1.1. Đặt vấn đề Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ,…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Bên cạnh đó còn kết hợp sử dụng màn hình HMI để giúp có thể vận hành, kiểm soát, giám sát một thiết bị hay là cả một dây chuyền sản xuất một cách vô cùng dễ dàng điển hình là trong dây chuyền sản xuất và phân loại sản phẩm là một trong các dây chuyển mà ứng dụng PLC và HMI hiệu quả nhất giúp giảm thiếu lao động và giảm thời gian sử dụng một cách hiệu quả. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, dán nhãn, đóng bao bì mà còn sử dụng nhân công chính vì vậy mà nhiều khi cho ra năng xuất chưa được hiệu quả. Nên nhóm chúng em đã quyết định “Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc” vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đói chính xác và nó thật sự ý nghĩa đối chúng em, góp phần góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh mẽ hơn, để xứng tầm vs sự phát triển của thế giới. 1.2. Mục tiêu đề tài Thiết kế được mô hình hệ thống phân loại sản phẩm. Sử dụng thành thạo phầm mềm WECON PLC Editor và chương trình LEVIStudioU và kết nối, đấu dây PLC LX3V, HMI LEVI 700EL. Viết chương trình điều khiển và vận hành hệ thống phân loại sản phẩm. 1.3. Đối tượng và phạm vi đề tài Đối tượng: Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc. Phạm vi: Thiết kế và điều khiển được mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc. 1.4. Phương pháp thực hiện đề tài Thu thập, tổng hợp tài liệu qua internet, báo chí, truyền thông, được thầy cô trong bộ môn, khoa hướng dẫn và hiểu biết của bản thân. Chọn lọc, xử lí thông tin. Thiết kế mô hình thực tế. Thực nghiệm và cân chỉnh hệ thống. Viết báo cáo. 1.5. Ý nghĩa đề tài Bước đầu ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế trước khi ra trường. Ứng dụng những tiến bộ khoa học kĩ thuật vào trong sản xuất giúp nâng cao giá trị sản phẩm giảm giá thành sản xuất tạo nhiều lợi nhuận góp phần vào phát triển kinh tế của đất nước. 1.6. Tóm tắt Nội dung gồm 5 chương: • Chương 1: Tổng quan. • Chương 2: Cơ sở lý thuyết. • Chương 3: Nghiên cứu phần mềm ứng dụng để lập trình điều khiển. • Chương 4: Thiết kế mô hinh phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc. • Chương 5: Kết luận.
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, nhu cầu ứng dụng tự động hóa trong sản xuất và sinh hoạt ngày càng gia tăng, đòi hỏi các hệ thống điều khiển tự động phải linh hoạt, tiện lợi và gọn nhẹ Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và điện tử đã dẫn đến sự ra đời của thiết bị điều khiển khả trình PLC Việc áp dụng công nghệ lập trình PLC giúp các công ty sản xuất thực hiện công việc một cách khoa học, từ đó tăng cường năng suất, tiết kiệm chi phí và đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường.
Dây chuyền sản xuất tự động PLC giúp giảm sức lao động của công nhân đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất, đáp ứng nhanh chóng nhu cầu của xã hội Việc tích hợp màn hình HMI cho phép vận hành, kiểm soát và giám sát thiết bị hoặc toàn bộ dây chuyền sản xuất một cách dễ dàng Đặc biệt, trong quy trình sản xuất và phân loại sản phẩm, ứng dụng PLC và HMI đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu lao động và tối ưu hóa thời gian sử dụng.
Đối với doanh nghiệp vừa và nhỏ, việc tự động hóa trong quy trình phân loại, dán nhãn và đóng bao bì vẫn chưa được áp dụng hoàn toàn, dẫn đến năng suất chưa đạt hiệu quả tối ưu Nhận thấy điều này, nhóm chúng tôi đã quyết định thiết kế mô hình phân loại sản phẩm dựa trên vật liệu và màu sắc Mô hình này không chỉ gần gũi với thực tế mà còn đáp ứng yêu cầu về kích thước chính xác của nhiều sản phẩm, từ đó góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội, giúp doanh nghiệp bắt kịp với sự tiến bộ của thế giới.
Mục tiêu đề tài
− Thiết kế được mô hình hệ thống phân loại sản phẩm.
−Sử dụng thành thạo phầm mềm WECON PLC Editor và chương trình
LEVIStudioU và kết nối, đấu dây PLC LX3V, HMI LEVI 700EL.
− Viết chương trình điều khiển và vận hành hệ thống phân loại sản phẩm.
Đối tượng và phạm vi đề tài
− Đối tượng: Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc.
−Phạm vi: Thiết kế và điều khiển được mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc.
Phương pháp thực hiện đề tài
−Thu thập, tổng hợp tài liệu qua internet, báo chí, truyền thông, được thầy cô trong bộ môn, khoa hướng dẫn và hiểu biết của bản thân.
− Chọn lọc, xử lí thông tin.
− Thiết kế mô hình thực tế.
− Thực nghiệm và cân chỉnh hệ thống.
Ý nghĩa đề tài
− Bước đầu ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế trước khi ra trường.
Ứng dụng tiến bộ khoa học và kỹ thuật trong sản xuất không chỉ nâng cao giá trị sản phẩm mà còn giảm chi phí sản xuất, từ đó tạo ra nhiều lợi nhuận và góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất nước.
Tóm tắt
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
• Chương 3: Nghiên cứu phần mềm ứng dụng để lập trình điều khiển.
• Chương 4: Thiết kế mô hinh phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mô tả mô hình
Hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên vật liệu và màu sắc được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp và các nhà máy Mô hình phân loại này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu sử dụng khác nhau, giúp phân loại hiệu quả nhiều loại sản phẩm.
Phân loại các sản phẩm kim loại như sắc, nhôm, kẽm,
Phân loại phi kim như gỗ, nhựa,
Phân loại độ phản quang màu sắc ứng dụng cho các phân loại cà phê, đậu,…
Các thiết bị liên quan
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là một thiết bị điện điều khiển bằng tay, được sử dụng để điều khiển từ xa các khí cụ điện như thiết bị đóng cắt, dụng cụ báo hiệu và để chuyển đổi các mạch điện điều khiển cũng như tín hiệu liên động bảo vệ.
Nút nhấn được sử dụng để khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ điện bằng cách điều khiển việc đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ và khởi động từ.
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
Nút nhấn bao gồm hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường mở và thường đóng, cùng với vỏ bảo vệ Khi nút nhấn được tác động, các tiếp điểm sẽ chuyển đổi trạng thái, và khi không còn tác động, chúng sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Nút nhấn thường được lắp đặt trên bảng điều khiển và tủ điện, với các loại phổ biến có dòng điện định mức 5A và điện áp định mức 400V Chúng có tuổi thọ điện lên tới 200.000 lần đóng cắt và tuổi thọ cơ đạt đến 1.000.000 lần Trong đó, nút nhấn màu đỏ thường được sử dụng để tắt máy, trong khi nút màu xanh dùng để khởi động máy.
Báo trạng thái hoạt động của mô hình bao gồm các chế độ ON, OFF, MAN, AUTO và E.STOP Đèn báo giúp người dùng dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động cũng như phát hiện sự cố lỗi của mô hình.
Rơ le kiếng là một thiết bị trung gian có chức năng thực hiện các thao tác điều khiển, bao gồm việc đóng cắt cuộn dây khống chế của công tắc tơ, aptômat hoặc máy cắt điện Thiết bị này thường có nhiều tiếp điểm, bao gồm cả tiếp điểm thường mở và thường đóng Về cấu tạo, rơ le kiếng thực chất là một nam châm điện được trang bị hệ thống tiếp điểm, bao gồm cuộn dây, lõi thép tĩnh và lõi thép động Lõi thép động được định vị bằng vít điều chỉnh và gắn với lò xo, trong khi độ căng của lò xo cũng có thể điều chỉnh thông qua vít Cuộn dây của rơ le có thể là cuộn điện áp, cuộn cường độ, hoặc cả hai loại.
Nguyên lý hoạt động của cuộn dây điện là khi có điện, cuộn dây sẽ hút lõi thép, làm nâng các đầu tiếp xúc động, dẫn đến việc tiếp điểm thường hở đóng lại và tiếp điểm thường đóng mở ra Khi cuộn dây mất điện, lõi thép được nhả ra, các đầu tiếp xúc và tiếp điểm sẽ trở về vị trí ban đầu.
Cảm biến là thiết bị chuyển đổi các đại lượng vật lý và phi điện thành tín hiệu điện có thể đo lường và xử lý.
Các đại lượng cần đo như nhiệt độ và áp suất thường không có tính chất điện, nhưng khi tác động lên cảm biến, chúng tạo ra một đặc trưng điện như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng Những đặc trưng này chứa thông tin giúp xác định giá trị của đại lượng cần đo.
Trong công thức S = F(m), (s) đại diện cho phản ứng của cảm biến, trong khi (m) là kích thích đầu vào, phản ánh đại lượng cần đo Qua việc đo đạc (s), chúng ta có thể xác định giá trị của (m) một cách chính xác.
Phương trình của cảm biến được viết như sau: Y = f(X).
X: đại lượng không điện cần đo.
Y: đại lượng điện sau chuyển đổi.
Theo nguyên lý của cảm biến:
Cảm biến điện từ và ion
Theo tính chất nguồn điện:
Cảm biến biến đổi trực tiếp.
2.2.4.3 Cảm biến dùng trong hệ thống
Trong từng giai đoạn, chúng ta sử dụng cảm biến vị trí để theo dõi sản phẩm Khi sản phẩm được phát hiện, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển để thực hiện lệnh điều khiển cần thiết.
Cảm biến quang điện bao gồm nguồn phát quang sử dụng LED và LASER, cùng bộ thu quang như diode hoặc transistor quang Bộ thu và phát được đặt sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng Ánh sáng từ LED được hội tụ qua thấu kính, tác động đến transistor thu quang Khi có vật che chắn, chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu Sóng dao động giúp bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng xung quanh, trong khi ánh sáng của mạch phát tắt và phát theo tần số dao động Phương pháp này cho phép cảm biến hoạt động xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn Điện áp cấp cho cảm biến cần phù hợp với mạch điều khiển, với điện áp tiêu chuẩn là 24VDC khi kết nối với bộ điều khiển PLC.
Cảm biến từ được cấu tạo bởi một cuộn dây quấn quanh lõi từ, giúp tạo ra trường điện từ khi sóng cao tần đi qua Trường điện từ này được kiểm soát bởi một mạch bên trong, đảm bảo hoạt động chính xác của cảm biến.
Cảm biến từ hoạt động dựa trên nguyên lý rằng đường kính lớn hơn sẽ tạo ra trường điện từ mạnh hơn Khi một vật thể kim loại tiếp cận gần bề mặt cảm biến, nó sẽ bắt đầu xâm nhập vào vùng có trường điện từ, kích hoạt cảm biến.
Khi hiện tượng dòng điện xoáy xuất hiện trên bề mặt kim loại, nếu vật thể tiến gần cảm biến từ, dòng điện xoáy sẽ gia tăng và biên độ từ trường sẽ giảm Khi biên độ trường điện từ giảm xuống mức nhất định, cảm biến sẽ kích hoạt và gửi tín hiệu về bộ điều khiển để thực hiện việc đóng cắt tiếp điểm.
Hình 2.6 Cảm biến phản quang
Phần mềm ứng dụng
Phần mềm lập trình PLC
PLC LX3V được lập trình thông qua phần mềm WECON PLC Editor, được phát triển bởi WECON - Trung Quốc Phần mềm này giúp người dùng dễ dàng lập trình các chương trình PLC với các lệnh được thiết kế sẵn, mang lại sự đơn giản và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Hình2.13 Giao diện của WECON PLC Editor
1 Danh sách các lệnh và chức năng khác của phần mềm.
3 Nạp và tải chương trình vào PLC.
4 Mô phỏng chạy chương trình ảo trên phần mềm.
Phần mềm Microsoft Office Visio
Microsoft Office Visio là một phần mềm vẽ sơ đồ thông minh, được tích hợp trong bộ Microsoft Office từ phiên bản 2003 Phần mềm này cho phép người dùng tạo ra các bản vẽ trực quan, đồng thời cung cấp nhiều tính năng giúp sơ đồ trở nên ý nghĩa, linh hoạt và phù hợp với nhu cầu sử dụng Ngoài ra, Visio còn hỗ trợ sao chép bản vẽ sang các ứng dụng khác như Microsoft Word và Excel, giúp người dùng dễ dàng áp dụng vào công việc.
Hình2.14 Giao diện của Microsoft Office Visio 2003
Microsoft Office Visio cho phép người dùng tạo ra nhiều loại sơ đồ liên quan đến công việc, bao gồm biểu đồ dòng, sơ đồ tổ chức và lịch trình dự án Bên cạnh đó, Visio còn hỗ trợ việc tạo các sơ đồ kỹ thuật như bản vẽ xây dựng, thiết kế nhà, sơ đồ mạng, sơ đồ phần mềm, sơ đồ trang web, sơ đồ máy móc và nhiều sơ đồ kỹ thuật khác.
NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM ỨNG DỤNG ĐỂ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Giới thiệu về PLC
3.1.1 Lịch sử phát triển PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được phát triển bởi một nhóm kỹ sư của General Motors vào năm 1968, nhằm thay thế các mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển cồng kềnh Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC đã nổi bật với khả năng điều khiển tuần tự theo chu kỳ và theo bit, sử dụng CPU, với sự phổ biến của các thiết bị như AMD 2901 và AMD 2903 Phần cứng cũng được cải tiến với bộ nhớ lớn hơn và nhiều ngõ vào/ra hơn Năm 1976, PLC bắt đầu có khả năng điều khiển ngõ vào/ra từ xa qua kỹ thuật truyền thông khoảng 200m Đến thập niên 80, General Motors đã chuẩn hóa hệ giao tiếp và phát triển PLC nhỏ gọn, có thể lập trình bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân Đến thập niên 90, các giao diện phần mềm mới với cấu trúc lệnh giảm đã được cải tiến từ những giao diện được giới thiệu trong thập niên 80.
Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL), sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD).
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Wecon,Siemens, Allen-Bradley, General Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon,….
PLC của Wecon do Trung Quốc sản xuất gồm có các dòng series: LX3V, LX3VP, LX3VE, LX3VM.
Trong hệ thống điều khiển tự động hóa, PLC đóng vai trò như trái tim, với chương trình ứng dụng được lưu trữ trong bộ nhớ của nó PLC chịu trách nhiệm điều khiển trạng thái của hệ thống, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác.
Chương 3 Nghiên cứu phần mềm ứng dụng để lập trình điều khiển
Hệ thống PLC hoạt động dựa trên tín hiệu phản hồi từ đầu vào, sử dụng chương trình logic để điều khiển quá trình hoạt động và sản xuất tín hiệu cho các thiết bị đầu ra.
PLC có khả năng hoạt động độc lập hoặc kết nối với nhau và máy tính chủ qua mạng truyền thông, nhằm điều khiển các quy trình phức tạp một cách hiệu quả.
3.1.3 Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hóa
Thời gian lắp đặt ngắn.
Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất.
Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng.
Hệ thống điều khiển có độ tin cậy cao và được chuẩn hóa về phần cứng, cho phép hoạt động hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và điện áp thay đổi.
Hệ thống điều khiển sử dụng PLC vượt trội hơn hẳn so với hệ thống điều khiển bằng Rơle nhờ vào tính linh động, mềm dẻo và khả năng giải quyết vấn đề hiệu quả hơn.
Khi áp dụng PLC để điều khiển quy trình, cảm biến được kết nối với ngõ vào của PLC, trong khi ngõ ra của PLC sẽ điều khiển các thiết bị chấp hành.
Quá trình kết nối PLC là một chu kỳ liên tục, trong đó hệ thống thực hiện xử lý theo thời gian thực Các thiết bị chấp hành giúp hệ thống chuyển đổi giữa các trạng thái mới, tuy nhiên, sự điều khiển hệ thống bị giới hạn bởi các cảm biến đầu vào Nếu một ngõ vào không được kích hoạt, bộ điều khiển sẽ không thể nhận biết trạng thái của hệ thống Vòng điều khiển này, hay còn gọi là chu kỳ quét của PLC, bao gồm việc đọc dữ liệu đầu vào và điều chỉnh ngõ ra dựa trên các thông tin đầu vào đó.
3.1.5 Lợi ích của việc sử dụng PLC
Cùng với sự tiến bộ của công nghệ phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng được cải thiện về tính năng và lợi ích trong ngành công nghiệp Kích thước của PLC đã được thu nhỏ, cho phép tăng cường bộ nhớ và số lượng I/O, giúp ứng dụng PLC mạnh mẽ hơn, từ đó hỗ trợ người dùng giải quyết các vấn đề phức tạp trong hệ thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần mà không cần thay đổi cấu trúc sau này, giúp giảm chi phí khi thay đổi lắp đặt và thứ tự điều khiển Hệ thống cũng cho phép khả năng chuyển đổi điều khiển cao hơn, như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu, mang lại sự linh hoạt trong quản lý hệ thống.
PLC không chỉ chiếm ít không gian mà còn dễ dàng lắp đặt, mang lại khả năng điều khiển nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các hệ thống cũ Điều này đặc biệt hữu ích cho các hệ thống điều khiển lớn và phức tạp, giúp giảm thiểu thời gian lắp đặt so với các giải pháp truyền thống.
Người sử dụng có thể dễ dàng nhận diện các trục trặc hệ thống của PLC thông qua giao diện màn hình máy tính Một số PLC thế hệ mới còn có khả năng tự động phát hiện hỏng hóc và thông báo cho người dùng, giúp quá trình sửa chữa trở nên thuận lợi hơn.
3.1.6 Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC
Hiện nay, PLC (Programmable Logic Controller) đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, cả công nghiệp lẫn dân dụng Từ việc điều khiển các hệ thống đơn giản với chức năng ON/OFF, đến các ứng dụng phức tạp yêu cầu độ chính xác cao và sử dụng các thuật toán trong quy trình sản xuất Một số lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm
+Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong trong ngành hóa,…
+Chế tạo máy và sản suất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại,…
+Bột giấy, giấy, xử lý giấy: điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia nhiệt,
+Thủy tinh và phim ảnh : quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy,…
Thực phẩm, rượu bia và thuốc lá đều cần được quản lý chặt chẽ trong quá trình sản xuất Việc đếm và kiểm tra sản phẩm là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng Các bước như bơm bia, nước trái cây, cân đong, đóng gói và hòa trộn cũng cần được kiểm soát kỹ lưỡng để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.
Trong ngành công nghiệp kim loại, việc điều khiển quá trình cán và cuốn thép là rất quan trọng, bao gồm quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn Đối với lĩnh vực năng lượng, việc kiểm soát nguyên liệu cho quá trình đốt và xử lý trong các tuabin là cần thiết, cùng với việc các trạm cân hoạt động tuần tự để tự động khai thác vật liệu như than, gỗ và dầu mỏ một cách hiệu quả.
3.1.7 Ứng dụng PLC vào các quy trình điều khiển tự động
Cấu trúc phẩn cứng của PLC
Hệ thống điều khiển rơle là một loại hệ thống điều khiển cứng, có chức năng cố định và không linh hoạt Khi cần thay đổi quy trình hoạt động, việc điều chỉnh chỉ có thể thực hiện thông qua việc nối lại hệ thống dây dẫn.
3.2 Cấu trúc phần cứng của PLC
PLC có nhiều nhà sản xuất, loại và cấu hình đa dạng Dù thuộc hãng nào hay có cấu hình ra sao, tất cả PLC đều sở hữu những thành phần chung nhất định.
Hình 3.2 Cấu trúc tổng quát của một PLC
Nguồn cung cấp cho PLC có thể được tích hợp sẵn bên trong hoặc lắp đặt riêng bên ngoài Tùy thuộc vào loại PLC, nguồn điện có nhiều cấp điện áp khác nhau, bao gồm 110V-AC, 220V-AC và 24V-DC Hiện nay, hai cấp điện áp thường được sử dụng phổ biến là 24V-DC và 220V-AC.
3.2.2 CPU (Central Processing Unit) Đây là bộ xử lý trung tâm làm việc như một máy tính, dùng để lưu trữ và xử lý chương trình theo yêu cầu của người lập trình.
Các cảm biến, công tắc và nút nhấn gửi tín hiệu vào PLC thông qua module Input Tùy thuộc vào loại tín hiệu của cảm biến, có hai loại module ngõ vào của PLC: Module số (Digital Module) và Module tương tự (Analog Module).
Các cơ cấu chấp hành như bóng đèn, cuộn dây, van và biến tần được điều khiển bởi PLC thông qua module Output Tùy thuộc vào yêu cầu của đối tượng điều khiển, tín hiệu có thể là số hoặc tương tự, dẫn đến việc sử dụng hai loại module ngõ ra của PLC: Module số ngõ ra (Digital Output Module) và Module ngõ ra tương tự (Analog Output Module).
Y17 Y15 COM5 Y13 Y11 COM4 Y7 Y5 COM3 Y3 COM2 COM1 COM0 24V+
Hình 3.3: Ngõ ra và vào của PLC LX3V
Dùng để chỉ báo trạng thái PLC gồm: Nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống. Các cảnh báo này rất cần thiết trong chuẩn đoán sự cố.
Tùy thuộc vào loại tín hiệu từ cảm biến, có hai loại module ngõ vào của PLC: Module số (Digital Module) và Module tương tự (Analog Module).
Tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu khác nhau có thể là số hoặc tương tự Do đó, module ngõ ra của PLC được chia thành hai loại: Module ngõ ra số (Digital Output Module) và Module ngõ ra tương tự (Analog Output Module).
Có hai kiểu tiêu biểu của module ngõ ra tương tự: ngõ ra điện áp và ngõ ra dòng điện Những ứng dụng yêu cầu tín hiệu điều khiển ở dạng analog bao gồm ngõ vào biến tần, van tuyến tính và van thủy lực.
Module analog của PLC là lựa chọn phổ biến nhất nhờ vào tính năng kết nối đơn giản và dễ sử dụng Một trong những ưu điểm nổi bật của module này là không cần thiết phải kết nối thêm các thiết bị bên ngoài, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình lắp đặt.
Module ngõ ra số bao gồm các kiểu tiêu biểu như ngõ ra Transistor, Triac và Relay Để điều khiển các thiết bị hoạt động theo chế độ ON-OFF, việc sử dụng module ngõ ra dạng số là cần thiết.
Tùy thuộc vào cấp điện áp, tần số đóng cắt và dòng làm việc, việc lựa chọn kiểu ngõ ra phù hợp với các thiết bị sử dụng là rất quan trọng.
Hình 3.4 Giao diện của PLC LX3V
1 Cổng giao tiếp COM2 với Rs422 và Rs485.
3 Cổng USB giao tiếp với PC.
4 Cổng giao tiếp COM1 với HMI.
6 Đèn báo trạng thái PLC.
8 Cổng module mở rộng PLC.
Hoạt động của một PLC
Tất cả các PLC hoạt động theo chu trình lặp, bao gồm bốn giai đoạn: đọc ngõ vào, thực thi chương trình, chẩn đoán lỗi và kiểm tra truyền thông Kết quả cuối cùng được xuất ra để điều khiển thiết bị Bốn giai đoạn này thường được gọi là một chu kỳ quét của PLC.
THỰC THI CHƯƠNG TRÌNH ĐỌC NGÕ VÀO
VÀ KIỂM TRA TRUYỀN THÔNG
Hình 3.5 Một chu kì quét của PLC
•Đọc ngõ vào: PLC đọc trạng thái của toàn bộ các ngõ vào và chứa vào bộ đệm ngõ vào.
•Thực thi chương trình: PLC dựa vào các trạng thái ngõ vào để thực thi theo chương trình đã được lưu trong bộ nhớ đệm ngõ ra.
•Chẩn đoán lỗi và kiểm tra truyền thông: PLC tiến hành chuẩn đoán lỗi và kiểm tra quá trình truyền thông.
•Xuất kết quả: PLC xuất kết quả trong vùng nhớ đệm ngõ ra để điều khiển thiết bị ngoại vi.
3.3.1 Trạng thái PLC Điều dễ nhận thấy ở PLC là nó thiếu bàn phím và các thiết bị vào ra khác Tuy nhiên để giúp người lập trình nhanh chóng xác định trạng thái, PLC thường có các đèn chỉ trạng thái, bao gồm:
Các đèn này thường dùng cho việc sửa lỗi.
Ngoài ra phần cứng PLC còn có các nút nhấn, phổ biến nhất là nút chạy chương trình (RUN).
Các loại bộ nhớ dùng phổ biến hiện nay bao gồm: RAM, ROM, EPROM, EEPROM.
Tất cả các PLC đều sử dụng RAM cho CPU và ROM để lưu hệ điều hành Khi cấp nguồn, dữ liệu trong RAM sẽ được giữ lại, nhưng nếu mất nguồn, dữ liệu sẽ bị mất Một số PLC sử dụng pin để duy trì dữ liệu trong RAM khi mất điện, nhưng hiện nay, EPROM được ưa chuộng hơn EPROM được lập trình bên ngoài và sau đó nạp vào PLC để thực hiện chương trình Mặc dù phương pháp này chính xác, nhưng việc lập trình và xóa dữ liệu mất nhiều thời gian EEPROM đã trở thành một phần cố định của PLC, lưu trữ chương trình tương tự như EPROM Hiện nay, giá thành bộ nhớ đã giảm và Flash ROM cũng được phát triển thêm.
PWR: đèn xanh báo nguồn PLC.
ERR: Đèn vàng báo lỗi khi PLC có vấn đề.
RUN: Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào máy.
STOP: đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ chờ chương trình.
Điện trạng thái mức logic 1: 15-30V-DC, dòng nhỏ nhất 4 mA, 35V-DC ở thời gian tức thời 500s.
Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24V-DC, 7 mA.
Trạng thái mức logic 0: Tối đa 5V -DC, 1 mA.
Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân x0 đến x7, x10 đến x17 và x20 đến x27: có thể chỉnh từ 0,2 đến 8,7ms > thời gian mặc định 0,2ms Sự cách ly về quang 500VAC.
Kiểu đầu ra: Relay hoặc transistor cung cấp điện.
Điện áp mức một: 24.4 đến 28.8VDC.
Dòng tải tối đa: 2A/điểm, 8A/common.
Quá dòng: 7A với contactor đóng.
Điện trở cách ly: nhỏ nhất 100mΩ.
Thời gian chuyển mạch: tối đa 10ms.
Thời gian sử dụng: 100.000.000 lần so với công tắc cơ khí, 100.00 lần so với tốc độ tải.
Điện trở công tắc tối đa 200mΩ.s
Chế độ bảo vệ ngắn mạch: không có.
PLC hoạt động với 3 chế độ chính: chế độ RUN cho phép thực hiện các chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ Nếu xảy ra sự cố trong máy hoặc chương trình gặp lệnh STOP, PLC sẽ chuyển sang chế độ STOP.
STOP: cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP.
•TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC ở chế độ RUN hay STOP.
Wecon PLC cung cấp đa dạng mô-đun mở rộng, bao gồm các mô-đun I/O, mô-đun đầu vào và đầu ra analog, mô-đun đầu ra tốc độ cao, cùng với mô-đun truyền thông Ethernet theo giao thức.
2 Đèn COM: luôn bật khi truyền kỹ thuật số là bình thường.
3 24V: luôn hoạt động khi kết nối với nguồn 24V ngoài.
4 Đèn trạng thái công suất của mô-đun luôn bật khi bình thường.
5 Tên mô-đun mở rộng.
6 Đầu ra tín hiệu tương tự.
CPU PLC và mô-đun mở rộng có cùng kích thước về chiều cao và chiều sâu, nhưng chiều rộng khác nhau.
Vì vậy, có thể kết nối với nhau dưới dạng gọn gàng, cấu hình linh hoạt.
Hình 3.7 Kết nối các module mở rộng với PLC
So với mô-đun mở rộng, bảng BD có kích thước nhỏ gọn hơn, linh hoạt hơn (có thể sử dụng tối đa hai bảng BD trong một PLC) và giá thành rẻ hơn, nhưng vẫn đảm bảo đa chức năng Bảng BD được lắp đặt trong thiết bị lưu trữ, do đó không chiếm thêm không gian.
Hình3.8 Bảng BD kết nối PLC
Thường được lắp đặt ở giữa của CPU tùy theo cách lắp đặt theo bề ngang hoặc bề dọc.
Thông số kỹ thuật của các đơn vị cơ bản của bộ điều khiển lập trình LX là thể hiện trong bảng dưới đây:
Hình 3.9 Đặc điểm đầu vào
Nguồn cung cấp AC, đầu ra DC.
Đơn vị cơ bản của mô hình LX.
Điện áp đầu vào DC 24V ± 10%.
Dòng tín hiệu đầu vào 7 mA/24V-DC (phía sau X002, 3,5mA/24V-DC).
Hình 3.10 Đặc điểm đầu ra
Khi kết nối đầu ra, cần chú ý đến việc kết nối tải cảm ứng DC và diode tự do theo cấu hình song song Nếu không thực hiện đúng cách, tuổi thọ của thiết bị sẽ bị giảm đáng kể Diode nên có khả năng chịu điện áp gấp 5 đến 10 lần điện áp tải, và giá trị dòng điện phía trước cần phải cao hơn dòng tải để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.
Hình 3.11 Kết nối tải cảm ứng DC và Diode
Nếu tải AC quy nạp, kết nối tải và surge absorber song song có thể giảm tiếng
Hình 3.12 Kết nối tải AC
Tốt nhất là sử dụng các tiếp điểm đầu ra PLC trên cùng một pha như hình dưới:
Hình 3.13 Kết nối đầu ra
Kết nối đồng thời điểm FWD và REV rất nguy hiểm và có thể gây ra sự cố Để đảm bảo an toàn, cần bổ sung điều khiển khóa liên động vào PLC và cũng nên thiết lập khóa liên động bên ngoài PLC.
Hình3.14 Kết nối tiếp điểm FWD và REV cùng lúc
3.3.11 Trung tâm xử lý CPU
Mo-đun CPU là một thiết bị chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành và bộ nhớ, cùng với các bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông như RS485 Nó có thể bao gồm một số cổng vào/ra số, được gọi là cổng vào/ra onboard.
Hệ điều hành cung cấp các module tích hợp sẵn và khối hàm đặc biệt để hỗ trợ việc sử dụng các cổng ra/vào onboard, được nhận diện bằng chữ IEM (Integrated Function Modul) Ngoài ra, còn có các loại CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng thứ hai chủ yếu phục vụ cho việc kết nối mạng phân tán, đi kèm với phần mềm tiện ích tích hợp sẵn trong hệ điều hành.
Các nhóm lệnh lập trình điều khiển
3.4.1 Nhóm lệnh về tiếp điểm
Lệnh SET (S) được sử dụng để đóng cắt các tiếp điểm liên tục đã được chọn trong hệ thống điều khiển Trong cấu trúc LAD, logic ngõ ra sẽ điều khiển dòng điều khiển đến các cuộn dây đầu ra, và khi dòng điều khiển được cấp, các cuộn dây sẽ đóng các tiếp điểm tương ứng Đối với STL, lệnh này truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế; nếu bit này có giá trị 1, lệnh S sẽ đóng một hoặc một dãy các tiếp điểm, với giới hạn từ 1 đến 255, mà không làm thay đổi nội dung của ngăn xếp.
Lệnh RESET (R) được sử dụng để ngắt các tiếp điểm đã chọn trước đó Trong LAD, logic ngõ ra điều khiển việc ngắt dòng điện của các cuộn dây đầu ra, mở các tiếp điểm khi có dòng điều khiển Trong STL, lệnh này truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các tiếp điểm thiết kế; nếu bit này là 1, lệnh R sẽ ngắt một hoặc nhiều tiếp điểm (từ 1 đến 255) Quan trọng là nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này.
Hình 3.15 Lệnh SET và RESET
3.4.2 Nhóm lệnh về thời gian
Lệnh TIMER (T) có tổng là 246 timer bắt đầu từ T0 đến T245 Tác dụng của TIMER là đóng ngắt tiếp điểm sau khoảng thời gian đã cài đặt.
T là tên thứ tự timer.
K là thời gian đếm của timer đơn vị ms.
Lệnh RETENTIVE TIMER (timer nhớ) bao gồm 10 timer từ T246 đến T255, cho phép ghi nhớ giá trị thời gian hiện tại và cộng thêm khoảng thời gian đã được cài đặt sẵn Chức năng này giúp đóng ngắt tiếp điểm theo mong muốn một cách hiệu quả.
K420 là thời gian cài đặt đơn vị ms.
T1 + T2 = 420ms thì T250 đóng Y1 Khi X2 đóng thì T250 được RESET.
3.4.3 Nhóm lệnh về gán và so sánh
Nhóm lệnh gán và so sánh đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán thuật toán, giúp đảm bảo kết quả chính xác và thuận tiện cho người thiết kế trong việc theo dõi và điều khiển lập trình Các lệnh này chủ yếu hỗ trợ cho các phép toán học, nâng cao hiệu quả của quá trình lập trình.
Một số nhóm lệnh về gán và so sánh được liệt kê dưới bảng sau:
LOẠI LỆNH KÝ HIỆU CHỨC NĂNG
CMPP So sánh 16 bit (xung)
DCMPP So sánh 32 bit (xung)
Bảng 3.1 Nhóm lệnh gán và so sánh 3.4.4 Nhóm lệnh về toán học
Nhóm lệnh toán học đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán thuật toán, giúp đảm bảo kết quả chính xác và hỗ trợ người thiết kế trong việc theo dõi và điều khiển lập trình Các lệnh cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia với các ký hiệu dễ nhớ cho phép người thiết kế nhanh chóng xây dựng thuật toán một cách hiệu quả.
Một số nhóm lệnh toán học được liệt kê dưới bảng sau:
LOẠI LỆNH KÝ HIỆU CHỨC NĂNG
Bảng 3.2 Nhóm lệnh về toán học 3.4.5 So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác
Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đang dần thay thế hệ thống điều khiển bằng Relay trong sản xuất Khi thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại, kỹ sư cần cân nhắc và lựa chọn các hệ thống điều khiển lập trình, vì chúng mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với hệ thống Relay truyền thống.
Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động.
Có độ tin cậy cao.
Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích.
Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao.
Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng.
Hệ thống điều khiển lập trình mang lại khả năng thay đổi cấu hình máy móc sản xuất dễ dàng trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất Với tính linh hoạt và tiết kiệm về kinh tế và thời gian, hệ thống này vượt trội hơn so với các hệ thống điều khiển cổ điển như relay và contactor Đặc biệt, khi mở rộng hệ thống, người dùng chỉ cần thay đổi chương trình mà không cần phải thay đổi hoặc loại bỏ hệ thống dây nối giữa các thiết bị và hệ thống điều khiển.
Cả máy tính và PLC đều sử dụng bộ vi xử lý (CPU) để xử lý dữ liệu, nhưng có những cấu trúc quan trọng cần phân biệt để hiểu rõ sự khác biệt giữa hai thiết bị này.
PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động hiệu quả trong môi trường công nghiệp, khác biệt so với máy tính thông thường Chúng có khả năng hoạt động ổn định ở những khu vực có độ nhiễu điện cao, từ trường mạnh, chấn động cơ khí và nhiệt độ môi trường cao.
Một PLC cần được thiết kế với phần cứng và phần mềm dễ lắp đặt, giúp người sử dụng như kỹ sư và kỹ thuật viên có thể lập trình một cách nhanh chóng và thuận lợi.
PLC và máy tính cá nhân (PC) có những điểm khác biệt rõ rệt mà lập trình viên dễ dàng nhận thấy Trong khi PC chủ yếu được sử dụng cho các tác vụ đa dạng và linh hoạt, PLC được thiết kế chuyên biệt cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp Sự khác biệt này không chỉ nằm ở phần cứng mà còn ở cách thức lập trình và ứng dụng trong thực tế.
Máy tính thường thiếu cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, điều này dẫn đến hiệu suất kém trong môi trường công nghiệp.
Ngôn ngữ lập trình máy tính không chỉ đơn thuần là hình thang; ngoài việc sử dụng phần mềm chuyên dụng cho PLC, máy tính còn cần các phần mềm khác, điều này làm chậm quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển.
PLC có khả năng kết nối dễ dàng với các hệ thống khác thông qua máy tính, đồng thời có thể tận dụng bộ nhớ lớn của máy tính để làm bộ nhớ cho chính PLC.
Nghiên cứu thiết kế giao diện HMI
HMI LEVI 700EL của hãng WECON – Trung Quốc sử dụng chương trình LEVIStudioU do chính WECON lập trình.
Hình 3.18 Giao diện mở đầu của chương trình LEVIStudioU
Chương trình LEVIStudioU là công cụ thiết kế và xây dựng các dự án mô hình, cũng như vận hành máy móc thông qua màn hình cảm ứng HMI Với LEVIStudioU, người dùng có thể dễ dàng tạo ra giao diện chi tiết một cách linh hoạt và logic.
LEVIStudioU có các ưu điểm sau:
• Thay đổi màn hình theo địa chỉ.
• Công thức đơn giản dễ sử dụng.
• Bốn phép toán số học đơn giản.
• Cài đặt, điều chỉnh thời gian.
• Xử lý lệnh vào ra nhanh chóng.
Ngoài ra chương trình LEVIStudioU còn có thể giao tiếp với mạng của seimens S7 – 1200.
Vị trí sản phẩm phi kim màu đỏ
Vị trí sản phẩm kim loại
Vị trí sản phẩm phi kim màu vàng
THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU VÀ MÀU SẮC
Sơ đồ nguyên lý
Pit tông đẩy sản phẩm vào
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động
Sau khi cấp điện cho hệ thống và mạch điều khiển, nạp chương trình vào PLC Để khởi động hệ thống, nhấn nút ON, RL 1 và RL 10 sẽ có điện để kích hoạt BT 1 và VĐTKN 8 cho PT hoạt động Sản phẩm được PT đẩy vào BT 1, sau đó RL 10 ngắt điện, làm ngưng hoạt động của PT Khi sản phẩm đến vị trí cuối băng tải 1, CBQ 1 nhận được tín hiệu tắt RL 1 để dừng BT 1 và kích hoạt CTRB 1 thực hiện gắp sản phẩm.
Chu trình hoạt động của CTRB 1:
+ Vị trí thứ 1: tại BT 1.
+ Vị trí thứ 2: tại BT 2 – HTT 4.
•Hoạt động: Tại vị trí 1 khi có tính hiệu hoạt động (CBQ 1 kích) thì sau 2 giây VĐTKN
Kích XL 4 hạ cánh tay xuống đúng vị trí sản phẩm, sau đó sau 2 giây, VĐTKN 6 sẽ kích XL 5 để thực hiện CTRB 1 khóa sản phẩm Khi sản phẩm đã được khóa, VĐTKN sẽ thực hiện trong 1 giây tiếp theo.
Sau khi ngắt điện cho XL 4, VĐTKN 7 sẽ kích hoạt XL 6 để CTRB 1 quay 180 độ, chuyển sản phẩm sang vị trí BT 2 Tại vị trí này, HTT 4 sẽ nhận tín hiệu từ VĐTKN 5 để kích XL 4 hạ sản phẩm xuống Sau 2 giây, VĐTKN 6 sẽ ngắt điện, cho phép sản phẩm được thả xuống an toàn trên BT 2.
Trong quy trình sản xuất, VĐTKN 5 kích hoạt 4 rút lên và RL 2 để BL 2 hoạt động, đưa sản phẩm vào khâu phân loại Đồng thời, VĐTKN 7 sẽ ngắt điện, đưa CTRB 1 về vị trí thứ nhất.
BT 1 kết thúc một chu trình hoạt động và khi CTRB 1 đã quay vệ vị trí 1 thì RL 1 và
RL 10 được kích lại để tiếp tục đưa sản phẩm vào.
Khi BT 2 hoạt động, sản phẩm sẽ được nhận dạng qua hai cảm biến CBT và CBPQ Sau khi nhận dạng hoàn tất, CBQ 2 sẽ kích hoạt RL 2 để ngắt điện BT 2, dừng hoạt động và cho phép CTRB 2 gắp sản phẩm vào vị trí quy định Sau 2 giây dừng, CTRB 2 sẽ hoạt động trở lại theo chu trình đã định.
Chu trình hoạt động của CTRB 2:
+ Vị trí 1: Vị trí tại băng tải 2.
+ Vị trí 2: Vị trí sản phẩm phi kim màu vàng – HTT 1.
+ Vị trí 3: Vị trí phẩm kim loại – HTT 2.
+ Vị trí 4: Vị trí phẩm phi kim màu đỏ – HTT 3.
Sau 2 giây dừng của BT 2, VĐTKN 3 được kích hoạt để XL 2 hoạt động, khiến CTRB 2 hạ xuống Tiếp theo, sau 2 giây, VĐTKN 4 kích hoạt XL 3 để khóa sản phẩm Sau khi sản phẩm đã được khóa, VĐTKN 3 mất điện sau 1 giây, dẫn đến XL 2 rút về để CTRB 2 gắp sản phẩm lên.
Khi sản phẩm được gắp lên, VĐTKN 1 kích hoạt điện XL 1 để CTRB 2 trượt từ trái sang phải đến vị trí thả sản phẩm đã được nhận dạng bởi CBT và CBPQ Khi CTRB 2 đến đúng vị trí, VĐTKN 1 ngắt điện XL 1 để CTRB 2 dừng lại Sau 2 giây, VĐTKN 3 kích hoạt điện XL 2 để hạ CTRB 2 xuống, và sau 2 giây tiếp theo, VĐTKN 4 ngắt điện XL 3 để mở khóa thả sản phẩm vào vị trí chứa Khi sản phẩm đã được đặt đúng vị trí phân loại, VĐTKN 3 ngắt điện XL 2 để rút CTRB 2 lên và sau đó, trong 2 giây tiếp theo, VĐTKN 2 có điện kích XL.
1 đưa CTRB 2 về (từ phải sang trái) lại vị trí 1 kết thúc một chu trình hoạt động.
Sau khi CTRB 2 hoàn tất chu trình hoạt động, BT 2 sẽ được RL 2 kích hoạt để tiếp tục hoạt động Hệ thống sẽ lặp lại quá trình này cho đến khi không còn sản phẩm để xử lý.
Pit tông đẩy sản phẩm vào
Sản phẩm kim loại Sai Sản phẩm màu sắc
Sai Đầy Đúng Kết thúc
Vị trí sản phẩm phi kim màu vàng
Vị trí sản phẩm phi kim màu đỏ
Cánh tay Robot 2 phân loại sản phẩm theo màu sắc và vật liệu
Vị trí sản phẩm kim loạiBăng tải 2 vận chuyển sản phẩm và phân loại
Lưu đồ giải thuật
Hình4.2 Lưu đồ giải thuật Đúng
Băng tải 1 vận chuyển sản phẩm
Cánh tay Robot 1 gặp chuyển sang băng tải 2
Thiết kế phần cứng mô hình
4.4.1 Bảng điều khiển hệ thống
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH ĐÈN BÁO PLC
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ON MAIN E STOP
OFF AUTO PWR RUN BAT ERR
10 11 12 13 14 15 16 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NÚT NHẤN HMI ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN ON MAIN AUTO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH
LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
VÀ MÀU SẮC SVTH : Lâm Gia Đạt 112114044
GVHD :Th.s Nguyễn Thanh Hiền ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình4.3 Sơ đồ bảng điều khiển hệ thống
4.4.2 Bảng phân bố bộ phận của mô hình
Hình 4.4 Sơ đồ bộ phận của mô hình
RƠ LE TRUNG GIAN DOMINO
5 Pit tông đẩy sản phẩm.
4.4.3 Bảng phân bố thiết bị của mô hình
Hình 4.5 Sơ đồ phân bố thiết bị
4.4.4 Bảng quy ước dây dẫn trên domino
Hình 4.6 Quy ước dây dẫn trên domino
DOMINO Kí hiệu Ghi chú
5 Y7 RL3( Xilanh trượt từ trái sang phải)
6 Y10 RL4( Xilanh trượt từ phải sang trái)
7 Y11 RL5( Xilanh trượt lên xuống cách tay )
9 Y13 RL7(Xilanh trượt lên xuống cách tay 1)
12 Y17 RL10( Pitong đẩy sản phẩm ra)
24 X12 Hình trình từ vị trí phi kim màu vàng
25 X13 Hình trình từ vị trí kim loại
26 X14 Hình trình từ vị trí phi kim màu đỏ
27 X20 Hình trình từ vị trí xilanh xoay
4.1 Bảng quy ước trên domino
4.4.5 Quy ước ngõ ra và ngõ vào PLC
X4 E.STOP Nút dừng khẩn cấp
X5 CBQ 1 Cảm biến quang 1 ở băng tải 1
X6 CBPQ Cảm biến phản quang
X10 CBQ 2 Cảm biến quang 2 ở băng tải 2
X12 HTT 1 Hành trình từ ở vị trí phi kim màu vàng
X13 HTT 2 Hành trình từ ở vị trí kim loại
X14 HTT 3 Hành trình từ ở vị trí phi kim màu đỏ
X20 HTT 4 Hành trình từ ở xi lanh xoay
Bảng 4.2 Bảng quy ước ngõ vào PLC
Y2 MAN Đèn báo chế độ MAN
Y3 AUTO Đèn báo chế độ AUTO
Y4 E.STOP Đèn báo dừng khẩn cấp
Y7 RL 3 Xi lanh trượt từ phải sang trái
Y10 RL 4 Xi lanh trượt từ trái sang phải
Y11 RL 5 Xi lanh trượt lên xuống 2
Y13 RL 7 Xi lanh trượt lên xuống 1
Y17 RL 10 Pit tong đẩy sản phẩm
Bảng 4.3 Bảng quy ước ngõ ra PLC Chương 4 Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu và màu sắc
0V DC 4.4.6 Sơ đồ đấu dây phần cứng trên PLC
Hình 4.7 Sơ đồ đấu dây phần cứng
RL 1 RL 2 RL 3 RL 4 RL 5 RL 6 RL 7 RL 8 RL 9 RL 10
4.4.7 Sơ đồ đấu dây động lực
VĐTKN VĐTKN VĐTKN VĐTKN VĐTKN VĐTKN VĐTKN VĐTKN
Hình: Sơ đồ đấu dây động lực nguồn 220V – AC
KIẾNG 3 RƠ LE KIẾNG 4 RƠ LE KIẾNG 5 RƠ LE KIẾNG 6 RƠ LE KIẾNG 7 RƠ LE KIẾNG 8 RƠ LE KIẾNG 9 RƠ LE
CẢM BIẾN PHẢN QUANG ĐÈN BÁO
Hình 4.8 Sơ đồ đấu dây động lực nguồn 24V - DC
4.4.8 Sơ đồ nguồn của hệ thống
Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống dây nguồn
Các bộ phân của mô hình
4.5.1 Pit tong đẩy sản phẩm
Hình 4.10 Pit tong đẩy sản phẩm
• Tác dụng: Đẩy sản phẩm vào băng tải 1.
•Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút ON, RL 10 có điện kích cho VĐTKN 8 để PT đẩy sản phẩm vào băng tải 1.
• Kích thước: dài 18cm, đường kính 2cm.
• Khoảng cách: từ PT đến BT 1 là 2cm.
• Tác dụng: Vận chuyển sản phẩm đầu vào.
Khi nhấn nút ON, động cơ 220V – AC sẽ kích hoạt BT 1, giúp di chuyển sản phẩm đến cuối BT 1 để CTRB 1 thực hiện việc gắp sản phẩm.
• Sử dụng động cơ 220V – AC và hộp giảm tốc để kéo BT 1.
• Kích thước: dài 37cm, rộng 4 cm.
• Khoảng cách: Giữa băng tải 1 đến cánh tay robot 1 gắp là 5 cm.
•Tác dụng: Vận chuyển sản phẩm qua các cảm biến để nhận dạng phân loại sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống này bắt đầu khi CTBR 1 thả sản phẩm lên băng tải 2 Ngay sau đó, băng tải 2 sẽ vận chuyển sản phẩm và đưa qua các cảm biến để nhận dạng Khi sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 2, CTRB 2 sẽ gắp sản phẩm và đưa vào vị trí đã được phân loại.
• Sử dụng động cơ 220V – AC và hộp giảm tốc để kéo băng tải 2.
• Kích thước: dài 37 cm, rộng 4 cm.
• Khoảng cách: Giữa băng tải 2 đến cánh tay gắp là 16cm.
•Tác dụng: Cánh tay robot 1 gắp sản phẩm vận chuyển từ băng tải 1 sang băng tải 2.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi CBQ 1 kích hoạt cánh tay robot 1 Tại vị trí ban đầu, VĐTKN B5 kích hoạt XL 4 để trượt xuống, sau đó VĐTKN 6 kích hoạt XL 5 để khóa cố định sản phẩm Khi sản phẩm đã được khóa, VĐTKN 5 kích hoạt XL 4 để nâng sản phẩm khỏi BT 1, và VĐTKN 7 kích hoạt XL 6 để xoay CTRB 1, chuyển sản phẩm sang BT 2 Tại BT 2, VĐTKN 5 lại kích hoạt XL 4 để trượt xuống và VĐTKN B6 kích hoạt XL 5 để nhả sản phẩm Sau khi nhả xong, VĐTKN 5 kích hoạt XL 4 để nâng lên khỏi BT 2, và kết thúc động tác, VĐTKN 7 được kích hoạt để XL 6 xoay CTRB 1 về vị trí ban đầu.
•Kích thước: Cao 33 cm, rộng 25 cm, chiều dài khi chưa đẩy ra là 23cm và khi đẩy ra là 30cm.
• Khoảng cách: Giữa cánh tay đến băng tải 1 và băng tải 2 là 5 cm
•Tác dụng: Cánh tay robot 2 gặp sản phẩm đã phân loại vào đúng vị trí mỗi loại sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống diễn ra như sau: Khi sản phẩm đến vị trí cuối của BT 2, CBQ 2 nhận tín hiệu kích hoạt để CTRB 2 hoạt động Đồng thời, VĐTKN 3 cung cấp điện cho XL 2, giúp CTRB 2 hạ xuống Sau khoảng 2 giây, VĐTKN 4 kích hoạt XL 3 để khóa sản phẩm Khi sản phẩm đã được khóa, sau 1 giây, VĐTKN 3 ngừng cung cấp điện, khiến XL 2 rút về và cho phép CTRB 2 gắp sản phẩm lên.
Khi sản phẩm được gắp lên, VĐTKN 1 kích hoạt điện XL 1, khiến CTRB 2 trượt từ trái sang phải đến vị trí thả sản phẩm đã được nhận dạng Khi CTRB 2 đến đúng vị trí, VĐTKN 1 ngắt điện XL 1 để CTRB 2 dừng lại Sau 2 giây, VĐTKN 3 kích hoạt điện XL 2 để hạ CTRB 2 xuống, và sau 2 giây tiếp theo, VĐTKN 4 ngắt điện XL 3 để mở khóa sản phẩm, thả sản phẩm vào vị trí chứa.
Khi sản phẩm được phân loại đúng vị trí, sau 1 giây, VĐTKN 3 sẽ ngắt điện để XL 2 rút CTRB 2 lên Tiếp theo, sau 2 giây, VĐTKN 2 sẽ có điện kích hoạt XL.
1 đưa CTRB 2 về ( từ phải sang trái).
•Kích thước: Cao 33 cm, rộng 25 cm, chiều dài khi chưa đẩy ra là 23cm và khi đẩy ra là 30cm.
• Khoảng cách: Giữa cánh tay đến băng tải 1 và băng tải 2 là 7cm.
Gồm có 3 vị trí chứa sản phẩm
Hình 4.15 Vị trí các sản phẩm
Hình 4.16 Sản phẩm kim loại
+ Sản phẩm phi kim màu đỏ
Hình 4.17 Sản phẩm phi kim màu đỏ
+ Sản phẩm phi kim màu vàng
Hình 4.18 Sản phẩm phi kim màu vàng
Thiết kế giao diện trên HMI
Hình 4.30 Giao diện HMI trang 1
Hình4.31 Giao diện HMI trang 2
Hình 4.32 Giao diện HMI trang 3
Hình 4.33 Giao diện HMI trang 4
Hình 4.34 Giao diện HMI trang 5
Hình 4.35 Giao diện HMI trang 6
Hình 4.36 Giao diện HMI trang 7
Hình4.37 Giao diện HMI trang 8
4.8 Một số hình ảnh về mô hình