Chương 1: Tổng quan. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Chương 3: Thiết kế và tính toán. - Chương 4: Thi công mô hình, hệ thống.
- Chương 5: Kết quả thực hiện.: Kết luận và hướng phát triển. Tình hình trong và ngoài nước Hiện nay, các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu trong nước đang đầu tư và phát triển các công nghệ phân loại trái cây tiên tiến. Các hệ thống phân loại trái cây tự động được áp dụng rộng rãi ở các nông trại và cơ sở chế biến, góp phần tăng năng suất và chất lượng sản phẩm phân phối trong nước và xuất khẩu. Ngoài nước, các quốc gia Châu Âu có ngành nông nghiệp phát triển lớn mạnh đang dẫn đầu trong việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tự động hóa, trí tuệ nhân tạo vào hệ thống phân loại trái cây nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công và tăng cường chất lượng sản phẩm 1.
Một số công nghệ phân loại trái cây - Trong nước: Hình 1.1: Máy phân loại trái cây iQS Performance Plus [41] Máy sử dụng hệ thống camera cải tiến thông minh giúp quan sát và nhận diện chi tiết hình ảnh, tự động lưu lại các thông số của trái cây để phân loại chính xác trái cây theo từng nhóm chất lượng. Máy có thể nhận biết và phân biệt các khuyết điểm trên trái cây, màu sắc, kích thước, giúp tối ưu hóa chất lượng sản phẩm đầu ra. 3 - Ngoài nước: Hình 1.2: Máy thu hoạch và phân loại cà chua [42] Ngoài những hệ thống phân loại theo màu sắc và kích thước bằng dây chuyền, thì cũng có những loại máy sử dụng hệ thống phân loại kết hợp với việc thu hoạch. Điển hình là máy thu hoạch cà chua kết hợp hệ thống phân loại theo màu sắc, cà chua được thu hoạch và đưa tới khu vực phân loại.
Những trái cà chua đạt yêu cầu được đưa đi chế biến thành phẩm, còn những trái chưa đạt sẽ được khu vực xử lý khác. Giới hạn Đề tài mang tính nghiên cứu, thực nghiệm về hệ thống phân loại tự động hóa trong quá trình sản xuất, lập trình thuật toán xử lý ảnh, điều khiển khí nén và thiết kế cơ khí. Trong đề tài này, để đảm bảo tính nhất quán đối với mô hình, nhóm chúng em đã giới hạn các thông số như: màu sắc, kích thước của trái cây; số lượng phân vùng phân loại được; tốc độ băng tải. Đồng thời, các yêu cầu khác về cơ cấu cơ khí cũng nằm ngoài phạm vi nghiên cứu đề tài.
Tổng quan về PLC S7-1200 2. Giới thiệu về PLC Hình 2.1: PLC S7-1200 [13] PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hay qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thời hoặc các sự kiện được đếm.
PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế. PLC hoạt động theo cách quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic.
Một PLC cơ bản cần phải có 3 bộ phận chính đó là: 1 chương trình RAM bên trong, 1 bộ vi xử lý có cổng giao tiếp và module vào/ra. RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng. Đối với một bộ PLC hoàn chỉnh thì cần phải kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hoặc máy tính. Các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh.2: Bộ vi xử lý [12] 2. Chức năng và nguyên lý hoạt động - Chức năng: PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơle) trong thực tế.
PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: • Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
• Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. • Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp. • Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. • Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Module mở rộng.
Bộ điều khiển PLC có nhiều loại khác nhau và được phân biệt với nhau qua các thành phần sau: • Dung lượng nhớ. • Bộ định thời (timer). • Các chức năng đặc biệt. • Loại xử lý chương trình.
• Khả năng truyền thông. Với các bộ điều khiển lớn thì các thành phần trên được lắp thành các module riêng. Đối với các bộ điều khiển nhỏ, chúng được tích hợp trong bộ điều khiển. Các bộ điều khiển nhỏ này có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định.
Bộ điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở ngõ vào của nó. Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình. Kết quả xử lý được đưa ra ngõ ra để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu. - Nguyên lý hoạt động: Khi CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC.
Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện đóng hay ngắt các đầu ra theo từng lệnh trong chương trình. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ. Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: • Address bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau. • Data bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
• Control bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC. Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1,8 Mhz. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
Giới thiệu PLC S7-1200 S7-1200 được ra đời vào năm 2009, dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có nhiều tính năng nổi trổi hơn. S7-1200 được thiết kế nhỏ gon, chi phí thấp, và có một tập lệnh mạnh giúp có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng so với S7-200. S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ Ethernet và TCP/IP.
Các thành phần của PLC S7-1200 • 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi mở rộng. 7 • 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm. • 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm module SM và SB. • 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
• Bổ sung 4 cổng Ethernet. • Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp PTP. Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau…[17] Hình 2.3: Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200 [17] 2. Các dòng chính của PLC S7-1200 • S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
• PLC S7-1200 CPU 1211C với bộ nhớ 50KB work memory (Lưu ý: không mở rộng được module I/O). • PLC S7-1200 CPU 1212C với bộ nhớ 75KB work memory. • PLC S7-1200 CPU 1214C với bộ nhớ 100KB work memory. • PLC S7-1200 CPU 1215C với bộ nhớ 125KB work memory.
• PLC S7-1200 CPU 1217C với bộ nhớ 150KB work memory. Tùy vào ứng dụng điều khiển hệ thống để có thể chọn các model phù hợp.4: Đặc tính kỹ thuật của CPU S7-1200 Siemens [17] 2. Module mở rộng PLC S7-1200 PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để mở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất. [16] S7-1200 có các loại module mở rộng sau: - Signal Boards (SB) Signal Board được kết nối trực tiếp với mặt trước của CPU. Chúng thường được sử dụng khi không gian bị hạn chế hoặc nếu chỉ cần thêm một số lượng nhỏ đầu vào/đầu ra. • Mỗi CPU S7-1200 có thể mở rộng I/O bởi một Signal Board.
• Sử dụng Signal Board không làm tăng không gian lắp đặt cần thiết cho bộ điều khiển. • I/O có thể mở rộng bao gồm: DI, DO, AI, AO hoặc hỗn hợp.5: Signal Board [16] - Digital Module: Digital Module cung cấp tùy chọn để mở rộng và sử dụng thêm các DI, DO ngoài các đầu vào / đầu ra số tích hợp hiện có. • Có thể sử dụng Digital Module với tất cả các CPU SIMATIC S7-1200 ngoại trừ CPU 1211C. • Có sẵn các mô-đun với 8, 16 và 32 kênh đầu vào / đầu ra.
• Cấu hình với TIA Portal cực kỳ đơn giản. - Analog Module Analog Module cung cấp tùy chọn để mở rộng và sử dụng thêm các AI, AO ngoài các đầu vào / đầu ra tương tự tích hợp hiện có. Có thể sử dụng Analog Module với tất cả các CPU SIMATIC S7-1200 ngoại trừ CPU 1211C. - Failsafe Digital Module: Hình 2.