Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Phương
• Người hướng dẫn: Ths. Vũ Thành Long
• Trường học: Đại học Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện dân dụng – công nghiệp
• Đề tài: Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG, HÌNH ẢNH
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Giới thiệu đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Phương pháp thực hiện đề tài
• 1.4. Phạm vi đề tài
• 1.5. Lựa chọn thiết bị điều khiển
• 1.5.1. Khái niệm về PLC
• 1.5.2. Giới thiệu về PLC
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG
• 2.1. Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình plc
• 2.1.1. Khái niệm về PLC
• 2.1.2. Giới thiệu về PLC
• 2.1.3. Lợi ích của việc sử dụng PLC
• 2.1.4. Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC
• 2.1.5. Cấu trúc của PLC
• 2.1.6. Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC
• 2.2. Giới thiệu về PLC Omron
• 2.3. Giới thiệu họ PLC S7 – 200
• 2.4. Bộ lập trình PLC Mitsubishi FX1S-20MT-001
• 2.5. Lựa chọn thiết bị
• 2.6. Cảm biến nhận biết sản phẩm hồng ngoại E3F DS30C4 24V
• 2.7. Đông cơ và băng tải
• 2.8. Hệ Xilanh - pitton khí nén
• 2.9. Rơ le trung gian
• 2. Sơ đồ nguyên lý mạch đều khiển.THIẾT KẾ LẬP TRÌNH VÀ KIỂM SOÁT HỆ THỐNG
• 2. Mô hình mô tả hệ thống
• 2. Thiết kế và thi công mô hình
• 2. Đặt địa chỉ vào ra cho PLC
• 2. Phân tích chọn biến vào/ ra
• 2. Đặt địa chỉ
• 2. Mô tả trạng thái hoạt động
• 2. Giới thiệu về phần mềm lập trình GX Work 2
• 2. Chương trình điều khiển
• 2. THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ
• 2. Nạp chương trình mô phỏng trước khi nạp vào PLC thực
• 2. Trạng thái ban đầu
• 2. Trạng thái khi bấm nút Start(m) băng tải chạy
• 2. Trạng thái khi bấm nút Stop(d) băng tải dừng
• 2. Trạng thái khi thấy sản phẩm cao pitton đẩy sản phẩm cao tác động và đếm sản phẩm cao
• 2. Trạng thái khi thấy sản phẩm thấp pitton đẩy sản phẩm TB tác động và đếm sản phẩm TB
• 2. Đếm sản phẩm TB
• 2. Trạng thái đếm sản phẩm cao
• 2. Giới thiệu sản phẩm mô hình thực

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đồ Án Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao PLC

Ngày nay, hệ thống điều khiển và giám sát tự động đã trở nên phổ biến, đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống. Điều khiển tự động đã phát triển thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào sản xuất. Ứng dụng điều khiển vị trí và tốc độ động cơ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa, giúp mọi người hiểu và áp dụng. Đề tài "Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao" sử dụng PLC Mitsubishi sẽ tạo điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm và bổ sung kiến thức. Đề tài này tập trung vào việc ứng dụng các kiến thức đã học để xây dựng một mô hình thực nghiệm có khả năng phân loại sản phẩm theo chiều cao. Việc này không chỉ giúp giảm sức lao động mà còn nâng cao năng suất và cải thiện điều kiện làm việc. Hệ thống sử dụng các cảm biến hồng ngoại để xác định chiều cao và băng tải để vận chuyển sản phẩm, sau đó hệ thống pitton khí nén sẽ đẩy sản phẩm vào các thùng chứa tương ứng. Mục tiêu là xây dựng một mô hình nhỏ gọn, hoạt động ổn định và dễ dàng lắp đặt, thể hiện một công đoạn trong hệ thống sản xuất phân loại và đóng gói sản phẩm. Việc nghiên cứu này được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Vũ Thành Long và các thầy cô giảng dạy trong khoa điện – điện công nghiệp. Trong quá trình thực hiện, chắc chắn sẽ có những sai sót, mong quý thầy cô thông cảm và bỏ qua.

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống phân loại sản phẩm tự động

Hệ thống phân loại sản phẩm tự động là một ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại, giúp tăng năng suất và giảm chi phí nhân công. Hệ thống này sử dụng các cảm biến để xác định các thuộc tính của sản phẩm, chẳng hạn như chiều cao, trọng lượng, màu sắc, hoặc hình dạng. Dựa trên thông tin này, hệ thống sẽ tự động phân loại sản phẩm vào các khu vực khác nhau, phục vụ cho các mục đích đóng gói, lưu trữ, hoặc vận chuyển. Việc sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) cho phép hệ thống hoạt động một cách linh hoạt và dễ dàng điều chỉnh, đáp ứng các yêu cầu thay đổi của quy trình sản xuất. Các cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc thu thập thông tin chính xác về sản phẩm, trong khi PLC xử lý thông tin và điều khiển các thiết bị chấp hành như băng tải và xylanh để thực hiện việc phân loại. Việc tự động hóa quy trình phân loại không chỉ giúp giảm thiểu sai sót do con người gây ra mà còn cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động của nhà máy. Các hệ thống này thường được tích hợp với các hệ thống quản lý kho hàng và hệ thống điều khiển sản xuất để tối ưu hóa toàn bộ quy trình cung ứng và sản xuất.

1.2. Mục tiêu và phạm vi của đồ án phân loại sản phẩm theo PLC

Đồ án này tập trung vào việc thiết kế và xây dựng một mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi. Mục tiêu chính là tạo ra một hệ thống nhỏ gọn, hoạt động ổn định và dễ dàng lắp đặt, có khả năng thể hiện một công đoạn trong quy trình sản xuất và đóng gói sản phẩm. Do giới hạn về thời gian và nguồn lực, phạm vi của đồ án được giới hạn trong việc giải quyết một số vấn đề cụ thể: Hệ thống điều khiển sẽ sử dụng PLC Mitsubishi và các cảm biến phù hợp. Cơ cấu phân loại sản phẩm sẽ dựa trên hệ thống băng tải và xylanh khí nén, điều khiển vị trí một cách chính xác. Đồ án cũng sẽ tập trung vào việc lập trình PLC để điều khiển hệ thống hoạt động một cách tự động. Mặc dù có nhiều hệ thống phân loại sản phẩm hoàn thiện đã được phát triển trong thực tế, đồ án này tập trung vào việc xây dựng một mô hình đơn giản nhưng hiệu quả, phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu. Kết quả của đồ án sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về cách thức hoạt động của một hệ thống phân loại sản phẩm tự động và các yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình thiết kế và triển khai.

II. Thách Thức Thiết Kế Hệ Thống Phân Loại PLC

Việc thiết kế một hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật. Đầu tiên, việc lựa chọn cảm biến phù hợp là rất quan trọng. Cảm biến phải có khả năng phát hiện chiều cao sản phẩm một cách chính xác và nhanh chóng, đồng thời phải hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp. Tiếp theo, việc thiết kế cơ cấu chấp hành, bao gồm băng tải và xylanh khí nén, cũng đòi hỏi sự cẩn trọng. Băng tải phải có tốc độ phù hợp và khả năng chịu tải đủ lớn để vận chuyển sản phẩm một cách ổn định. Xylanh khí nén phải có lực đẩy đủ mạnh để đẩy sản phẩm vào các thùng chứa một cách chính xác. Quan trọng hơn cả là việc lập trình PLC để điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động một cách tự động và chính xác. Chương trình PLC phải xử lý tín hiệu từ cảm biến, điều khiển băng tải và xylanh, đồng thời phải đảm bảo an toàn cho hệ thống và sản phẩm. Ngoài ra, việc tích hợp các thành phần khác nhau của hệ thống, bao gồm cảm biến, cơ cấu chấp hành và PLC, cũng đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ và kiến thức chuyên môn sâu rộng.

2.1. Lựa chọn cảm biến phù hợp cho đo chiều cao sản phẩm

Việc lựa chọn cảm biến phù hợp là một trong những thách thức quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao. Cảm biến phải đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, tốc độ phản hồi, độ bền và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp. Các loại cảm biến thường được sử dụng bao gồm cảm biến quang điện, cảm biến siêu âm và cảm biến laser. Mỗi loại cảm biến có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Cảm biến quang điện có giá thành rẻ và dễ sử dụng, nhưng có thể bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường. Cảm biến siêu âm có thể đo khoảng cách mà không cần tiếp xúc, nhưng độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm. Cảm biến laser có độ chính xác cao và khả năng đo nhanh, nhưng có giá thành đắt hơn. Việc lựa chọn cảm biến phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm phạm vi đo, độ chính xác yêu cầu, tốc độ phản hồi và điều kiện môi trường. Cần xem xét kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật của cảm biến và thử nghiệm trong điều kiện thực tế để đảm bảo cảm biến đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống.

2.2. Thiết kế cơ cấu chấp hành Băng tải và xylanh khí nén

Cơ cấu chấp hành đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện việc phân loại sản phẩm. Cơ cấu này bao gồm băng tải để vận chuyển sản phẩm và xylanh khí nén để đẩy sản phẩm vào các thùng chứa. Thiết kế cơ cấu chấp hành đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về các yếu tố như tốc độ, tải trọng, độ chính xác và độ bền. Băng tải phải có tốc độ phù hợp để đảm bảo sản phẩm được vận chuyển một cách ổn định và không bị rơi. Tải trọng của băng tải phải đủ lớn để chịu được trọng lượng của sản phẩm. Xylanh khí nén phải có lực đẩy đủ mạnh để đẩy sản phẩm vào các thùng chứa một cách chính xác. Cần lựa chọn xylanh có hành trình phù hợp và van điều khiển có tốc độ phản hồi nhanh để đảm bảo độ chính xác của việc phân loại. Ngoài ra, cần xem xét đến độ bền của cơ cấu chấp hành, đặc biệt là trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Các vật liệu chế tạo phải có khả năng chống chịu mài mòn, ăn mòn và các tác động cơ học. Thiết kế cơ cấu chấp hành cần đảm bảo tính ổn định, độ chính xác và độ bền để hệ thống hoạt động một cách hiệu quả và tin cậy.

III. Phương Pháp Lập Trình PLC Phân Loại Sản Phẩm Hiệu Quả

Lập trình PLC là một phần không thể thiếu trong quá trình xây dựng hệ thống phân loại sản phẩm. Chương trình PLC phải có khả năng xử lý tín hiệu từ cảm biến, điều khiển băng tải và xylanh khí nén, đồng thời phải đảm bảo an toàn cho hệ thống và sản phẩm. Một phương pháp lập trình PLC hiệu quả là sử dụng lưu đồ thuật toán để mô tả quy trình hoạt động của hệ thống. Lưu đồ thuật toán giúp dễ dàng hình dung các bước thực hiện và các điều kiện rẽ nhánh. Sau đó, có thể chuyển đổi lưu đồ thuật toán thành chương trình PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình phù hợp, chẳng hạn như Ladder Diagram (LAD) hoặc Function Block Diagram (FBD). Chương trình PLC cần được kiểm tra và gỡ lỗi kỹ lưỡng trước khi đưa vào vận hành thực tế. Việc sử dụng các công cụ mô phỏng PLC giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển chương trình.

3.1. Sử dụng lưu đồ thuật toán để thiết kế chương trình PLC

Sử dụng lưu đồ thuật toán là một phương pháp hiệu quả để thiết kế chương trình PLC cho hệ thống phân loại sản phẩm. Lưu đồ thuật toán giúp mô tả quy trình hoạt động của hệ thống một cách trực quan và dễ hiểu. Các bước thực hiện, các điều kiện rẽ nhánh và các hành động cần thực hiện được thể hiện rõ ràng trong lưu đồ. Điều này giúp người lập trình PLC dễ dàng hình dung quy trình hoạt động và chuyển đổi thành chương trình PLC một cách chính xác. Lưu đồ thuật toán cũng giúp dễ dàng phát hiện và sửa lỗi trong quá trình thiết kế. Bằng cách kiểm tra lưu đồ, người lập trình có thể đảm bảo rằng hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu và không có lỗi logic. Ngoài ra, lưu đồ thuật toán cũng là một tài liệu tham khảo hữu ích cho việc bảo trì và nâng cấp hệ thống sau này. Khi có yêu cầu thay đổi quy trình hoạt động, người lập trình có thể dễ dàng chỉnh sửa lưu đồ và cập nhật chương trình PLC tương ứng.

3.2. Ngôn ngữ lập trình Ladder Diagram LAD cho PLC Mitsubishi

Ladder Diagram (LAD) là một ngôn ngữ lập trình đồ họa phổ biến được sử dụng rộng rãi trong lập trình PLC, đặc biệt là cho PLC Mitsubishi. Ngôn ngữ LAD mô phỏng sơ đồ mạch điện logic, sử dụng các biểu tượng như công tắc, rơle và cuộn dây để thể hiện các hoạt động logic. Điều này giúp người lập trình dễ dàng hình dung và xây dựng chương trình PLC dựa trên kiến thức về mạch điện. Trong hệ thống phân loại sản phẩm, ngôn ngữ LAD có thể được sử dụng để điều khiển cảm biến, băng tải và xylanh khí nén. Các công tắc trong LAD có thể đại diện cho tín hiệu từ cảm biến, trong khi các rơle và cuộn dây có thể đại diện cho các hoạt động điều khiển băng tải và xylanh. Việc sử dụng ngôn ngữ LAD giúp chương trình PLC dễ đọc, dễ hiểu và dễ bảo trì. Ngoài ra, PLC Mitsubishi cung cấp các công cụ hỗ trợ lập trình LAD mạnh mẽ, giúp người lập trình dễ dàng xây dựng và kiểm tra chương trình.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Mô Hình Phân Loại Sản Phẩm PLC

Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Trong ngành thực phẩm, mô hình này có thể được sử dụng để phân loại các loại bánh kẹo, hộp sữa hoặc chai nước theo chiều cao để đóng gói. Trong ngành điện tử, mô hình này có thể được sử dụng để phân loại các loại linh kiện điện tử theo kích thước để lắp ráp. Trong ngành dược phẩm, mô hình này có thể được sử dụng để phân loại các loại thuốc viên hoặc vỉ thuốc theo kích thước để đóng gói. Việc tự động hóa quy trình phân loại giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

4.1. Phân loại sản phẩm trong ngành công nghiệp thực phẩm

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có thể được sử dụng để phân loại nhiều loại sản phẩm khác nhau, từ bánh kẹo đến chai nước. Ví dụ, trong một nhà máy sản xuất bánh kẹo, hệ thống này có thể được sử dụng để phân loại các loại bánh có kích thước khác nhau vào các hộp đựng phù hợp. Điều này giúp đảm bảo rằng mỗi hộp bánh kẹo có số lượng bánh chính xác và kích thước phù hợp. Tương tự, trong một nhà máy sản xuất đồ uống, hệ thống này có thể được sử dụng để phân loại các chai nước có chiều cao khác nhau vào các khay đựng phù hợp. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình đóng gói và vận chuyển, giảm thiểu rủi ro hư hỏng sản phẩm. Ngoài ra, hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao còn có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm. Bằng cách đo chiều cao của sản phẩm, hệ thống có thể phát hiện các sản phẩm bị lỗi hoặc không đạt tiêu chuẩn, giúp loại bỏ các sản phẩm kém chất lượng trước khi đưa ra thị trường.

4.2. Ứng dụng trong ngành điện tử Lắp ráp linh kiện tự động

Trong ngành công nghiệp điện tử, hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đóng vai trò quan trọng trong quá trình lắp ráp linh kiện tự động. Các linh kiện điện tử có kích thước rất nhỏ và yêu cầu độ chính xác cao trong quá trình lắp ráp. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có thể được sử dụng để phân loại các linh kiện theo kích thước, giúp đảm bảo rằng các linh kiện phù hợp được sử dụng trong quá trình lắp ráp. Ví dụ, trong một nhà máy sản xuất bảng mạch điện tử, hệ thống này có thể được sử dụng để phân loại các điện trở, tụ điện và IC theo kích thước và giá trị. Các linh kiện này sau đó sẽ được sử dụng để lắp ráp bảng mạch một cách tự động. Việc sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao giúp tăng độ chính xác và tốc độ của quá trình lắp ráp, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất.

V. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Phân Loại PLC

Đồ án thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi đã đạt được những kết quả khả quan. Mô hình hoạt động ổn định, đáp ứng được các yêu cầu cơ bản về phân loại sản phẩm. Tuy nhiên, để hoàn thiện hơn nữa, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển thêm các tính năng mới, chẳng hạn như khả năng phân loại sản phẩm theo nhiều tiêu chí khác nhau (màu sắc, trọng lượng,...), khả năng kết nối với hệ thống quản lý sản xuất, và khả năng tự động điều chỉnh tham số hoạt động. Việc ứng dụng các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy cũng hứa hẹn mang lại nhiều tiềm năng cho sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm.

5.1. Hướng phát triển hệ thống phân loại sản phẩm đa tiêu chí

Để nâng cao tính linh hoạt và ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm, hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc tích hợp khả năng phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, không chỉ giới hạn ở chiều cao. Các tiêu chí này có thể bao gồm màu sắc, trọng lượng, hình dạng và các thuộc tính khác của sản phẩm. Việc tích hợp nhiều cảm biến và thuật toán xử lý ảnh sẽ cho phép hệ thống thu thập và phân tích thông tin chi tiết về sản phẩm, từ đó đưa ra quyết định phân loại chính xác. Ví dụ, một hệ thống phân loại đa tiêu chí có thể được sử dụng để phân loại trái cây theo kích thước, màu sắc và độ chín, giúp đảm bảo chất lượng và đồng đều của sản phẩm.

5.2. Tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy vào PLC phân loại

Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) vào hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC mang lại nhiều tiềm năng to lớn. Các thuật toán AI và ML có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu từ cảm biến, dự đoán các vấn đề tiềm ẩn và tự động điều chỉnh tham số hoạt động của hệ thống. Ví dụ, một thuật toán học máy có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu hình ảnh và nhận diện các sản phẩm bị lỗi hoặc không đạt tiêu chuẩn, giúp loại bỏ các sản phẩm kém chất lượng trước khi đưa ra thị trường. AI cũng có thể được sử dụng để tối ưu hóa quy trình phân loại, giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế hiện đại hóa quy trình sản xuất công nghiệp, việc ứng dụng tự động hóa vào các dây chuyền chế tạo, đóng gói và lưu kho trở thành yêu cầu thiết yếu nhằm giảm thiểu chi phí nhân công, rút ngắn thời gian vận hành và nâng cao tính chính xác trong quản lý sản phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm tự động đóng vai trò then chốt tại các khâu trung gian và hoàn thiện sản phẩm. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp đại học ngành Điện dân dụng – công nghiệp tại Trường Đại học Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội đã thực hiện đề tài "Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi" do sinh viên Nguyễn Hoàng Phương thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Vũ Thành Long.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mô hình thực nghiệm phân loại sản phẩm theo chiều cao có cấu trúc nhỏ gọn, hoạt động ổn định và dễ dàng lắp đặt, phản ánh một công đoạn tự động hóa điển hình trong dây chuyền sản xuất và đóng gói.
2. Khảo sát, so sánh và lựa chọn bộ điều khiển trung tâm tối ưu giữa bộ điều khiển lập trình logic (PLC) và vi điều khiển dựa trên các tiêu chí kỹ thuật công nghiệp.
3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển, tính toán và lựa chọn các thiết bị phần cứng bao gồm: bộ điều khiển lập trình PLC, cảm biến quang điện hồng ngoại, hệ thống truyền động băng tải động cơ một chiều, hệ thống xilanh – piston khí nén và khí cụ đóng cắt.
4. Xây dựng thuật toán, phân bổ bảng địa chỉ vào/ra (I/O) và lập trình điều khiển hệ thống trên phần mềm chuyên dụng.
5. Thi công lắp ráp mô hình vật lý, nạp chương trình, chạy thử nghiệm mô phỏng và vận hành thực tế để kiểm tra khả năng phân loại và đếm sản phẩm.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mô hình cơ điện tử phân loại sản phẩm theo chiều cao, kết hợp giữa bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi, cảm biến hồng ngoại và cơ cấu chấp hành khí nén. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở quy mô mô hình thực nghiệm trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp; tập trung xử lý phân loại 2 nhóm chiều cao sản phẩm (sản phẩm cao và sản phẩm trung bình/thấp), điều khiển vị trí chuyển động bằng băng tải mini và phân luồng bằng xilanh khí nén có tải trọng nhỏ.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nội dung đồ án được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất, lý thuyết truyền động điện và cơ sở kỹ thuật khí nén:

• Khung lý thuyết điều khiển lập trình PLC: Phân tích cấu trúc phần cứng của PLC gồm bộ xử lý trung tâm (CPU chứa ALU, thanh ghi, khối điều khiển), bộ nhớ (ROM, RAM, EPROM, EEPROM), bộ nguồn dải rộng chuyển đổi nguồn AC sang DC 5V, hệ thống bus (bus dữ liệu 8-bit/16-bit, bus địa chỉ, bus điều khiển, bus hệ thống) và giao diện vào/ra (I/O). Nguyên lý hoạt động dựa trên chu kỳ quét vòng (Scan cycle) và lập trình bằng ngôn ngữ sơ đồ bậc thang (Ladder Diagram - LAD).
• Lý thuyết truyền động điện một chiều: Phân tích đặc tính cơ, phương trình cân bằng điện áp và từ thông của các dạng động cơ điện một chiều (kích từ nối tiếp, kích từ độc lập, kích từ hỗn hợp) để lựa chọn giải pháp kéo băng tải vận chuyển sản phẩm.
• Lý thuyết hệ thống khí nén công nghiệp: Nguyên lý làm việc của cơ cấu chấp hành xilanh khí nén hai tác động, công thức tính toán lực đẩy piston ($F = p \cdot S$) theo áp suất làm việc và diện tích nòng; nguyên lý đảo chiều dòng khí của van điện từ (Solenoid valve) loại 5/2 và 3/2.
• Nguyên lý cảm biến quang điện: Đặc tính phát hiện vật thể không tiếp xúc dựa trên phát - thu tia hồng ngoại và tầng ngõ ra bán dẫn NPN cực thu hở (open collector).
• Lý thuyết khí cụ điện: Phân loại và đặc tính chuyển mạch vào - ra bước nhảy của rơ le trung gian, các loại nút ấn điều khiển (thường mở NO, thường đóng NC) và đèn báo hiển thị trạng thái.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Khảo sát các tài liệu chuyên ngành về họ PLC Siemens S7-200 (CPU 212, CPU 214, series 22X), PLC Omron (CP1E, CP1L, CP1H, CJ2M, CS1/CS1D) và dòng PLC Mitsubishi FX Series; tài liệu thông số kỹ thuật của nhà sản xuất thiết bị khí nén SMC và linh kiện điện tử.
• Phương pháp so sánh kỹ thuật: Đặt lên bàn cân giữa PLC và vi điều khiển về mặt cấu trúc phần cứng, khả năng lọc nhiễu công nghiệp, ngôn ngữ lập trình, độ bền và chi phí đầu tư nhằm xác định giải pháp phù hợp với môi trường sản xuất.
• Phương pháp thiết kế và tính toán kỹ thuật: Thiết kế sơ đồ nguyên lý trên máy tính, tính toán chọn đường kính nòng xilanh dựa trên áp suất nguồn 8 bar và tải trọng phôi giả định 1 kg; phân bổ địa chỉ biến vào/ra cho hệ thống.
• Phương pháp thực nghiệm - mô phỏng: Ứng dụng phần mềm GX Works 2 để biên dịch chương trình Ladder, chạy kiểm thử mô phỏng chu trình logic trước khi nạp trực tiếp vào phần cứng PLC Mitsubishi FX1S-20MT-001 để vận hành trên mô hình thực tế.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa gồm 4 khối chính: Khối điều khiển trung tâm (PLC), Khối nhận biết tín hiệu (Cảm biến & Nút ấn), Khối chấp hành truyền động (Băng tải & Xilanh khí nén) và Khối hiển thị - bảo vệ (Đèn báo & Rơ le).

Hạng mục phần cứng	Model / Quy cách kỹ thuật	Thông số và đặc tính vận hành
Bộ điều khiển lập trình (PLC)	Mitsubishi FX1S-20MT-001	20 I/O (12 ngõ vào cách ly quang, 8 ngõ ra transistor); Nguồn cấp 220VAC, nguồn nội 24VDC; Bộ nhớ 2000 bước lệnh EEPROM; 512 relay phụ, 64 timer, 32 counter, 256 thanh ghi; Tích hợp bộ đếm tốc độ cao HSC và 2 ngõ ra phát xung.
Cảm biến quang hồng ngoại	E3F-DS30C4	Điện áp 6–36VDC; Khoảng cách phát hiện 5–30 cm (tùy chỉnh bằng biến trở); Dòng tải ngõ ra 300 mA, dạng NPN cực thu hở; Vỏ nhựa, tích hợp LED đỏ chỉ thị trạng thái; Sơ đồ 3 dây (Nâu: VCC, Đen: Tín hiệu, Xanh dương: GND).
Động cơ truyền động	RS385 V1 (DC 12–24V)	Tốc độ định mức 8000 rpm; Đường kính thân 27 mm, chiều dài thân 45 mm, đường kính trục 2.3 mm; Động cơ một chiều kích từ độc lập kết hợp hộp giảm tốc 24V.
Băng tải vận chuyển	Băng tải dây đai mini	Chiều dài 40–45 cm, chiều rộng 6–8 cm, chiều cao 10 cm; Khung nhôm định hình 20x20 kết hợp ốc tán; Chân đế in 3D bằng nhựa PLA có lỗ bắt cố định; Tải trọng làm việc < 50 kg.
Xilanh khí nén	CDM2B20-250Z	Xilanh hai tác động một trục; Kích thước nòng 20 mm, hành trình làm việc 250 mm; Lưu chất khí nén, áp suất làm việc 0.05–1.0 MPa; Tốc độ piston 50–750 mm/s; Lực đẩy tính toán $F = 10\text{ N}$ ở áp suất cấp 8 bar ($\approx 8.158\text{ kg/cm}^2$).
Van điện từ đảo chiều	SY3220-5MOZE-C6 & VX3114-01N-5C1	01 van điện từ khí nén loại 5/2 (5 cửa 2 vị trí) điều khiển xilanh chính và 02 van khí nén loại 3/2 (3 cửa 2 vị trí) điều khiển các nhánh phụ.
Khí cụ đóng cắt & hiển thị	Nút ấn, Đèn báo, Rơ le	Nút Start loại thường mở (NO), nút Stop loại thường đóng (NC); Đèn báo hiển thị 24VDC (phi 22 mm, dài 50 mm, dòng tiêu thụ ~20 mA); Hệ thống rơ le trung gian đóng cắt mạch động lực.

Quy trình vận hành logic của hệ thống được lập trình qua phần mềm GX Works 2 theo chu trình:

1. Khi nhấn nút Start (m), mạch duy trì đóng, động cơ DC cấp nguồn kéo băng tải chạy đưa sản phẩm từ vị trí nạp vào vùng kiểm tra.
2. Sản phẩm đi qua vùng quét của cảm biến quang E3F-DS30C4:
   • Nếu là sản phẩm cao: Cảm biến tầm cao kích hoạt tín hiệu gửi về ngõ vào PLC $\rightarrow$ PLC kích hoạt van điện từ đưa khí nén đẩy piston của xilanh sản phẩm cao bung ra với hành trình 250 mm, gạt sản phẩm vào khay chứa tương ứng $\rightarrow$ Bộ đếm counter của sản phẩm cao tăng thêm 1 đơn vị $\rightarrow$ Piston tự động lùi về vị trí ban đầu.
   • Nếu là sản phẩm thấp/trung bình: Không kích hoạt cảm biến tầm cao (hoặc kích hoạt cảm biến tầm thấp) $\rightarrow$ Sản phẩm tiếp tục trôi đến vị trí phân loại thứ hai $\rightarrow$ Xilanh đẩy sản phẩm trung bình tác động đưa sản phẩm vào khay chứa $\rightarrow$ Bộ đếm counter của sản phẩm trung bình tăng thêm 1 đơn vị $\rightarrow$ Piston lùi về.
3. Khi nhấn nút Stop (d), toàn bộ chu trình dừng ngay lập tức, băng tải ngắt điện và các xilanh giữ nguyên trạng thái an toàn.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày tổng quan về tính cấp thiết của tự động hóa trong quản lý dây chuyền sản xuất hiện đại. Tác giả nêu rõ mục đích đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có kiểu dáng nhỏ gọn, hoạt động ổn định, tái hiện một công đoạn phân loại - đóng gói thực tế. Phương pháp thực hiện kết hợp giữa tra cứu tài liệu chuyên môn và lắp ráp, thử nghiệm trực tiếp dưới sự hướng dẫn của giảng viên. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điều khiển PLC kết hợp cảm biến quang và cơ cấu chấp hành băng tải – xilanh khí nén.

Nội dung trọng tâm của chương là phân tích so sánh giữa bộ điều khiển PLC và vi điều khiển:

• Điểm tương đồng: Đều là các hệ thống xử lý khả trình dựa trên vi xử lý trung tâm (CPU), tiếp nhận tín hiệu ngõ vào (cảm biến, nút nhấn) và xuất tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành (động cơ, rơ le, van).
• Điểm khác biệt: PLC được thiết kế chuyên dụng cho môi trường công nghiệp với vỏ bọc chống nhiễu từ trường, nguồn điện và môi trường khắc nghiệt, hỗ trợ ngôn ngữ Ladder trực quan; trong khi vi điều khiển chủ yếu gồm bo mạch xử lý đơn lẻ (lập trình C), khả năng chống nhiễu thấp, giá thành rẻ hơn, phù hợp cho thiết bị dân dụng nhỏ gọn (máy giặt, lò vi sóng, đồ chơi). Từ đó, tác giả đưa ra kết luận lựa chọn PLC Mitsubishi cho đề tài. Chương này cũng liệt kê rộng rãi các ứng dụng thực tế của PLC trong nhà máy nhiệt điện, cán thép, trạm trộn bê tông, đóng chai, hệ thống giao thông và trạm biến áp tự động.

Chương 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống

Chương 2 cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về bộ điều khiển lập trình logic PLC, so sánh các họ PLC Omron (CP1E, CP1L, CP1H, CJ2M, CS1), Siemens S7-200 (CPU 212, CPU 214, series 22X) và giới thiệu chi tiết bộ lập trình PLC Mitsubishi FX1S-20MT-001 được chọn sử dụng.

Chương này tập trung tính toán, thuyết minh và lựa chọn các thành phần phần cứng cụ thể:

• PLC Mitsubishi FX1S-20MT-001: Cấu hình 12 ngõ vào cách ly quang, 8 ngõ ra transistor, dung lượng bộ nhớ 2000 bước lệnh EEPROM, 512 relay phụ, 64 timer, 32 counter, tích hợp chức năng phát xung tốc độ cao và 7 lệnh định vị chuyên dụng.
• Cảm biến quang E3F-DS30C4: Cảm biến hồng ngoại ngõ ra NPN, phát hiện vật thể từ 5 đến 30 cm, nguồn nuôi 6–36VDC.
• Động cơ và băng tải: Phân tích đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện một chiều (kích từ nối tiếp, kích từ độc lập, kích từ hỗn hợp) và chọn động cơ DC kích từ độc lập RS385 V1 (12–24V, 8000 rpm) kết hợp hộp giảm tốc 24V để kéo băng tải. Băng tải được chế tạo dạng dây đai mini bằng nhôm định hình 20x20, kích thước $40\text{–}45\text{ cm} \times 6\text{–}8\text{ cm} \times 10\text{ cm}$, chân nhựa in 3D PLA, tải trọng $<50\text{ kg}$.
• Hệ thống khí nén: Tính toán chọn xilanh hai tác động CDM2B20-250Z (đường kính nòng 20 mm, hành trình 250 mm, tốc độ 50–750 mm/s) với áp suất nguồn 8 bar tạo lực đẩy $F = 10\text{ N}$ đẩy phôi 1 kg; sử dụng van điện từ 5/2 SY3220-5MOZE-C6 và van 3/2 VX3114-01N-5C1.
• Khí cụ phụ trợ: Nút ấn Start/Stop, đèn báo 24VDC và rơ le trung gian kèm phân tích đặc tính đóng - nhả bước nhảy của tiếp điểm. Cuối chương là sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hoàn chỉnh.

Chương 3: Thiết kế lập trình và kiểm soát hệ thống

Chương 3 trình bày việc mô hình hóa hệ thống và triển khai phần mềm điều khiển. Tác giả xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển trên phần mềm Microsoft Visio, xác lập mối liên kết logic giữa các trạng thái cảm biến và tín hiệu kích ngõ ra.

Nội dung chi tiết bao gồm:

• Phân tích, lựa chọn biến vào/ra và lập bảng gán địa chỉ cụ thể cho các chân I/O trên PLC FX1S (ngõ vào cho nút Start, Stop, cảm biến hồng ngoại; ngõ ra cho cuộn hút van điện từ xilanh, rơ le điều khiển động cơ băng tải và đèn báo).
• Giới thiệu phần mềm lập trình GX Works 2 của Mitsubishi Electric, hướng dẫn cấu hình project, thiết lập tham số truyền thông và nạp chương trình qua cáp kết nối.
• Soạn thảo chương trình điều khiển hoàn chỉnh bằng ngôn ngữ Ladder Logic, mô tả chi tiết từng network xử lý việc duy trì chạy băng tải, trễ thời gian, kích hoạt ngõ ra transistor cho cuộn hút xilanh khí nén và kích hoạt khối hàm bộ đếm counter.

Chương 4: Thuyết minh nguyên lý và kiểm tra kết quả

Chương 4 ghi nhận quá trình thử nghiệm và đánh giá kết quả hoạt động của mô hình thực tế. Tác giả tiến hành quy trình nạp chương trình mô phỏng trên phần mềm GX Works 2 nhằm rà soát toàn bộ các lỗi logic trước khi nạp trực tiếp vào bộ nhớ EEPROM của PLC thực.

Kết quả kiểm tra thực nghiệm ghi nhận chi tiết qua từng trạng thái hoạt động:

• Trạng thái ban đầu: Hệ thống sẵn sàng, đèn báo cấp nguồn sáng, các xilanh khí nén ở vị trí thu về hoàn toàn.
• Trạng thái bấm nút Start: Băng tải bắt đầu quay với tốc độ ổn định, sẵn sàng tiếp nhận sản phẩm.
• Trạng thái bấm nút Stop: Động cơ băng tải dừng ngay lập tức, ngắt toàn bộ chu trình chấp hành.
• Trạng thái phân loại sản phẩm cao: Cảm biến tầm cao nhận diện phôi $\rightarrow$ Piston xilanh 1 tác động đẩy phôi vào thùng chứa $\rightarrow$ Bộ đếm counter ghi nhận và hiển thị số lượng sản phẩm cao.
• Trạng thái phân loại sản phẩm thấp/trung bình: Cảm biến tương ứng tác động $\rightarrow$ Piston xilanh 2 đẩy phôi vào thùng chứa $\rightarrow$ Bộ đếm counter ghi nhận và hiển thị số lượng sản phẩm trung bình.
• Đánh giá mô hình sản phẩm thực: Mô hình cơ khí hoạt động chắc chắn, các cơ cấu phối hợp nhịp nhàng, cảm biến bắt tín hiệu chính xác và hệ thống đếm không bị sai lệch số liệu trong quá trình thử nghiệm.

---

Kết quả và đóng góp của đồ án

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế và thi công được đặt ra ban đầu, thể hiện qua các kết quả cụ thể:

• Chế tạo thành công mô hình vật lý hoàn chỉnh: Xây dựng mô hình phân loại sản phẩm mini sử dụng khung nhôm định hình 20x20 kết hợp chân đế in 3D PLA ($40\text{–}45\text{ cm} \times 6\text{–}8\text{ cm} \times 10\text{ cm}$), tích hợp động cơ DC RS385 V1 24V, 02 xilanh khí nén hành trình 250 mm (CDM2B20-250Z) và cảm biến quang E3F-DS30C4.
• Ứng dụng thành công PLC Mitsubishi FX1S-20MT-001: Làm chủ việc cấu hình 20 ngõ I/O, sử dụng phần mềm GX Works 2 để lập trình điều khiển tự động hoàn toàn chu trình kéo băng tải, phân loại 2 cấp chiều cao và lưu trữ số lượng sản phẩm qua các thanh ghi counter nội bộ.
• Giải pháp kỹ thuật phù hợp thực tiễn: Kết hợp hài hòa giữa cơ cấu khí nén có tốc độ đáp ứng nhanh ($50\text{–}750\text{ mm/s}$, lực đẩy 10 N tại 8 bar) với cảm biến quang điện NPN, tạo nên hệ thống phân loại linh hoạt, hạn chế tối đa độ trễ cơ khí.
• Đóng góp về mặt đào tạo và học thuật: Đồ án là tài liệu thực hành hoàn chỉnh, tích hợp liên ngành giữa Cơ học, Khí nén, Điện tử và Tự động hóa; cung cấp phương pháp luận từ khâu tính toán lý thuyết, lựa chọn linh kiện công nghiệp đến lập trình và gia công cơ điện tử cho sinh viên ngành kỹ thuật điện.

---

Hạn chế và hướng phát triển đề tài

Căn cứ trên phạm vi nghiên cứu và nội dung thuyết minh văn bản, đề tài còn tồn tại một số điểm giới hạn:

• Hạn chế:
  • Hệ thống chỉ thực hiện phân loại đơn tiêu chí theo chiều cao sản phẩm (chia làm 2 mức: cao và trung bình/thấp), chưa kết hợp đa tiêu chí như màu sắc, trọng lượng hay vật liệu.
  • Phương pháp nhận diện bằng cảm biến quang điện hồng ngoại E3F-DS30C4 chỉ đo cắt ngưỡng khoảng cách (5–30 cm), chưa ứng dụng công nghệ xử lý ảnh (Camera Vision) để nhận diện chi tiết hình dạng hoặc lỗi bao bì.
  • Quy mô mô hình mang tính chất phòng thí nghiệm, băng tải tải trọng nhỏ ($<50\text{ kg}$), lực xilanh 10 N chỉ phù hợp với phôi thử nghiệm nhẹ (~1 kg).
  • Chưa tích hợp màn hình giao diện người - máy (HMI) hoặc hệ thống giám sát SCADA trên máy tính để theo dõi số liệu và điều khiển từ xa.
• Hướng phát triển đề tài:
  • Mở rộng thêm các loại cảm biến khác (cảm biến kim loại tiệm cận, cảm biến màu sắc, cảm biến lực loadcell) để tạo chu trình phân loại đa thông số.
  • Tích hợp màn hình cảm ứng HMI (như dòng GOT của Mitsubishi) hoặc kết nối mạng truyền thông công nghiệp (Modbus, CC-Link, SCADA) phục vụ thu thập dữ liệu và giám sát trạng thái trực quan.
  • Nâng cấp cơ cấu chấp hành công suất lớn hơn để ứng dụng trực tiếp vào dây chuyền sản xuất công nghiệp thực tế.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình thực hiện một đồ án tốt nghiệp cơ điện tử; từ cách so sánh lựa chọn thiết bị, tính toán khí nén đến lập trình PLC trên GX Works 2.
• Người nghiên cứu và kỹ sư thiết kế hệ thống tự động hóa: Có thể tham khảo trực tiếp bảng tra cứu thông số kỹ thuật của PLC Mitsubishi FX1S-20MT-001, các họ PLC Siemens S7-200, PLC Omron, cảm biến E3F-DS30C4, cũng như phương pháp tính toán lực xilanh khí nén cho các băng chuyền mini.
• Các cơ sở đào tạo nghề và phòng thí nghiệm: Mô hình băng tải mini khung nhôm 20x20 kết hợp PLC FX1S là một bài tập thực hành mẫu có tính trực quan cao, chi phí chế tạo hợp lý, dễ dàng triển khai phục vụ giảng dạy môn học Điều khiển logic và Khí nén thủy lực.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển trung tâm được sử dụng trong đồ án là loại nào và có những thông số kỹ thuật chính gì? Đề tài sử dụng bộ lập trình PLC Mitsubishi model FX1S-20MT-001. Thiết bị có 20 ngõ I/O (12 ngõ vào cách ly và 8 ngõ ra dạng transistor), nguồn cấp 220VAC tích hợp nguồn nội 24VDC, bộ nhớ chương trình 2000 bước lệnh bằng EEPROM, 512 relay phụ, 64 timer, 32 counter, 256 thanh ghi dữ liệu, tích hợp 2 ngõ ra phát xung tốc độ cao và bộ đếm xung tốc độ cao HSC.

2. Cảm biến nhận diện sản phẩm trong mô hình là loại nào và nguyên lý hoạt động ra sao? Hệ thống sử dụng cảm biến quang điện hồng ngoại model E3F-DS30C4. Cảm biến hoạt động với nguồn 6–36VDC, khoảng cách phát hiện từ 5 đến 30 cm (điều chỉnh được bằng biến trở), ngõ ra dạng NPN cực thu hở dòng tải 300 mA, có LED đỏ hiển thị trạng thái và kết nối qua 3 dây (Nâu: VCC, Đen: Tín hiệu ngõ ra, Xanh dương: GND).

3. Cơ cấu cơ khí và khí nén dùng để phân loại sản phẩm có cấu tạo và thông số như thế nào? Cơ cấu gồm: băng tải mini kích thước dài 40–45 cm, rộng 6–8 cm, cao 10 cm, khung nhôm 20x20, chân đế in 3D nhựa PLA, kéo bởi động cơ DC RS385 V1 (12–24V, 8000 rpm) kết hợp hộp giảm tốc 24V; hệ thống khí nén sử dụng 02 xilanh hai tác động CDM2B20-250Z (nòng 20 mm, hành trình 250 mm, tốc độ 50–750 mm/s) sinh lực đẩy 10 N ở áp suất 8 bar, điều khiển đóng mở bằng van điện từ 5/2 (SY3220-5MOZE-C6) và van 3/2 (VX3114-01N-5C1).

4. Phần mềm nào được sử dụng để lập trình và các trạng thái điều khiển chính được thiết lập ra sao? Hệ thống được lập trình bằng phần mềm GX Works 2 (ngôn ngữ Ladder). Các trạng thái điều khiển gồm: Trạng thái ban đầu (chờ); Trạng thái nhấn Start (băng tải chạy); Trạng thái phát hiện sản phẩm cao (xilanh 1 bung ra gạt sản phẩm vào khay và counter tăng 1); Trạng thái phát hiện sản phẩm trung bình (xilanh 2 bung ra gạt sản phẩm và counter tăng 1); Trạng thái nhấn Stop (dừng toàn bộ hệ thống).

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC Mitsubishi" của sinh viên Nguyễn Hoàng Phương đã giải quyết trọn vẹn bài toán tự động hóa một công đoạn sản xuất từ khâu tính toán lý thuyết đến chế tạo mô hình thực nghiệm. Hệ thống vận hành ổn định nhờ sự kết hợp chính xác giữa bộ điều khiển PLC FX1S-20MT-001, cảm biến quang hồng ngoại E3F-DS30C4, động cơ DC kéo băng tải và cơ cấu gạt sản phẩm bằng xilanh khí nén hai tác động. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị cao về mặt thiết kế kỹ thuật, lập trình phần mềm và thi công phần cứng cơ điện tử cho sinh viên ngành Điện – Điện tử và Tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu đề tài Hiện nay ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã áp dụng tự động hóa vào sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm của toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình “hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao ”. Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng cảm biến hồng ngoại để xác định chiều cao đã được đặt trước của sản phẩm.

Sau đó dùng băng tải vận chuyển và hệ thống pitton khí nén để đầy sản phầm vào thùng chứa sản phẩm sau đó chuyển đến khâu đóng gói và vận chuyển sản phẩm. Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:  Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.  Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.  Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa.

Mục đích của đề tài Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo mô hình: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có kiểu dáng nhỏ gọn, hoạt động ổn định, dễ dàng lắp đặt. Mô hình thể hiện được 1 công đoạn của hệ thống sản xuất phân loại và đóng gói sản phẩm. Trong 1 dây truyền có rất nhiều công đoạn tự động hoá nhưng do điều kiện lên ở đồ án này em nghiên cứu 1 trong số công đoạn là phân SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 2 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN loại sản phẩm theo chiều cao. Phương pháp thực hiện 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 là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu. Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đồ án môn học nên đề tài chỉ được giới hạn giải quyết một số vấn đề sau: - Hệ thống điều khiển: PLC, SENSOR - Cơ cấu phân loại sản phẩm: Điểu khiển vị trí dựa vào hê thống băng tải – xylanh khí nén.

Lựa chọn thiết bị điều khiển Giới thiệu và so sánh PLC với vi điều khiển để lập trình cho một số dây truyền trong công nghiệp. Khái niệm về PLC PLC là viết tắt của cụm Programmable Logic Controller, được gọi là bộ điều khiển lập trình. Đây 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 hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay 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 SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 3 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN Ladder hay State Logic.1: Hình ảnh tủ điện PLC 2. Ứng dụng của PLC trong dây truyền sản suất công nghiệp Hệ thống điều khiển là hệ thống sản xuất có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và thiết lập trạng thái dừng theo yêu cầu đã được lập trình hoặc đo đếm các giá trị đạt được. Thiết bị được sử dụng trong hệ thống điều khiển là PLC Mitsubishi, với khả năng điều khiển thiết bị rất linh hoạt còn được sử dụng các ứng dụng cao cấp. Một số ứng dụng lĩnh vực điều khiển robot, hệ thống sản xuất linh hoạt, PLC trong mạng thu nhận dữ liệu, điều khiển trình tự máy phân loại, hay trong điều khiển giám sát.

PLC Mitsubishi là thiết bị chuyên dụng trong công nghiệp với bộ xử lý có tốc độ cao, thực hiện các chương trình điều khiển theo chu kỳ, với những tính năng hiện có plc được ứng dụng trong công nghiệp nặng như: - PLC Mitsubishi điều khiển khống chế nhiệt độ lò cao trong nhà máy gang thép - PLC Mitsubishi điều khiển khống chế nhiệt độ của nhà máy nhiệt điện SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 4 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN - PLC Mitsubishi điều khiển nhà máy nước - PLC Mitsubishi điều khiển tay máy robot - PLC Mitsubishi điều khiển nhà máy cán thép - PLC Mitsubishi định lượng và điều khiển sản lượng cho băng tải - PLC Mitsubishi điều khiển quá trình sản xuất định mẻ cho nhà máy luyện kim Đối với lĩnh vực tự động hóa, dây chuyền sản xuất PLC Mitsubishi được ứng dụng: Hình 1.2: Dây chuyền sản xuất đóng chai - Dây chuyền sản xuất đóng chai - Dây chuyền sản xuất đóng gói sản phẩm dạng hạt - Máy cắt tole điều khiển bằng PLC Mitsubishi dùng giao diện máy tính - Hệ thống điều khiển băng tải trong nhà máy sản xuất xi măng - Hệ thống đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng giao tiếp với máy tính - Hệ thống trộn sơn điều khiển PLC Mitsubishi - Trạm trộn bê tông điều khiển PLC Mitsubishi SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 5 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN Trong lĩnh vực giao thông: Hình1.3: Đèn giao thông - Điều khiển tín hiệu giao thông - Giám sát các nút giao thông - Điều khiển tàu điện, Metro Trong giám sát hệ thống điều khiển trong tòa nhà, cao ốc thông minh: Hình 1.4: Giám sát và điều khiển hệ thống đèn thông minh - Điều khiển hệ thống bơm nước cho cao ốc SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 6 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN - Điều khiển thang máy - Điều khiển hệ thống chiếu sáng - Điều khiển cửa tự động - Điều khiển bảo vệ - Tiết kiệm năng lượng - Hệ thống truyền động PLC Mitsubishi biến tần để duy trì áp suất cho nhà cao tầng - Hệ thống đóng cửa tự động với kỹ thuật PLC Mitsubishi Trong truyền tải điện năng: Hình 1.5: Thực hiện đống cắt máy cắt trong hẹ thống điện - Thiết kế tủ đóng cắt trung áp tự động sử dụng PLC Mitsubishi - Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển trạm Biến áp tự động không người - Thiết kế tủ điều khiển và bảo vệ trạm biến áp sử dụng PLC Mitsubishi - Tự động hóa trạm, kết nối mạng SCADA với các trạm khác Ngoài ra PLC còn ứng dụng một số lĩnh vực và hệ thống khác: - Dây chuyền xử lý hóa học SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 7 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN - Công nghệ sản xuất giấy - Dây chuyền sản xuất thủy tinh - Công nghệ chế biến thực phẩm - Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn - Dây chuyền lắp láp tivi - Quản lý tự động bãi đậu xe - Hệ thống báo động - Dây chuyền sản xuất xe ô tô - Sản xuất vi mạch - Dây chuyền may công nghiệp - Kiểm tra, giám sát quá trình sản xuất trong các nhà máy Thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, những lĩnh vực khác. Với những ứng dụng nêu trên thì PLC Mitsubishi còn mang lại nhiều tính năng, ứng dụng trong đời sống hằng ngày như trong lĩnh vực y tế, giáo dục. Nên Công Ty Linh Trung đã đưa ra sản phẩm nhằm đáp ứng những yêu cầu, những tính năng có sẵn trong thiết bị, mục đích quảng bá chia sẻ những gì có trong sản phẩm. Vi điều khiển Hình 1.6: Mạch vi điều khiển SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 8 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.

Thực chất, vi điều khiển là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào/ra, các module biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,…Ở máy tính thì các module thường được xây dựng bởi các chip và mạch ngoài. Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các thiết bị điện, điện tử, máy giặt, lò vi sóng, dây chuyền tự động,… 4. Ứng dụng vi điều khiển Hình 1.7: Ứng dụng trong các thiết bị smart home - Vi điều khiển được ứng dụng trong việc chế tạo nhiều thiết bị điện tử khác nhau.

Hầu hết các thiết bị liên quan đến lưu trữ, đo lường, điều khiển hay tính toán đều được cấu tạo có vi điều khiển bên trong. Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: - Trong công nghiệp chế tạo ô tô nó được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh công suất của động cơ. - Trong các thiết bị điều khiển như chuột máy tính, máy in và một số thiết SVTH: Nguyễn Hoàng Phương 9 MSV: 17105817 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH KD VÀ CÔNG NGHỆ HN bị ngoại vi khác cũng được cấu tạo từ vi điều khiển. - Dùng để chế tạo các thiết bị như máy ảnh kỹ thuật số, màn hình LED hay LCD.

So sánh PLC với vi điều khiển * Sự giống nhau giữa PLC và vi điều khiển So sánh PLC với vi điều khiển về điểm giống nhau cơ bản nhất đó chính là đều có khả năng lập trình được. Để thực hiện một số tác vụ điều khiển những thiết bị trong thực tế dựa trên nền tảng là sử dụng tín hiệu điện.