TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Gi ớ i thi ệu đề tài
Ngành công nghiệp hiện nay đang phát triển mạnh mẽ, với việc các công ty áp dụng tự động hóa vào sản xuất để quản lý dây chuyền và sản phẩm một cách hợp lý Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giúp quản lý dễ dàng hơn Để đáp ứng nhu cầu này, nhóm chúng tôi đã 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, hệ thống sử dụng vitme tƣợng trƣng cho xe chở hàng nhằm phân loại các sản phẩm có màu sắc khác nhau và chuyển đến các kho hàng đã được chỉ định trước.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể nhƣ:
Giảm bớt sức lao động và tránh sự nhàm chán trong công việc không chỉ cải thiện điều kiện làm việc mà còn giúp con người tiếp cận với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, tạo ra một môi trường làm việc 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 đơn giản hơn nhờ vào khả năng điều chỉnh điều kiện làm việc của công nhân, đồng thời giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết đến mức tối đa.
M ục đích của đề tài
Mục tiêu của 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.
Các thông số mô hình như vị trí kho hàng, tốc độ xe phân loại có thể được điều chỉnh dễ dàng theo nhu cầu và hiển thị trực tiếp trên màn hình HMI.
Phươ ng pháp th ự c hi ện 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 nhà máy xí nghiệp hiện nay sở hữu các hệ thống hoàn thiện về cả chất lượng lẫn thẩm mỹ Tuy nhiên, trong khuôn khổ đồ án môn học, đề tài này sẽ chỉ tập trung 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
B ộ điề u khi ể n
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- 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 vềđo 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 để điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ bước hoặc bộ lái servo.
+ Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độđộng cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…
+ 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông sốđiểu 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 hoạt động như một máy tính nhỏ, cho phép lập trình và 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 cho đến các điều khiển đơn giản như đèn và động cơ.
Hệ thống đảm nhận chức năng nhận và phân tích tín hiệu từ cảm biến màu, giúp nhận biết màu sắc của sản phẩm Sau đó, tín hiệu này được xuất ra đến module relay để thực hiện các tác vụ tiếp theo.
- 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 6 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 biết màu sắc của sản phẩm bằng cách đo độ phản xạ từ ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá và xanh dương, sau đó truyền tín hiệu về Arduino.
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 chếđộfull bước, nửa bước và vi bước
+ Phương pháp điều kiển đơn giản, chọn dòng ra từ 0.3A đến 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 sốmorto 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.
+ Với thiết kế2 chân điều khiển 1 chức năng nhƣ thế này, modul TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1
+ Ví dụ khi nối các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC thì ta sẽđƣa tín hiệu điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-
- Khối thiết lập chế độ:
+ Gồm các switch cho phép người dùng thiết lập các chếđộ tùy chọn như:
Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bước
+ Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động cửđộng cơ bước
+ Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ
Hình 2 6 Sơ đồđấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A
Bước Góc 1.8 o 5% Điện Trở 500VDC/100MΩ/Min
Bền điện môi 50Hz/minute | 500V/Min
Moment xoắn tĩnh tối đa 2,5 (Kg.cm)
Kích thước trục 34 mm Đường kính trục 12,7/14 mm (tùy chọn) với rãnh then
Dây Dây màu đỏ -A, Dây màu vàng –B
Dây màu xanh lá cây –C, Dây màu xanh dương -D
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 t ổ ng th ể
Hình 3 1 Mô hình tổng thể
Thi ế t k ế và thi công mô hình
STT Tên thiết bị Hình ảnh
Bảng 3 1 Các thiết bị sử dụng trong đồ án
Sơ đồ t ổ ng th ể và sơ đồ đấ u dây
a Sơ đồ khối tổng thể
Khối xử lý tín hiệu màu Động cơ bước Đèn báo kho Đèn báo phân loại màu
Trang 15 b Sơ đồ nối dây tổng thể
Trang 16 c Sơ đồđấu dây PLC d Sơ đồđấu driver và động cơ bước:
Trang 17 e Sơ đồđấu dây Khối xử lý tín hiệu màu:
Gi ả i thu ật điề u khi ển và chương trình
a Lưu đồđiều 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
Cảm biến nhận biết hàng màu vàng
Cảm biến nhận biết hàng màu đỏ Đến vị trí kho hàng màu vàng Đến vị trí kho hàng màu xanh Đến vị trí kho hàng màu đỏ
Hoàn thành chuyển hàng vào kho
Trang 19 b Các biến khai báo
Các biến đƣợc khai báo trong IOTags:
Các biến đƣợc khai báo trong Data_block:
Trang 20 Chương trình hệ thống
Thiết kế giao diện HMI