BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS Hoàng Nguyên Phước Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đức Minh Tâm 1711020460 17DDCB1 Lương Ngọc Hưng 1711020465 17DDCB1 Lương Đức Huy 1711020440 17DDCB1 BM01/QT05/ĐT-KT VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: ………………………… (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm……): (1) MSSV: ………………… Lớp: Điện thoại: Email: (2) MSSV: ………………… Lớp: Điện thoại: Email: (3) MSSV: ………………… Lớp: Điện thoại: Email: Ngành : Chuyên ngành: : Tên đề tài đăng ký: Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) ……… Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.2 Đối tượng nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết đạt đề tài 1.7 Kết cấu đề tài: Gồm chương .3 CHƯƠNG : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan dây chuyền phân loại sản phẩm .4 2.2 Hệ thống phân loại GeoSort .7 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Đề xuất phương án .8 3.2 Lựa chọn phương án thiết kế 3.2.1 Cảm biến màu sắc TCS3200 3.2.2 PLC S7-1200 3.2.3 Arduino UNO R3 .10 CHƯƠNG : QUY TRÌNH THIẾT KẾ 11 4.1 Mục tiêu .11 4.2 Giới thiệu mơ hình .11 4.3 Phương án điều khiển 12 4.4 Giới thiệu linh kiện 13 4.4.1 Nguồn adapter 24V 10A 13 4.4.2 Động giảm tốc JGB37-520 DC 13 4.4.3 Cảm biến hồng ngoại .14 4.4.4 Cảm biến màu sắc TCS3200 16 4.4.5 Arduino UNO R3 .19 4.4.6 PLC Siemens S7 – 1200 CPU – 1212C 21 4.4.7 Xilanh khí nén 26 4.5 Tính toán thiết kế 28 4.5.1 Thiết kế phần cứng 28 4.5.2 Lưu đồ giải thuật 38 4.5.3 Mạng truyền thông Modbus .39 4.5.4 Sơ đồ tổng thể nguyên lí hoạt động .40 4.5.5 Thiết kế mơ hình 41 4.5.6 Thiết kế khí 42 4.6 Giới thiệu cơng cụ lập trình 43 4.6.1 Arduino IDE .43 4.6.2 Tia Portal V15.1 .48 CHƯƠNG : THI CƠNG MƠ HÌNH .61 5.1 thi cơng mơ hình 61 5.1.1 Bản vẽ tổng thể 61 5.1.2 Thiết bị thi cơng mơ hình: 62 5.2 Mô WinCC 64 5.3 Mô FACTORY I/O 68 CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN 69 6.1 Ưu điểm khuyết điểm giải pháp; .69 6.2 Đánh giá .69 6.3 Hướng phát triển cho tương lai 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC PHẦN MỀM 72 MỤC LỤC HÌNH Ả Y Hình 2.1: Dây chuyển phân loại sản phẩm Hình 2.2: Phun phủ hổn hợp cho trái .5 Hình 2.3: Hệ thống phân loại GeoSort Hình 3.1: Cảm biến TCS3200 Hình 3.2: PLC S7-1200 .9 Hình 3.3: Arduino UNO R3 .10 Hình 4.1: Mơ hình tổng thể 12 Hình 4.2: Nguồn adapter 24V 10A 13 Hình 4.3: Đơng giảm tốc JGB37 – 520 DC 14 Hình 4.4: Cảm biến hồng ngoại 15 Hình 4.5: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 15 Hình 4.6: Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 16 Hình 4.7: Cấu tạo cảm biến màu sắc TCS3200 17 Hình 4.8: Cảm biến màu sắc TCS3200 17 Hình 4.9: Arduino UNO R3 .19 Hình 4.10: PLC Siemens S7 – 1200 22 Hình 4.11: Bảng tín hiệu PLC S7 – 1200 24 Hình 4.12: Module tín hiệu 25 Hình 4.13: Module truyền thông PLC S7 – 1200 25 Hình 4.14: Cấu tạo xilanh khí nén .26 Hình 4.15: Xilanh 27 Hình 4.16: Van điện từ .27 Hình 4.17: Van điện từ 5/2 27 Hình 4.18: Sơ đồ khối tổng thể 28 Hình 4.19: Sơ đồ kết nối TCS3200 với Arduino 29 Hình 4.20: Sơ đồ kết nối 30 Hình 4.21: PLC S7 – 1200 CPU 1212C .31 Hình 4.22: Sơ đồ đấu dây khối trung tâm 31 Hình 4.23: Sơ đồ khối nguồn .32 Hình 4.24: Bộ nguồn 24V DC 32 Hình 4.25: Ngun lí nguồn chiều .32 Hình 4.26: Băng tải 34 Hình 4.27: Động giảm tốc JGB37-520 DC để kéo băng tải 34 Hình 4.28: Cấu trúc hệ thống khí nén 36 Hình 4.29: Hệ thống điện – khí nén 37 Hình 4.30: Sơ đồ đấu dây xilanh 37 Hình 4.31: Lưu đồ giải thuật 38 Hình 4.32: Sơ đồ tổng thể mơ hình 40 Hình 4.33: Sơ đồ đấu dây PLC 41 Hình 4.34: Sơ đồ đấu dây Arduino 41 Hình 4.35: Hệ thống băng tải .42 Hình 4.36: Hệ thống xử lí màu sắc 42 Hình 4.37: Tủ điện .43 Hình 4.38: Giao diện Arduino IDE 44 Hình 4.39: Vùng lệnh 45 Hình 4.40: Vùng viết chương trình 45 Hình 4.41: Vùng thơng báo 46 Hình 4.42: Cài đặt thư viện bổ sung cho Arduino IDE 46 Hình 4.43: Thư viện bổ sung .47 Hình 4.44: Nhấn Install để cài đặt 47 Hình 4.45: Cài đặt hoàn tất 48 Hình 4.46: Phần mềm TIA Portal .48 Hình 4.47: Biểu tượng phần mềm Tia Portal .49 Hình 4.48: Màn hình phần mềm Tia Portal 50 Hình 4.49: Tạo dự án Tia Portal 50 Hình 4.50: Chọn Configure a device 51 Hình 4.51: Chọn add new device .51 Hình 4.52: Chọn loại CPU PLC 52 Hình 4.53: Loại CPU PLC chọn 52 Hình 4.54: Bảng định địa .53 Hình 4.55: Tạo bảng tag .54 Hình 4.56: Tìm thay PLC 54 Hình 4.57: Biểu tượng download chương trình CPU 55 Hình 4.58: Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface PG/PC interface .56 Hình 4.59Chọn start all hình nhấn finish 56 Hình 4.60: Giám sát chương trình hình cách 57 Hình 4.61: Giám sát chương trình hình cách 57 Hình 4.62: Màn hình giám sát 57 Hình 4.63: Cấu trúc lập trình .58 Hình 5.1: Bản vẽ tổng thể băng tải 61 Hình 5.2: Bản vẽ tủ điện 61 Hình 5.3: Nguồn adapter 24V 10A 62 Hình 5.4: Động giảm tốc .62 Hình 5.5: Cảm biến hồng ngoại 62 Hình 5.6: Cảm biến màu sắc TCS3200 63 Hình 5.7: Arduino UNO R3 .63 Hình 5.8: PLC S7 – 1200 CPU 1212C .63 Hình 5.9: Xilanh khí nén 64 Hình 5.10: Van điện từ .64 Hình 5.11: Giao diện WinCC .64 Hình 5.12: Các hình WinCC .65 Hình 5.13: Thanh công cụ WinCC 65 Hình 5.14: Tab Properties 66 Hình 5.15: Tab Animation 66 Hình 5.16: Tab Event 67 Hình 5.17: Mơ WinCC .67 Hình 5.18: Mô Factory I/O 68 Hình 5.19: Mã QR mơ 68 Hình 5.6: Cảm biến màu sắc TCS3200 - Arduino UNO R3 Hình 5.7: Arduino UNO R3 - PLC S7 – 1200 CPU 1212C Hình 5.8: PLC S7 – 1200 CPU 1212C - Xilanh khí nén 65 Hình 5.9: Xilanh khí nén - Van điện từ Hình 5.10: Van điện từ 5.2 MÔ PHỎNG WINCC - Project tree � PC-System_1 [SIMATIC PC station] � HMI_RT_1 [WinCC RT Advanced] � Screens � Add new screen thêm hình Hình diện - 5.11: Giao WinCC Thiết kế vẽ hình: hình chính, hình điều khiển mà hình giới thiệu, 66 Hình 5.12: Các hình WinCC - Toolbox có dụng cụ mơ  Basic Objects: Vẽ đèn báo, viết chử, vẽ hình, …  Elements: Chọn nút nhấn, loại đồng hồ, …  Controls: Dùng điều khiển giám sát, xuất file PDF, …  Graphics: Chọn thiết bị cảm biến, motor, băng tải, … Hình 5.13: Thanh cơng cụ WinCC 67 - Properties � Appearance chỉnh vẽ thiết bị Properties � Layout chỉnh vị trí kích thước thiết bị Hình 5.14: Tab Properties - Animation � Tag connection � Add new animation � Process value gán - biến có giá trị liệu Animation � Display � Appearance gán biến IP OP Animation � Movements � Horizontal move tạo hiệu ứng chuyển động Hình 5.15: Tab Animation 68 - Event � Press � Setbit gán giá trị nhấn Event � Release � Resetbit gán giá trị nhả Hình 5.16: Tab Event - Sau thiết kế tụi em cho mơ WinCC sau: Hình 5.17: Mơ WinCC 69 5.3 MƠ PHỎNG TRÊN FACTORY I/O Hình 5.18: Mơ Factory I/O 5.4 MÃ QR VIDEO MÔ PHỎNG MÔ HÌNH Để xem video mơ xin mời q thầy (cơ) qt mã QR đây: Hình 5.19: Mã QR mô 70 CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN 6.1 ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA GIẢI PHÁP; Với đề tài “Thiết kế thi công mơ hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC hình HMI” Sau tháng làm đồ án dựa vào kiến thức học trường lớp, tài liệu hướng dẫn tận tình thầy Hồng Ngun Phước đồ án nhóm thành cơng tốt đẹp Sau hồn thành chạy mơ mơ hình nhóm thấy máy có ưu nhược điểm sau: - Ưu điểm: + Rất cần thiết nhà máy hộ kinh doang vừa nhỏ, giúp cho + + từ giảm nhiều chi phí cho giá thành xây dựng mơ hình Nhược điểm: + Do mơ hình mơ nên khả trực quan sinh động - + + + 6.2 công việc tự động hóa sản xuất dễ dàng Mơ hình tương đối đơn giản Khơng tốn nhiều khơng gian, mơ hình nhỏ gọn - Sử dụng thiết bị trình vận hành mơ hình cịn Không thể hết hoạt động thực tế hệ thống Sử dụng Arduino để điều khiển nên tính ứng dụng thực tế chưa cao Độ trễ xử lý vật hạn chế ĐÁNH GIÁ - Những đạt được:  Áp dụng kiến thức tích lũy q trình học vào việc xây dựng hệ thống  Sử dụng thành thạo phần mềm ứng dụng liên quan như: CAD, - 6.3 TiaV15, …  Hoàn thiện chạy hệ thống mức ổn định Những thiếu sót chưa hồn thành được:  Mơ hình hồn thiện cịn hạn chế việc phân loại tốc độ cao  Vẫn có vài lỗi khả nhận diện màu liên tục  Khả đọc hiểu tài liệu, datasheet Tiếng anh hạn chế HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO TƯƠNG LAI Bản thân đề tài rộng, đâu cơng nghiệp chế biến thay sản xuất xuất tự động hóa dây chuyền sản xuất có việc phân loại sản phẩm, 71 thay việc dùng pittong đẩy cánh tay Robot gắp nhả sản phẩm, hay dùng tay gạt sản phẩm Sử dụng Camera Vision thay cho cảm biến màu sắc nhằm tăng khả nhận diện Kết hợp với công nghệ quét mã barcode để phân loại thuận tiện việc quản lý theo dõi việc xuất nhập hàng hóa Với khả phát triển đề tài sử dụng ngành sản xuất công nghiệp nông sản, ngành công nghiệp nhẹ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách: [1] TS Nguyễn Hữu Lộc NXB: Đai Học Quốc Gia TP.HCM (2015), giáo trình sở thiết kế máy [2] Giáo trình Vi xử lý – Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh [3] S7-1200 Programmable controller - System Manual – SIEMENS Tài liệu Internet: [1] http://arduino.vn/ [2]https://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/43368/SHARP/PC817.html [3]http://hshop.vn/products/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e18-d80nk-4 [4]http://hshop.vn/products/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e3f-ds30c4-4 [5]http://linhkienvn.com/cam-bien-khoang-cach-e3fds30c4-530cmp583814.html [6]http://techport.vn/44/hoi-cho-giong-va-nong-nghiep-cnc-2019-giai-phapphan-loai-rau-cu-qua-sau-thu-hoach-80876.html 73 PHỤ LỤC PHẦN MỀM  CHƯƠNG TRÌNH PLC 74 75  CODE ARDUINO #include #include #include "MgsModbus.h" #define CBHN #define S1 #define S0 #define S3 #define S2 #define sensorOut int redFrequency = 0; int greenFrequency = 0; int blueFrequency = 0; MgsModbus Mb; int inByte = 0; // incoming serial byte // Ethernet settings (depending on MAC and Local network) byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0x94, 0xB5 }; IPAddress ip(192, 168, 0, 120); // dia chi ip module ethernet , phải chuỗi số đầu với router wifi ( 192.168.0.1) IPAddress gateway(192, 168, 0, 2); // dia chi ip cua plc s7-1200 , phải chuỗi số đầu với router wifi ( 192.168.0.1) IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); void setup() { Serial.begin(9600); 76 pinMode(S0, OUTPUT); pinMode(S1, OUTPUT); pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(S3, OUTPUT); pinMode(sensorOut, INPUT); pinMode(CBHN, INPUT); digitalWrite(S0, HIGH); digitalWrite(S1, LOW); Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet); // start etehrnet interface // slave address //Mb.remSlaveIP = (192, 168, 0, 10); // Mb.SetBit(0,false); Mb.MbData[0] = 0; Mb.MbData[1] = 0; Mb.MbData[2] = 0; Mb.MbData[3] = 0; Mb.MbData[4] = 0; Mb.MbData[5] = 0; Mb.MbData[6] = 0; Mb.MbData[7] = 0; Mb.MbData[8] = 0; Mb.MbData[9] = 0; Mb.MbData[10] = 0; Mb.MbData[11] = 0; } void loop() { Mb.MbData[0] = 5; if (digitalRead(CBHN) == 0) { 77 Serial.println("cbhn"); for (int i = 0; i < 3; i++) READ_CBM(); if (redFrequency < greenFrequency && redFrequency < blueFrequency && redFrequency < 100) { Serial.println ("Red"); Mb.MbData[0] = 1; // GUI GIA TRI LEN PLC } if (redFrequency > 100 && greenFrequency < blueFrequency) { Serial.println ("Green"); Mb.MbData[0] = 2; } if (blueFrequency < greenFrequency && blueFrequency < redFrequency) { Serial.println ("Blue"); Mb.MbData[0] = 3; } Mb.MbsRun(); //Mb.MbmRun(); } Mb.MbsRun(); } /////////////////////////// void READ_CBM() { digitalWrite(S2, LOW); digitalWrite(S3, LOW); redFrequency = pulseIn(sensorOut, LOW); Serial.print("R = "); Serial.print(redFrequency); delay(100); 78 digitalWrite(S2, HIGH); digitalWrite(S3, HIGH); greenFrequency = pulseIn(sensorOut, LOW); Serial.print(" G = "); Serial.print(greenFrequency); delay(100); digitalWrite(S2, LOW); digitalWrite(S3, HIGH); blueFrequency = pulseIn(sensorOut, LOW); Serial.print(" B = "); Serial.println(blueFrequency); delay(100); } 79 ... tương phản, … - Giá thành cao - Phù hợp với nhà máy, doanh nghiệp lớn Cảm biến màu sắc - Nhỏ gọn, giá thành rẻ - Xử lý tín hiệu hệ màu RGB - Khả xử lý màu lúc không cao - Khơng có tính kiểm tra độ... án: - Sử dụng Camera công nghiệp Sử dụng Cảm biến màu sắc Ưu điểm Khuyết điểm 3.2 Camera công nghiệp - Khả nhận diện xử lý nhiều màu sắc - Có nhiều tính như: Giãm nhiễu, tăng độ tương phản, … -. .. tiếp với vi điều khiển  Chức chân: - S0, S1: Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu - S2, S3: Đầu vào chọn kiểu photodiode - OE: Đầu vào cho phép xuất tần số chân OUT - OUT: Đầu tần số thay đổi phụ thuộc