiểu rõ bản chất

và các quy luật của các vấn đề đó

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: đánh giá được tầm hiểu biết về hệ thống phân loại sản phẩm theomàu sắc và trọng lượng Biết được cách vận hành và thực hành 1 số mô hình nhỏ để từ đó

ta có thể áp dụng vận hành các máy móc công nghiệp lớn

Ý nghĩa thực tiễn: hệ thống phân loại được đưa vào nhiều ứng dụng thực tiễn giúpđáp ứng tối đa nhu cầu phân loại và phân phối sản phẩm Áp dụng vào các ngành côngnghiệp sẽ giúp quá trình phân loại hang hoá nhanh chóng, tăng tốc độ xử lí của sản phẩm

Sử dụng hệ thống phân loại tự động thay thế sức lao động con người, loại bỏ các thao tácthủ công, giảm sai sót trong có quá trình phân loại

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Các dạng hệ thống phân loại

1.1.1 Khái niệm

- Là một thành phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất giúp tối ưu hóa quy trìnhsản xuất bằng cách tự động hóa hoàn toàn hệ thống, hoặc bán tự động cùng với côngnghệ tiên tiến, trí tuệ nhân tạo và cảm biến thông minh Hệ thống có khả năng nhận diện,phân loại và sắp xếp sản phẩm một cách hiệu quả, chính xác và giảm thiểu sự can thiệpcủa con người

1.1.2 Ưu điểm của hệ thống phân loại

Việc sử dụng hệ thống phân loại mang lại nhiều ưu điểm quan trọng trong việc quản lý và

xử lý hàng hóa Dưới đây là một số ưu điểm của hệ thống phân loại sản phẩm:

- Hiệu suất cao: Hệ thống phân loại tự động giúp tăng tốc độ xử lý sản phẩm, giảmthời gian và công sức lao động, từ đó cải thiện năng suất và hiệu quả trong quátrình sản xuất và quản lý hàng hóa

- Độ chính xác cao: Sử dụng công nghệ tiên tiến hệ thống phân loại có khả năngphân loại sản phẩm một cách chính xác và đáng tin cậy dựa trên các lập trình, quyđịnh sẵn, giảm thiểu sai sót trong quá trình phân loại, đảm bảo chất lượng sảnphẩm cuối cùng

- Tự động hóa, tối ưu quy trình: Việc tự động hóa quá trình phân loại giúp giảmthiểu tác động tiềm tàng của con người lên sản phẩm và giảm nguy cơ tai nạn laođộng.- dễ dàng cài đặt

- Sử dụng linh hoạt: Có khả năng xử lý nhiều loại sản phẩm và thích ứng với sựbiến động của quy trình sản xuất mà không cần sự can thiệp thủ công

- Tiết kiệm chi phí lao động: Tích hợp hệ thống phân loại vào quy trình sản xuất vàquản lý hàng hóa giúp giảm thiểu sự tốn kém về nhân công, tăng hiệu quả làmviệc và giảm thiểu lãng phí trong quá trình xử lý hàng hóa

- Đa dạng trong phân loại: Hệ thống có thể phân loại sản phẩm dựa trên nhiều tiêuchí khác nhau như kích thước, trọng lượng, màu sắc, hình dạng và thông tin khác.Giúp đáp ứng nhu cầu phân loại linh hoạt và đa dạng cho nhiều ngành côngnghiệp

1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a) Cấu tạo cơ bản

Mỗi một hệ thống phân loại sản phẩm sẽ có cấu trúc, cơ cấu khác nhau dựa trên nhu cầu,công nghệ và ứng dụng của từng loại phân loại được thiết kế phù hợp Dưới đây là cấutrúc hệ thống phân loại cơ bản:

Cấu tạo cơ bản: Băng tải – bộ truyền đai/ xích – pít tông/ van khí nén – cảm biến – động

cơ – cụm cấp sản phẩm phân loại

* Băng tải:

- Băng tải là một sản phẩm dùng để vận chuyển sản phẩm từ vị trí này sang vị trí khác Làmột bộ phận quan trọng trong hệ thống phân loại để vận chuyển, đưa sản phẩm cần phânloại đến vị trí cần thiết

* Bộ truyền xích:

- Bộ truyền động xích gồm nhiều bộ phận truyền động được liên kết với nhau tạo thànhmột hệ thống truyền động bao gồm: dây xích truyền động và bánh nhông dùng để truyềnchuyển động từ các động cơ: motor, hộp giảm tốc, có thể được truyền trực tiếp hoặc giántiếp lên băng tải

* Pít tông khí nén và van khí nén

 Pít tông khí nén là một bộ phận bên trong của xi lanh khí nén, là một thiết bị được

sử dụng để kiểm soát lưu lượng khí nén trong hệ thống Thiết bị này giúp điềuchỉnh áp suất và lưu lượng khí nén theo yêu cầu, đảm bảo hoạt động ổn định vàhiệu quả của hệ thống khí nén.7

 Van khí nén: Van khí nén là một loại van được sử dụng trong hệ thống khí nén đểkiểm soát luồng khí nén Van khí nén có thể được sử dụng để mở hoặc đóng luồngkhí, điều chỉnh áp suất, hoặc chuyển đổi hướng luồng khí trong hệ thống

1.1.4 Các cách phân loại hệ thống

* Theo mức độ quan hệ và tương tác với môi trường

-         Hệ thống đóng: hệ thống đóng không có tương tác với môi trường, hay hệ thống

xung quanh nó Hệ thống này chỉ có trong lý thuyết, vì trên thực tế, các hệ thống đều tácđộng qua lại với môi trường theo nhiều kiểu khác nhau

-         Hệ thống đóng có quan hệ: hệ thống có tương tác với môi trường, có nơi giao tiếp

với bên ngoài và hệ thống có sự kiểm soát ảnh hưởng của môi trường tới quá trình xử lýcủa mình

-         Hệ thống mở: hệ thống chịu sự tác động của môi trường nhưng không kiểm soát

tác động này

 - Hệ thống kiểm soát phản hồi: hệ thống chịu sự ảnh hưởng của môi trường ngoài, có

kiểm soát được tác động này và chỉ thay đổi hoạt động của mình khi cần thiết

* Theo phân cấp của các phần tử thuộc hệ thống:

-         Hệ thống cha: là hệ thống được cấu thành bởi các phần tử là các hệ thống nhỏ hơn,

gọi là hệ thống con

-         Hệ thống con: một hệ thống con cũng có đầy đủ đặc điểm của một hệ thống Hệ

thống con có phương thức hoạt động khác nhau, có thể mục tiêu cũng khác nhau nhưngđều vận động để đạt được mục tiêu chung của hệ thống cha

Theo mức độ biến đổi theo thời gian:

-         Hệ thống động

-         Hệ thống tĩnh

Theo khả năng định hướng đến mục tiêu cho trước:

-         Hệ thống điều khiển được

-         Hệ thống không điều khiển được

Theo mức độ phản ứng với tác động của môi trường:

-         Hệ thống không tự điều chỉnh

1.1.5 Ứng dụng

Ứng dụng thực tiễn của hệ thống phân loại sản phẩm

 Ngành sản xuất: Tự động phân loại linh kiện, sản phẩm hoặc thành phẩm theo

các tiêu chí như kích thước, hình dạng, trọng lượng và màu sắc, nâng cao năngsuất và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp sản xuất

 Quản lý kho và Logistics: Tự động phân loại, định vị và đánh giá hàng hóa trong

quá trình quản lý kho và logistics, giảm thời gian xử lý, tăng độ chính xác và giảmrủi ro lỗi

 Ngành thực phẩm và nông nghiệp: Phân loại rau củ quả, sản phẩm thực phẩm,

hạt giống và thức ăn chăn nuôi, cải thiện hiệu quả chế biến và đáp ứng nhu cầu thịtrường đa dạng

 Bưu chính và vận chuyển: Phân loại thư, bưu phẩm và kiện hàng dựa trên kích

thước, trọng lượng và điểm đến, cải thiện hiệu quả giao hàng và quản lý bưu cục

 Ngành dược phẩm: Phân loại viên thuốc, chai lọ hoặc hộp dược phẩm theo quy

trình sản xuất và đóng gói, đảm bảo chất lượng và tính chính xác

 Ngành tái chế và tái sử dụng: Phân loại và tách các loại vật liệu như nhựa, giấy,

kim loại, nhôm trong quá trình tái chế và tái sử dụng, giúp giảm lãng phí và tái sửdụng nguyên liệu

 Các sản phẩm từ 200g-500g được coi là đạt và được đưa vào băng truyền

 Các sản phẩm từ 100g-200g được coi là không đạt

 Các sản phẩm trên 500g sẽ coi là quá tải trọng

- Sau khi đã phân loại được sản phẩm theo trọng lượng, sản phẩm đạt sẽ tiếp tụcđược phân loại theo màu sắc

- Cảm biến màu sắc đọc được tất cả các màu, ở đây chúng em thực hiện phân loạitheo 3 màu là đỏ vàng và xanh dương

- Cảm biến màu sắc sẽ liên tục đọc màu và so sánh với thông số các màu đỏ vàng,xanh dương đã được lưu trữ sãn

- Khi phát hiện được các màu đỏ, vàng, xanh thì sẽ gửi tín hiệu về cho thiết bị điềukhiển xử lý phân loại.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 Thiết kế phần cứng

2.1.1 Băng tải

a) Khái quát về băng tải

Băng tải còn gọi là băng chuyền, là thiết bị giúp truyền tải hàng hóa, sản phẩm,nguyên vật liệu, từ nơi này đến nơi khác một cách nhanh chóng và chính xác Trongcông nghiệp hiện đại, băng tải được sử dụng rất phổ biến Băng tải các loại đặc biệt hữuích khi cần vận chuyển lượng lớn hàng hóa hoặc hàng hóa nặng, cồng kềnh

Các loại băng chuyền trên thị trường hiện nay rất đa dạng từ vật liệu chế tạo, thiết

kế, chủng loại lẫn ứng dụng Nhìn chung băng tải công nghiệp đều được sản xuất đápứng điều kiện làm việc liên tục, môi trường khắc nghiệt cùng khối lượng công việc lớn.b) Các loại băng tải phổ biến hiện nay

+) Băng tải xích

Đây là băng tải được ưa chuộng nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm Băng tảixích có thể chế tạo từ nhiều chất liệu và nhiều kích thước khác nhau Băng tải này có hiệusuất làm việc cao, và tuổi thọ cao Hơn nữa, loại băng tải này ghi điểm với khả năng làmviệc trong môi trường khắc nghiệt Chính vì vậy việc truyền tải lương thực phẩm sẽ đảmbảo an toàn vệ sinh cho sản phẩm hơn Băng tải xích còn được sử dụng trong nhiều ngànhnhư ô tô, dược phẩm, mỹ phẩm, Những ngành đòi hỏi băng tải có khả năng chịu nhiệt và

độ bền tốt

+) Băng tải Belt

Đây là loại băng tải sử dụng phổ biến trong hầu hết các ngành công nghiệp Hoạtđộng dựa vào động cơ của hộp số Băng tải Belt có bề mặt phẳng, diện tích truyền tải lớn,

có khả năng chịu mài mòn và nhiệt độ cao Nên có thể tải được đa dạng sản phẩm hànghóa với những kích thước khác nhau Hơn nữa tính linh hoạt cao, dễ lắp đặt và tìm kiếmphụ tùng thay thế

Băng tải này có 2 cách chuyển động phổ biến:

- Dựa trên sự căng dây: do sự kết hợp chặt chẽ giữa dây đai và Pully

- Dựa trên sự ăn khớp: dây Belt băng tải và khớp của Pully ăn liền với nhau

+) Băng tải con lăn

Băng tải con lăn được sử dụng ở hầu hết các ngành công nghiệp Băng tải này cókhả năng chịu lực và chịu tải lớn Hầu hết là được dùng để vận chuyển các loại hàng hóanặng và có mặt đáy cứng Băng tải con lăn còn có thể kết nối với động cơ truyền động.Tùy vào nhu cầu mà băng tải con lăn có thể làm từ những vật liệu và kích thước khácnhau Băng tải con lăn bao gồm 4 loại:

- Băng tải con lăn nhựa

- Băng tải con lăn truyền động cơ bằng motor

- Băng tải con lăn thép mạ kẽm

- Băng tải con lăn Inox

+) Băng tải PVC

- Lõi được làm từ vải sợi tổng hơn, lớp phủ bên ngoài được làm từ PolyvinylClorua, có tính đàn hồi và độ bền cao Lớp phủ PVC còn chống tĩnh điện, chốngdầu, chống cháy,…

- Thiết kế đơn giản, dễ bảo dưỡng cùng tính linh hoạt cao nên dễ sử dụng Hơn nữagiá thành lại rất tốt nên sử dụng băng tải PVC sẽ là một sự lựa chọn cho lợi nhuận+) Băng tải cao su

- Băng tải cao su cũng là một loại băng tải phổ biến hiện nay bởi vì nó có thể hoạtđộng tốt trong các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khác nhau Các loại băng tải cao suđều có tính chịu mài mòn, chịu hóa chất cao Chịu được va đập lớn, các lớp khótách rời Sức chịu tốt nên băng tải cao su ít bị oxi hóa

- Với đề tài của đồ án là phân lọai sản phẩm với các sản phẩm có khối lượng nhỏ,sản phẩm không cần đưa nên cáo hay chuyển hướng Vì vậy mà ta nên chọn băngtải PVC là loại băng tải phổ biến trong nghàng công nghiệp nhẹ Băng tải PVC kếtcấu đơn giản gồm các khung nhôm định hình và dây belt PVC, động cơ.

- Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston

- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều

- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền

- Điện áp cung cấp: Điện áp một chiều 24VDC

2.1.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển

a) Điều khiển bằng vi điều khiển

Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sử dụng đểđiều khiển các thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi

xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trongmáy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào/ra, các module biếnđổi số sang tương tự và tương tự sang số,…

Vi điều khiển thường được sử dụng để xây dựng các hệ thống nhúng Nó cũng được sửdụng trong các thiết bị điện, điện tử như máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD,thiết bị đa phương tiện hay dây chuyền sản xuất tự động,…

Ưu điểm

- Tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích thước của hệthống

- Việc sử dụng vi điều khiển rất đơn giản, dễ khắc phục sự cố và bảo trì hệ thống

- Dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I/O

- Cần ít thời gian để thực hiện các hoạt động

Nhược điểm

- Vi điều khiển có kiến trúc phức tạp hơn so với vi xử lý

- Chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi giới hạn

- Chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị vi mô

- Không thể trực tiếp giao tiếp các thiết bị công suất cao