Đồ án tốt nghiệp: Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200 - Nguyễn Quốc Nghĩa

Đồ án tốt nghiệp: Phân loại sản phẩm theo màu sắc với PLC S7-1200. Tìm hiểu giải pháp tự động hóa hiệu quả, ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Nghĩa
• Người hướng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Sắc Sử Dụng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
• TÓM TẮT
• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
• LỜI NÓI ĐẦU
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
• 2.2. NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
• 2.2.1. PHÂN LOẠI THEO KÍCH THƯỚC
• 2.2.2. PHÂN LOẠI THEO MÀU SẮC
• 2.2.3. PHÂN LOẠI THEO KHỐI LƯỢNG
• 2.3. TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200
• 2.3.1. TỔNG QUAN VỀ PLC
• 2.3.1.1. GIỚI THIỆU
• 2.3.1.2. PLC LÀ GÌ
• 2.3.1.3. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC
• 2.3.1.4. CẤU TRÚC BỘ NHỚ PLC
• 2.3.1.4.1. VÙNG CHỨA CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG
• 2.3.1.4.2. VÙNG CHỨA THAM SỐ CỦA HỆ ĐIỀU HÀNH
• 2.3.1.4.3. VÙNG DỮ LIỆU
• 2.3.1.5. XỬ LÝ CHƯƠNG TRÌNH
• 2.3.1.6. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH
• 2.3.2. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200
• 2.4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO
• 2.4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO UNO R3
• 2.5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN - KHÍ NÉN
• 2.5.1. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN
• 2.5.2. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG KHÍ NÉN
• 2.6. GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN MÀU SẮC TCS3200
• 2.6.1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN MÀU CỦA LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TCS3200
• 2.6.2. ARDUINO GIAO TIẾP VỚI CẢM BIẾN MÀU SẮC TCS3200
• 2.7. GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI
• 2.7.1. CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E3F-DS30C1
• 2.8. MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
• 2.8.1. ĐỘNG CƠ DC BĂNG TẢI
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHỌN THIẾT BỊ
• 3.1. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
• 3.1.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG
• 3.1.2. CHỨC NĂNG TOÀN PHẦN
• 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.2.1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
• 3.2.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC KHỐI
• 3.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH PHẦN MỀM HỆ THỐNG
• 4.1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH
• 4.1.1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH
• 4.1.2. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHO KHỐI NHẬN BIẾT MÀU SẮC
• 4.1.3. BẢNG PHÂN CÔNG ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RA
• 4.1.4. GIẢN ĐỒ THỜI GIAN
• 4.2. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
• 4.2.1. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN (ARDUINO UNO R3)
• 4.2.2. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC
• 4.3. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.3.1. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
• 4.3.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng dẫn tổng quan đồ án phân loại sản phẩm PLC S7 1200

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tự động hóa dây chuyền sản xuất đã trở thành một giải pháp tất yếu giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, giảm chi phí và tăng cường khả năng cạnh tranh. Một trong những khâu quan trọng nhất là phân loại sản phẩm, đòi hỏi độ chính xác và tốc độ cao. Đồ án Phân loại sản phẩm theo màu sắc PLC S7-1200 ra đời nhằm giải quyết bài toán này, ứng dụng công nghệ điều khiển logic khả trình để tự động hóa hoàn toàn quy trình nhận diện và phân tách sản phẩm dựa trên màu sắc. Hệ thống này sử dụng bộ điều khiển trung tâm là PLC S7-1200 của Siemens, một thiết bị mạnh mẽ, linh hoạt và được tin dùng trong công nghiệp. Thay vì các phương pháp thủ công dễ sai sót và tốn kém nhân công, mô hình này tích hợp các công nghệ tiên tiến như cảm biến quang học, vi điều khiển và cơ cấu chấp hành khí nén. Toàn bộ quy trình, từ việc phát hiện sản phẩm, nhận dạng màu sắc, xử lý tín hiệu đến việc điều khiển cơ cấu phân loại, đều được tự động hóa. Đồ án này không chỉ là một bài tập kỹ thuật mà còn là một minh chứng cho tiềm năng ứng dụng của tự động hóa trong việc tối ưu hóa các dây chuyền sản xuất thực tế. Nó thể hiện sự kết hợp hài hòa giữa lý thuyết điều khiển, kỹ thuật lập trình và thiết kế cơ khí, tạo ra một giải pháp hoàn chỉnh và hiệu quả cho bài toán phân loại sản phẩm theo màu sắc.

1.1. Tầm quan trọng của tự động hóa trong sản xuất hiện đại

Tự động hóa đóng vai trò then chốt trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Việc áp dụng các hệ thống tự động giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó loại bỏ các sai sót chủ quan, tăng độ chính xác và đồng nhất của sản phẩm. Trong lĩnh vực sản xuất hàng loạt, việc phân loại thủ công không chỉ chậm mà còn đòi hỏi chi phí nhân công lớn. Một hệ thống phân loại tự động có thể hoạt động liên tục 24/7 với hiệu suất ổn định, giúp doanh nghiệp đáp ứng nhanh chóng các đơn hàng lớn và yêu cầu khắt khe của thị trường. Hơn nữa, theo tài liệu gốc, "quá trình sản xuất càng tự động hóa thì năng suất càng cao, giảm chi phí, tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp". Điều này khẳng định tự động hóa không chỉ là một cải tiến công nghệ mà còn là một chiến lược kinh doanh sống còn.

1.2. Mục tiêu và giới hạn của mô hình phân loại màu sắc

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế và thi công thành công một mô hình có khả năng phân loại sản phẩm dựa trên ba màu cơ bản: Đỏ, Vàng, và Xanh. Hệ thống phải đảm bảo hoạt động ổn định, chính xác và dễ dàng vận hành. Cụ thể, mô hình cần tích hợp và lập trình thành công PLC S7-1200 để điều khiển toàn bộ quá trình, kết hợp với Arduino Uno R3 để xử lý tín hiệu từ cảm biến màu TCS3200. Tuy nhiên, đồ án cũng xác định rõ các giới hạn. Đây là một mô hình quy mô nhỏ, chủ yếu phục vụ mục đích nghiên cứu và chứng minh khái niệm. Tốc độ phân loại của hệ thống chưa được tối ưu hóa cho các dây chuyền công nghiệp tốc độ cao. Phạm vi phân loại chỉ giới hạn ở ba màu sắc đã định trước, và hệ thống chưa được trang bị các thuật toán xử lý hình ảnh phức tạp để nhận diện các màu sắc hoặc vật thể có hình dạng đa dạng hơn.

II. Phân tích nền tảng công nghệ hệ thống phân loại PLC S7 1200

Để xây dựng thành công một hệ thống Phân loại sản phẩm theo màu sắc PLC S7-1200, việc nắm vững cơ sở lý thuyết và công nghệ của từng thành phần là cực kỳ quan trọng. Nền tảng của hệ thống này là sự kết hợp của ba khối công nghệ chính: bộ điều khiển logic, hệ thống cảm biến và cơ cấu chấp hành. Trung tâm điều khiển là PLC S7-1200, một thiết bị chuyên dụng cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp. Nó có khả năng kháng nhiễu tốt, cấu trúc module linh hoạt và hỗ trợ lập trình trên nền tảng TIA Portal mạnh mẽ. "PLC có khả năng vận hành tự động theo một quy trình định sẵn mà không cần có sự tham gia của con người lúc vận hành". Khối cảm biến, được ví như "giác quan" của hệ thống, bao gồm cảm biến màu TCS3200 để nhận diện màu sắc và cảm biến hồng ngoại để phát hiện vị trí sản phẩm. Cuối cùng, khối chấp hành sử dụng hệ thống điện - khí nén, bao gồm các xi lanh và van điện từ, để thực hiện hành động phân loại vật lý. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa các khối công nghệ này, được điều khiển bởi chương trình logic trong PLC, tạo nên một dây chuyền phân loại sản phẩm tự động hoàn chỉnh và hiệu quả.

2.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC S7 1200 trong hệ thống

PLC S7-1200, cụ thể là CPU 1214C DC/DC/DC, đóng vai trò là bộ não trung tâm, chịu trách nhiệm nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và ra quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành. Nó nhận tín hiệu đầu vào từ khối xử lý màu (qua các relay) và từ các cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C1. Dựa trên chương trình đã được nạp sẵn thông qua phần mềm TIA Portal, PLC sẽ xác định màu sắc của sản phẩm và vị trí của nó trên băng tải. Từ đó, nó xuất tín hiệu đầu ra để kích hoạt các cuộn dây của van điện từ, điều khiển xi lanh khí nén đẩy sản phẩm vào đúng vị trí. Ưu điểm của PLC trong môi trường công nghiệp là độ tin cậy cao, khả năng làm việc bền bỉ và dễ dàng mở rộng, nâng cấp.

2.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến màu sắc TCS3200

Cảm biến màu TCS3200 là thành phần cốt lõi cho việc nhận dạng màu sắc. Cấu tạo của nó bao gồm một ma trận 8x8 các photodiode, trong đó 16 diode được trang bị bộ lọc màu đỏ (Red), 16 cho màu xanh lá (Green), 16 cho màu xanh dương (Blue) và 16 không có bộ lọc (Clear). Nguyên lý hoạt động dựa trên việc chiếu ánh sáng vào vật thể và đo cường độ ánh sáng phản xạ qua từng bộ lọc màu. Cường độ ánh sáng này được chuyển đổi thành một tín hiệu xung có tần số tương ứng. Bằng cách đo tần số xung của ba kênh màu R, G, B, vi điều khiển Arduino Uno R3 có thể xác định được màu sắc chính xác của vật thể. Arduino sau đó sẽ xử lý dữ liệu thô này và gửi một tín hiệu đơn giản (ví dụ: mức cao/thấp trên các chân đầu ra khác nhau) đến PLC, thông báo về màu sắc đã được phát hiện.

2.3. Cơ cấu chấp hành Hệ thống điều khiển điện khí nén

Sau khi PLC ra quyết định phân loại, hành động vật lý được thực hiện bởi hệ thống khí nén. Hệ thống này bao gồm các xi lanh khí nén MAL 16X100 và van điện từ 5/2. Khi PLC xuất tín hiệu điện áp 24VDC đến cuộn dây của van điện từ tương ứng, van sẽ thay đổi trạng thái, cho phép dòng khí nén đi vào xi lanh. Áp suất khí nén đẩy piston của xi lanh di chuyển, thực hiện động tác gạt sản phẩm ra khỏi băng tải. Tín hiệu từ PLC được truyền qua các rơ le trung gian để cách ly và bảo vệ các cổng ra của PLC. Sử dụng khí nén làm cơ cấu chấp hành có ưu điểm là tốc độ phản ứng nhanh, lực đẩy mạnh và cấu trúc đơn giản, rất phù hợp cho các ứng dụng gạt, đẩy trong dây chuyền sản xuất.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống phân loại màu sắc PLC S7 1200

Quá trình thiết kế một hệ thống Phân loại sản phẩm theo màu sắc PLC S7-1200 đòi hỏi một phương pháp luận chặt chẽ, đi từ tổng quan đến chi tiết. Giai đoạn đầu tiên là xây dựng sơ đồ khối chức năng, xác định rõ vai trò và mối liên kết giữa các thành phần chính: Khối nguồn, Khối cảm biến, Khối xử lý trung tâm, và Khối chấp hành. Dựa trên sơ đồ khối, việc lựa chọn thiết bị cụ thể được tiến hành. Tài liệu nghiên cứu cho thấy việc lựa chọn PLC S7-1200 CPU 1214C là phù hợp do có đủ số lượng ngõ vào/ra và hiệu năng mạnh mẽ. Cảm biến TCS3200 kết hợp Arduino Uno R3 được chọn để xử lý màu sắc nhờ chi phí hợp lý và cộng đồng hỗ trợ lớn. Sau khi chọn được phần cứng, bước tiếp theo là thiết kế sơ đồ nguyên lý đấu nối điện. Sơ đồ này chi tiết hóa cách kết nối dây giữa PLC, cảm biến, Arduino, rơ le, động cơ, và các van điện từ. Việc thiết kế phải đảm bảo an toàn, đúng kỹ thuật và tối ưu hóa đường đi của tín hiệu để tránh nhiễu. Toàn bộ quá trình thiết kế này là nền tảng vững chắc để chuyển sang giai đoạn lập trình và thi công mô hình phân loại sản phẩm.

3.1. Sơ đồ khối tổng thể và nguyên lý vận hành của mô hình

Sơ đồ khối của hệ thống được thiết kế theo một luồng xử lý logic. Sản phẩm được đặt lên băng tải và di chuyển. Cảm biến hồng ngoại thứ nhất phát hiện sản phẩm và báo cho PLC. Khi sản phẩm đi đến vị trí của cảm biến màu TCS3200, Arduino sẽ đọc và xử lý màu, sau đó gửi tín hiệu về các ngõ vào của PLC. PLC ghi nhớ màu sắc này. Khi sản phẩm tiếp tục di chuyển và được phát hiện bởi các cảm biến hồng ngoại đặt tại vị trí các xi lanh, PLC sẽ đối chiếu màu sắc đã ghi nhớ và kích hoạt xi lanh khí nén tương ứng để đẩy sản phẩm ra. Động cơ băng tải chạy liên tục cho đến khi có lệnh dừng. Nguyên lý vận hành này đảm bảo mỗi sản phẩm được nhận diện và phân loại một cách tuần tự và chính xác.

3.2. Lựa chọn và kết nối phần cứng PLC cảm biến Arduino

Việc lựa chọn phần cứng là yếu tố quyết định hiệu năng và chi phí của hệ thống. PLC S7-1200 CPU 1214C được chọn vì cung cấp 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, đủ cho nhu cầu của mô hình và có khả năng mở rộng trong tương lai. Arduino Uno R3 được chọn làm bộ xử lý phụ cho cảm biến màu vì khả năng đọc tần số xung hiệu quả và lập trình đơn giản. Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C1 (loại NPN) được sử dụng để phát hiện vật cản với khoảng cách có thể điều chỉnh. Các van điện từ 5/2 một cuộn coil và rơ le trung gian 24VDC được chọn để điều khiển hệ thống khí nén. Các kết nối được thực hiện cẩn thận: ngõ ra của Arduino được nối với rơ le, tiếp điểm rơ le nối với ngõ vào PLC; ngõ ra PLC nối với rơ le khác để điều khiển van điện từ.

IV. Hướng dẫn lập trình PLC S7 1200 phân loại sản phẩm màu sắc

Lập trình là linh hồn của hệ thống Phân loại sản phẩm theo màu sắc PLC S7-1200, biến các thiết kế phần cứng thành một cỗ máy hoạt động thông minh. Quá trình lập trình được chia thành hai phần chính: lập trình cho vi điều khiển Arduino và lập trình cho PLC. Đối với Arduino, chương trình được viết bằng ngôn ngữ C/C++ trên phần mềm Arduino IDE. Nhiệm vụ của nó là đọc tần số từ ba kênh màu của cảm biến TCS3200, hiệu chỉnh và so sánh các giá trị này để xác định màu sắc (Đỏ, Vàng, Xanh), sau đó xuất tín hiệu tương ứng ra các chân digital. Phần quan trọng hơn là lập trình PLC S7-1200 trên phần mềm TIA Portal. Chương trình PLC được xây dựng dựa trên lưu đồ thuật toán đã thiết kế, sử dụng ngôn ngữ lập trình Ladder (LAD) hoặc Function Block Diagram (FBD). Logic chương trình phải xử lý các tín hiệu vào từ Arduino và cảm biến hồng ngoại, quản lý trạng thái hệ thống, điều khiển tuần tự động cơ băng tải và các xi lanh khí nén. Việc lập trình đòi hỏi sự chính xác cao trong việc sử dụng các timer, counter và các biến cờ (memory bit) để đảm bảo hệ thống phân loại sản phẩm vận hành đúng chu trình và không xảy ra xung đột.

4.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán cho chương trình điều khiển

Trước khi viết code, việc xây dựng lưu đồ thuật toán là bước không thể thiếu. Lưu đồ mô tả trực quan luồng hoạt động của hệ thống. Bắt đầu với khối khởi tạo, hệ thống chờ lệnh START. Khi được kích hoạt, băng tải bắt đầu chạy. Chương trình đi vào một vòng lặp chính: kiểm tra cảm biến phát hiện sản phẩm. Nếu có sản phẩm, đọc tín hiệu màu từ Arduino và lưu vào một biến tạm. Tiếp theo, chương trình liên tục kiểm tra các cảm biến vị trí phân loại. Khi sản phẩm đến đúng vị trí của màu đã xác định, chương trình sẽ kích hoạt xi lanh tương ứng trong một khoảng thời gian nhất định (sử dụng timer), sau đó reset trạng thái và chờ sản phẩm tiếp theo. Lưu đồ cũng bao gồm các nhánh xử lý cho nút STOP và dừng khẩn cấp, đảm bảo an toàn vận hành.

4.2. Lập trình cho Arduino Uno R3 xử lý tín hiệu màu

Chương trình trên Arduino Uno R3 có chức năng chính là chuyển đổi dữ liệu phức tạp từ cảm biến thành tín hiệu đơn giản cho PLC. Trong hàm setup(), các chân I/O được cấu hình (các chân S0-S3 của cảm biến là OUTPUT, chân nhận tần số là INPUT). Trong hàm loop(), chương trình lần lượt chọn kênh màu đỏ, xanh lá, xanh dương bằng cách gửi tín hiệu đến chân S2, S3. Với mỗi kênh, nó sử dụng hàm pulseIn() để đo độ rộng xung, từ đó tính ra tần số. Các giá trị tần số này sau đó được so sánh với các ngưỡng đã được hiệu chỉnh trước để xác định màu sắc. Ví dụ, nếu tần số kênh Đỏ thấp nhất, vật thể có màu đỏ. Khi đã xác định được màu, Arduino sẽ bật một chân đầu ra cụ thể (ví dụ: chân 5 cho màu Đỏ, chân 6 cho màu Vàng) để báo cho PLC S7-1200.

4.3. Lập trình cho PLC S7 1200 trên phần mềm TIA Portal

Lập trình trên TIA Portal cho PLC S7-1200 là trung tâm của logic điều khiển. Chương trình được tổ chức trong các khối OB (Organization Block), FC (Function), và DB (Data Block). Khối OB1 chứa chương trình chính, được quét liên tục. Logic cơ bản bao gồm: một network để khởi động/dừng băng tải dựa trên nút nhấn START/STOP. Các network khác sẽ theo dõi các ngõ vào tương ứng với tín hiệu màu từ Arduino. Khi một tín hiệu màu được kích hoạt (ví dụ I0.0 cho màu Đỏ), một bit nhớ (ví dụ M0.0) sẽ được SET. Đồng thời, chương trình theo dõi tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại tại vị trí xi lanh đỏ (ví dụ I0.3). Khi cả M0.0 và I0.3 cùng lên mức 1, ngõ ra điều khiển xi lanh đỏ (ví dụ Q0.0) sẽ được kích hoạt. Một bộ định thời (Timer) sẽ được sử dụng để giữ xi lanh đẩy ra trong một khoảng thời gian rồi tự động co về, và bit nhớ M0.0 sẽ được RESET.

V. Đánh giá kết quả và ứng dụng thực tiễn của mô hình PLC

Sau quá trình thiết kế và lập trình, mô hình Phân loại sản phẩm theo màu sắc PLC S7-1200 đã được thi công và vận hành thử nghiệm. Kết quả thực tế cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng đúng các mục tiêu đề ra. Các sản phẩm với ba màu Đỏ, Vàng, Xanh được đặt lên băng tải và được phân loại chính xác vào các vị trí tương ứng. Giao diện điều khiển đơn giản, cho phép người dùng khởi động, dừng hệ thống một cách dễ dàng. Tốc độ phản hồi của hệ thống khí nén nhanh, đảm bảo sản phẩm được gạt ra khỏi băng tải một cách dứt khoát. Mô hình này là một minh chứng rõ ràng về khả năng ứng dụng PLC S7-1200 trong các bài toán điều khiển tuần tự. Mặc dù còn một số hạn chế về tốc độ và quy mô, nhưng giải pháp công nghệ được trình bày trong đồ án có tiềm năng ứng dụng rất lớn. Nó có thể được cải tiến và mở rộng để triển khai trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, dược phẩm, linh kiện điện tử, hoặc bất kỳ ngành công nghiệp nào có yêu cầu phân loại sản phẩm tự động dựa trên các thuộc tính vật lý như màu sắc.

5.1. Ưu điểm và nhược điểm của giải pháp phân loại tự động

Ưu điểm nổi bật của mô hình là độ chính xác cao, loại bỏ hoàn toàn sai sót do con người. Hệ thống hoạt động tự động, giảm chi phí nhân công và tăng năng suất. Việc sử dụng các thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn như PLC S7-1200 và hệ thống khí nén đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ cao. Cấu trúc module cũng giúp việc bảo trì và nâng cấp trở nên dễ dàng. Tuy nhiên, nhược điểm của mô hình hiện tại là tốc độ phân loại còn phụ thuộc vào tốc độ băng tải và thời gian đáp ứng của xi lanh, chưa phù hợp với các dây chuyền siêu tốc. Chi phí đầu tư ban đầu cho các thiết bị như PLC và cơ cấu khí nén có thể cao hơn so với các giải pháp sử dụng vi điều khiển đơn thuần. Ngoài ra, hệ thống chỉ nhận diện được các màu cơ bản trong điều kiện ánh sáng ổn định.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp

Tiềm năng ứng dụng của hệ thống này rất rộng lớn. Trong ngành nông nghiệp, nó có thể dùng để phân loại trái cây, rau củ theo độ chín dựa trên màu sắc. Trong ngành thực phẩm, hệ thống có thể phân loại kẹo, bánh theo màu. Trong công nghiệp tái chế, nó giúp phân loại các mảnh nhựa theo màu để xử lý. Trong ngành dược phẩm, hệ thống có thể được dùng để kiểm tra và phân loại viên nén. Để áp dụng vào thực tế, mô hình cần được nâng cấp về tốc độ băng tải, sử dụng các loại cảm biến màu công nghiệp có tốc độ quét cao hơn và các xi lanh khí nén có thời gian đáp ứng nhanh hơn. Logic lập trình PLC S7-1200 cũng có thể được tối ưu hóa để xử lý nhiều sản phẩm cùng lúc trên băng tải.

VI. Tương lai của hệ thống phân loại màu sắc PLC và hướng đi mới

Đồ án Phân loại sản phẩm theo màu sắc PLC S7-1200 đã giải quyết thành công bài toán cơ bản, mở ra nhiều hướng phát triển và cải tiến trong tương lai. Công nghệ không ngừng phát triển, và các hệ thống tự động hóa cũng cần liên tục được nâng cấp để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của sản xuất. Hướng phát triển trước mắt là tối ưu hóa tốc độ và độ chính xác của hệ thống hiện tại. Xa hơn, việc tích hợp các công nghệ của Công nghiệp 4.0 như Trí tuệ nhân tạo (AI) và Thị giác máy tính (Computer Vision) sẽ là một bước đột phá. Thay vì dùng cảm biến màu đơn điểm, một hệ thống camera kết hợp với thuật toán AI có thể nhận diện hàng trăm màu sắc, hình dạng, và thậm chí cả các khuyết tật trên bề mặt sản phẩm. Dữ liệu từ hệ thống có thể được thu thập và phân tích để giám sát hiệu suất và dự đoán bảo trì. Tương lai của các hệ thống phân loại sản phẩm không chỉ dừng lại ở việc tự động hóa mà còn hướng tới sự thông minh hóa, linh hoạt và khả năng tự học hỏi để thích ứng với sự đa dạng của sản phẩm.

6.1. Tổng kết những kết quả nghiên cứu đã đạt được

Đồ án đã thành công trong việc nghiên cứu và ứng dụng PLC S7-1200 để xây dựng một mô hình phân loại sản phẩm tự động. Hệ thống đã kết hợp hiệu quả giữa bộ điều khiển PLC, vi điều khiển Arduino Uno R3, cảm biến màu và hệ thống khí nén. Các mục tiêu về thiết kế phần cứng, xây dựng thuật toán và lập trình điều khiển đều đã được hoàn thành. Mô hình thực tế đã chứng minh được tính đúng đắn của giải pháp lý thuyết, hoạt động ổn định và phân loại chính xác sản phẩm theo ba màu đã định. Đây là một nền tảng kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho việc phát triển các hệ thống tự động hóa phức tạp hơn trong tương lai.

6.2. Các hướng phát triển tiềm năng để tối ưu hóa hệ thống

Để nâng cao hiệu quả, có nhiều hướng phát triển có thể được xem xét. Thứ nhất, nâng cấp tốc độ băng tải và sử dụng động cơ servo để kiểm soát vị trí chính xác hơn. Thứ hai, thay thế cảm biến TCS3200 và Arduino bằng một cảm biến màu công nghiệp chuyên dụng có khả năng kết nối trực tiếp với PLC qua các chuẩn truyền thông như PROFINET. Thứ ba, tích hợp camera và thư viện xử lý ảnh (như OpenCV) để hệ thống có thể nhận diện nhiều màu sắc và hình dạng phức tạp. Thứ tư, thiết kế giao diện giám sát HMI (Human-Machine Interface) để theo dõi trạng thái hệ thống, đếm số lượng sản phẩm và cài đặt các tham số vận hành một cách trực quan. Cuối cùng, có thể nghiên cứu sử dụng các thuật toán học máy để hệ thống tự động hiệu chỉnh và nhận diện các màu mới mà không cần lập trình lại.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam, các doanh nghiệp sản xuất ngày càng ứng dụng tự động hóa để giảm chi phí nhân công, hạn chế sai sót trong quá trình phân loại thủ công và nâng cao năng suất. Hệ thống phân loại sản phẩm là một trong những khâu quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hàng hóa trước khi đưa ra thị trường. Tác giả chỉ ra rằng các mô hình phân loại theo chiều cao, khối lượng hoặc kích thước không phù hợp với những sản phẩm có khối lượng và kích thước nhỏ nhưng khác nhau về màu sắc, từ đó đặt ra nhu cầu về một phương pháp phân loại dựa trên đặc tính màu sắc.

Đồ án tốt nghiệp "Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200" được thực hiện tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, hoàn thành tháng 6/2022, thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.

Nội dung nghiên cứu được tác giả xác định gồm 6 nội dung cụ thể:

1. Nghiên cứu tài liệu về PLC S7-1200, cảm biến TCS3200, board Arduino Uno R3 và cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C1.
2. Lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình dựa trên đặc tính màu sắc sản phẩm; kết nối các ngoại vi với PLC và cảm biến TCS3200 với Arduino.
3. Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC và Arduino; thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống.
4. Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để tối ưu mô hình; đánh giá thông số mô hình so với thông số thực tế.
5. Viết báo cáo thực hiện.
6. Đánh giá kết quả thực hiện.

Giới hạn của đồ án: mô hình phân loại quy mô nhỏ, phân loại theo 3 màu (Xanh, Vàng và Đỏ), tốc độ phân loại chưa được nhanh. Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ở quy mô mô hình thực nghiệm; phạm vi thời gian thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp năm học 2021–2022.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và linh kiện sử dụng

Đồ án sử dụng tổ hợp kiến thức về điều khiển lập trình (PLC), vi điều khiển nhúng, cảm biến quang học và hệ thống điện – khí nén. Các thành phần lý thuyết chính bao gồm:

• PLC S7-1200 (Siemens): Giới thiệu từ năm 2009, thay thế cho dòng S7-200. Tác giả trình bày cấu trúc phần cứng (module nguồn, CPU, bộ nhớ, I/O, truyền thông), cấu trúc bộ nhớ (vùng chương trình ứng dụng, vùng tham số hệ điều hành I/Q/M/T/C, vùng dữ liệu), cơ chế xử lý chương trình theo vòng quét (Scan), và hai dạng cấu trúc lập trình (tuyến tính và có cấu trúc). Phần mềm lập trình sử dụng là TIA Portal V15, hỗ trợ ba ngôn ngữ FBD, LAD và SCL.
• Arduino Uno R3: Bo mạch vi xử lý sử dụng vi điều khiển ATmega328, đóng vai trò trung gian xử lý tín hiệu màu sắc từ cảm biến TCS3200 trước khi chuyển về PLC. Phần mềm lập trình là Arduino IDE.
• Cảm biến màu sắc TCS3200: Hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi cường độ ánh sáng phản xạ thành tần số đầu ra (dải 2 Hz–500 kHz). Cảm biến gồm mảng 8×8 photodiode (16 lọc Red, 16 lọc Blue, 16 lọc Green, 16 Clear) và bộ chuyển đổi dòng – tần số. Lựa chọn loại photodiode qua chân S2/S3; tỉ lệ tần số đầu ra qua chân S0/S1.
• Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C1: Phát hiện sản phẩm trên băng tải, khoảng cách phát hiện 5–30 cm, nguồn 6–36 VDC, ngõ ra NPN cực thu hở.
• Hệ thống điện – khí nén: Bao gồm xi lanh khí nén MAL 16×100, van điện từ 5/2 một đầu cuộn dây, rơ le trung gian 14 chân. Van điện từ điều khiển hành trình pittong để đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải.
• Các linh kiện phụ trợ: Động cơ DC giảm tốc 24V (57 vòng/phút không tải, dòng không tải <0,16A), module relay opto 5V, mạch giảm áp LM2596 (giảm từ 24V xuống mức phù hợp cho Arduino và TCS3200, công suất 15W, dòng tối đa 3A), nguồn tổ ong 24VDC, MCB, nút nhấn Start/Stop/Pause và nút dừng khẩn cấp.

Phương pháp nghiên cứu

Đồ án thuộc loại thiết kế kỹ thuật và thi công mô hình thực nghiệm. Phương pháp bao gồm: nghiên cứu tài liệu kỹ thuật về các linh kiện; thiết kế sơ đồ khối hệ thống; tính toán và lựa chọn thiết bị; thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đấu nối dây; lập trình điều khiển; thử nghiệm và hiệu chỉnh trên mô hình vật lý. Nguồn dữ liệu là tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất (Siemens, Atmel, nhà sản xuất TCS3200) và kết quả đo đạc thực tế trên mô hình.

---

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc hệ thống

Hệ thống được tổ chức theo sơ đồ khối gồm sáu khối chức năng phối hợp:

Khối	Chức năng chính
Khối xử lý màu sắc	Arduino Uno R3 + TCS3200: đọc và xử lý tín hiệu màu, gửi về PLC qua relay opto
Khối cảm biến vật cản	E3F-DS30C1: phát hiện sản phẩm trên băng tải, tín hiệu đưa về PLC
Khối động cơ, băng tải	Động cơ DC 24V vận chuyển sản phẩm qua các vị trí cảm biến và xi lanh
Khối van điện từ, khí nén	2 van 5/2 + 2 xi lanh MAL 16×100: đẩy sản phẩm vào ô phân loại tương ứng
Khối xử lý trung tâm	PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (14DI/10DO, nguồn 24VDC)
Khối nguồn	Nguồn tổ ong 24VDC; mạch giảm áp LM2596 cấp điện cho Arduino và TCS3200

Lựa chọn CPU 1214C được tác giả giải thích là để đảm bảo đủ 8 ngõ vào và 4 ngõ ra, với biên độ dư cho việc mở rộng.

Nguyên lý hoạt động

Khi người dùng nhấn START, băng tải khởi động. Sản phẩm được đưa vào băng tải, cảm biến TCS3200 chiếu ánh sáng trắng lên bề mặt sản phẩm và ghi lại ánh sáng phản xạ. Arduino Uno R3 đọc tần số đầu ra của TCS3200 tương ứng từng kênh màu (Red, Green, Blue) và xác định màu sắc sản phẩm. Tín hiệu màu sau xử lý được chuyển sang PLC thông qua module relay opto. Đồng thời, cảm biến vật cản E3F-DS30C1 báo hiệu vị trí sản phẩm trên băng tải. PLC S7-1200 nhận hai nguồn tín hiệu này, xử lý và kích hoạt van điện từ 5/2 tương ứng để điều khiển xi lanh đẩy sản phẩm vào ô phân loại đúng màu.

Lập trình

Phần mềm Arduino IDE được dùng lập trình cho Arduino Uno R3, xử lý tín hiệu tần số từ TCS3200 và xuất tín hiệu nhị phân màu sắc ra relay opto.

TIA Portal V15 được dùng lập trình cho PLC S7-1200 theo phương pháp lập trình có cấu trúc. Đồ án trình bày:

• Lưu đồ giải thuật chương trình chính: khởi động hệ thống theo nút START, kiểm tra màu từ khối cảm biến, điều khiển xi lanh phân loại.
• Lưu đồ giải thuật khối xử lý màu sắc (nhận biết 3 màu: Xanh, Vàng, Đỏ).
• Bảng phân công đầu vào/đầu ra (I/O) của PLC.
• Giản đồ thời gian hoạt động của hệ thống.
• Giao diện điều khiển và giám sát: hiển thị trạng thái xi lanh, số lượng sản phẩm đã phân loại theo từng màu.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng Quan

Chương này trình bày bối cảnh ứng dụng tự động hóa trong sản xuất công nghiệp tại Việt Nam và lý do lựa chọn đề tài phân loại theo màu sắc thay vì các phương pháp theo kích thước hay khối lượng vốn không phù hợp với sản phẩm nhỏ. Tác giả nêu 6 nội dung nghiên cứu cụ thể, xác định giới hạn mô hình (3 màu, quy mô nhỏ) và trình bày bố cục đồ án gồm 4 chương chính.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này là nền tảng lý luận kỹ thuật của đồ án, bao gồm:

• Tổng quan về nguyên tắc phân loại sản phẩm (theo kích thước, màu sắc, khối lượng) và các lĩnh vực ứng dụng (nông nghiệp, thực phẩm, dược phẩm, linh kiện điện tử).
• Lý thuyết PLC S7-1200: cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ, xử lý vòng quét, cấu trúc chương trình. Bảng so sánh thông số ba dòng CPU 1211C/1212C/1214C được trình bày chi tiết (bộ nhớ làm việc 25–50 kB, bộ nhớ nạp 1–2 MB, số cổng I/O tích hợp, bộ đếm tốc độ cao, tốc độ thực thi 18 µs/lệnh). Bảng các module hỗ trợ (SM kiểu số và tương tự, SB, CM RS485/RS232).
• Lý thuyết Arduino Uno R3: thông số kỹ thuật đầy đủ (ATmega328, 14 chân digital, 6 chân analog 10-bit, bộ nhớ Flash 32 KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB, xung clock 16 MHz, kích thước 68,6×53,4 mm, trọng lượng 25 g).
• Nguyên lý cảm biến TCS3200: cấu tạo mảng photodiode, bảng lựa chọn photodiode qua S2/S3, bảng chọn tỉ lệ tần số qua S0/S1, bảng kết nối với Arduino (S2→pin 8, S3→pin 10, OUT→pin 9).
• Hệ thống điện – khí nén: đặc điểm, cấu trúc (trạm nguồn, khối điều khiển, khối chấp hành), ưu nhược điểm, hai dạng truyền động (thẳng và quay).
• Cảm biến E3F-DS30C1: thông số kỹ thuật, sơ đồ dây (nâu VCC, đen tín hiệu NPN, xanh dương GND).
• Động cơ DC giảm tốc 24V và các linh kiện phụ trợ (nút nhấn, MCB).

Chương 3: Thiết Kế Và Chọn Thiết Bị

Chương này trình bày quá trình thiết kế từ sơ đồ khối đến sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh:

• Giới thiệu mô hình tổng thể và chức năng toàn phần của ba chức năng chính: xử lý màu sắc, phân loại sản phẩm, giao diện điều khiển.
• Thiết kế và tính toán từng khối: khối xử lý màu sắc (lựa chọn TCS3200 trong số TCS34725, TCS230, TCS3200 và Arduino Uno R3 trong số Arduino, ARM, Raspberry), khối cảm biến vật cản (lựa chọn E3F-DS30C1 trong số E3F-DS30C4, E18-D50NK, TCRT5000, E18-D80NK), khối động cơ băng tải (DC 24V), khối van điện từ và khí nén (2 xi lanh MAL 16×100, 2 van 5/2, 3 rơ le trung gian 14 chân), khối xử lý trung tâm (CPU 1214C), khối nguồn (nguồn tổ ong 24VDC + mạch LM2596).
• Sơ đồ kết nối chi tiết: TCS3200 với Arduino, Arduino với PLC qua relay opto, cảm biến E3F-DS30C1 với PLC (kết nối L+ với 1M do ngõ ra NPN kích mức thấp), động cơ DC với PLC, van điện từ 5/2 với PLC.
• Sơ đồ nguyên lý (sơ đồ đấu nối dây) toàn hệ thống.

Chương 4: Lập Trình Phần Mềm Hệ Thống

Chương này là phần triển khai phần mềm và trình bày kết quả:

• Lưu đồ giải thuật chương trình chính: chờ START → kiểm tra màu từ cảm biến → điều khiển xi lanh phân loại tương ứng.
• Lưu đồ giải thuật khối xử lý màu sắc: logic nhận biết và phân biệt 3 màu (Xanh, Vàng, Đỏ).
• Bảng phân công đầu vào/đầu ra của PLC S7-1200.
• Giản đồ thời gian mô tả trình tự hoạt động các tín hiệu.
• Hướng dẫn sử dụng phần mềm Arduino IDE và TIA Portal V15 (từ giao diện bắt đầu, Add new device, chọn cấu hình PLC CPU 1214C, giao diện làm việc, viết chương trình đến giao diện điều khiển).
• Trình bày mô hình thực tế đã thi công và kết quả kiểm thử.

---

Kết quả và đóng góp

Tác giả hoàn thành việc thiết kế và thi công mô hình thực tế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC phối hợp với Arduino Uno R3. Hệ thống thực hiện phân loại được 3 màu (Xanh, Vàng, Đỏ) thông qua cảm biến TCS3200, vận chuyển sản phẩm bằng động cơ DC 24V và phân loại bằng 2 xi lanh khí nén MAL 16×100 điều khiển qua 2 van điện từ 5/2.

Giao diện điều khiển được xây dựng trên TIA Portal V15, cho phép bật/tắt hệ thống và hiển thị trạng thái xi lanh cùng số lượng sản phẩm đã phân loại theo từng màu trong quá trình vận hành.

Giải pháp kỹ thuật đề xuất:

• Sử dụng Arduino Uno R3 làm bộ xử lý trung gian tín hiệu màu sắc từ TCS3200, chuyển tín hiệu về PLC qua module relay opto để cách ly điện và chống nhiễu.
• Kết nối cảm biến E3F-DS30C1 (NPN) với PLC bằng cách nối L+ với 1M để tương thích kích mức thấp.
• Sử dụng mạch giảm áp LM2596 (công suất 15W, dòng tối đa 3A) để chuyển từ 24VDC xuống mức phù hợp cho Arduino và TCS3200, tránh dùng thêm nguồn riêng.

Đóng góp so với nghiên cứu trước: Tác giả xác định rằng các mô hình phân loại theo chiều cao, khối lượng hay kích thước có sẵn không phù hợp với sản phẩm nhỏ có đặc trưng màu sắc; đồ án bổ sung thêm mô hình phân loại theo màu sắc dựa trên tích hợp PLC S7-1200 và Arduino với cảm biến TCS3200 như một giải pháp thay thế thiết thực trong đào tạo và nghiên cứu tại khoa.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Tác giả tự nêu các hạn chế sau trong phần giới hạn và kết quả:

• Mô hình chỉ ở quy mô nhỏ, chưa phản ánh điều kiện dây chuyền sản xuất thực tế.
• Hệ thống chỉ phân loại được 3 màu (Xanh, Vàng, Đỏ); chưa mở rộng cho số lượng màu lớn hơn hoặc sản phẩm có màu sắc tương cận.
• Tốc độ phân loại chưa đạt mức nhanh, chưa được định lượng cụ thể về số sản phẩm/phút.
• Trong tính toán và thực hiện không tránh khỏi thiếu sót và hạn chế.

Hướng phát triển được tác giả đề cập: tối ưu phần mềm và phần cứng để nâng cao tốc độ và độ chính xác của hệ thống phân loại, đánh giá hiệu suất hoạt động so với thông số thiết kế.

Dựa trên phạm vi nghiên cứu, hệ thống còn có thể được nghiên cứu mở rộng theo hướng tăng số lượng màu phân loại, tích hợp giao tiếp mạng PROFINET để giám sát từ xa, hoặc thay thế Arduino bằng module xử lý ảnh để nhận diện màu sắc phức tạp hơn.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án phù hợp để tham khảo cho các đối tượng sau:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện – Điện tử: tài liệu này có thể dùng như nguồn tham khảo thực hành về cách tích hợp PLC S7-1200 với Arduino và cảm biến ngoại vi trong một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh.
• Sinh viên làm đồ án tương tự về phân loại sản phẩm: Chương 2 cung cấp tra cứu nhanh thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 (ba dòng CPU, bảng module hỗ trợ), Arduino Uno R3 và cảm biến TCS3200. Chương 3 có thể tham khảo phương pháp tính toán lựa chọn thiết bị và sơ đồ kết nối giữa các linh kiện.
• Người học TIA Portal V15: Chương 4 có hình ảnh minh họa từng bước sử dụng TIA Portal từ thêm thiết bị mới, chọn cấu hình đến viết chương trình và thiết kế giao diện điều khiển.
• Người làm đề tài tích hợp Arduino với PLC Siemens: sơ đồ kết nối relay opto làm cầu nối tín hiệu giữa hai hệ thống và giải pháp xử lý tương thích mức tín hiệu là phần có giá trị tham khảo thực tiễn.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án sử dụng Arduino Uno R3 kết hợp với PLC S7-1200 thay vì chỉ dùng PLC để xử lý tín hiệu màu sắc? Cảm biến TCS3200 xuất tín hiệu dưới dạng tần số (2 Hz–500 kHz), không phải tín hiệu số hay tương tự thông thường. Arduino Uno R3 được chọn để đọc và xử lý tần số này, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu số tương thích ngõ vào của PLC thông qua module relay opto. Điều này đồng thời giúp cách ly điện và chống nhiễu giữa hai hệ thống.

2. Hệ thống sử dụng loại PLC S7-1200 nào và tại sao? Tác giả chọn PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC vì yêu cầu thực tế của hệ thống cần 8 ngõ vào và 4 ngõ ra. CPU 1214C có 14DI/10DO, nguồn cấp và ngõ vào/ra đều là DC 24V, đáp ứng dư biên so với yêu cầu tối thiểu và cho phép mở rộng sau này.

3. Cảm biến E3F-DS30C1 được kết nối với PLC như thế nào để tương thích mức tín hiệu? Do cảm biến E3F-DS30C1 có ngõ ra dạng NPN cực thu hở (khi kích tín hiệu xuống mức 0V), tác giả nối chân L+ với chân 1M trên PLC để đầu vào PLC có thể nhận được kích mức thấp từ cảm biến. Nguồn cung cấp cho cảm biến là 6–36 VDC, khoảng cách phát hiện điều chỉnh được từ 5 đến 30 cm qua biến trở.

4. Hệ thống phân loại 3 màu thực hiện cơ chế đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải như thế nào? Hệ thống sử dụng 2 xi lanh khí nén MAL 16×100 và 2 van điện từ 5/2 một đầu cuộn dây. Khi PLC xác định màu sắc sản phẩm và nhận tín hiệu vị trí từ cảm biến E3F-DS30C1, PLC kích hoạt cuộn dây van điện từ tương ứng, van đảo chiều cấp khí nén đẩy pittong xi lanh ra, đưa sản phẩm vào ô phân loại đúng màu.

5. Mạch giảm áp LM2596 có vai trò gì trong hệ thống và thông số kỹ thuật của nó là gì? Toàn hệ thống sử dụng nguồn tổ ong 24VDC làm nguồn cấp chính cho PLC và các thiết bị công suất. Tuy nhiên, Arduino Uno R3 và cảm biến TCS3200 yêu cầu mức điện áp thấp hơn. Mạch giảm áp LM2596 được sử dụng để hạ từ 24V xuống mức phù hợp, với thông số công suất 15W và dòng tối đa 3A, có khả năng giảm từ 30V xuống 1,5V.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Quốc Nghĩa trình bày quá trình thiết kế, thi công và lập trình mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC kết hợp với Arduino Uno R3 và cảm biến màu sắc TCS3200, được lập trình trên TIA Portal V15 và Arduino IDE. Hệ thống tích hợp nhiều thành phần phần cứng bao gồm cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C1, cơ cấu khí nén (xi lanh MAL 16×100, van điện từ 5/2), băng tải động cơ DC 24V và giao diện giám sát, thực hiện phân loại sản phẩm theo 3 màu Xanh, Vàng và Đỏ ở quy mô mô hình thực nghiệm. Đồ án có giá trị tham khảo cho sinh viên ngành Điều khiển và Tự động hóa trong việc học cách tích hợp PLC Siemens với vi điều khiển Arduino và các cảm biến ngoại vi trong một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng Quan. Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. ➢ Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền thông, giao thức.

➢ Chương 3: Thiết Kế Và Chọn Thiết Bị Thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống. ➢ Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống. Viết chương trình và đưa ra lưu đồ thuật toán. 3 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS.

Võ Khánh Thoại TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm Sau khi chế tạo, trước khi đưa sản phẩm ra thị trường, cần phải trải qua nhiều khâu phân loại để loại bỏ sản phẩm chưa đạt yêu cầu hoặc phân loại theo từng nhóm sản phẩm. Sản phẩm sẽ được đưa vào hệ thống qua băng tải và đưa đến các khu phân loại theo nhiều nguyên tắc như kích thước, khối lượng và màu sắc… Để chọn lọc những sản phẩm theo đúng yêu cầu và phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm 2.1 Phân loại theo kích thước Là hệ thống phân loại tự động cho sản phẩm khác nhau về kích thước như trái cây,rau quả. Máy phân loại sản phẩm theo kích thước có độ chính xác cao, hoạt động ổn định, phù hợp cho nhiều loại sản phẩm.2 Phân loại theo màu sắc Là mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như ớt, cà chua, nhựa màu, các loại hạt… Ứng dụng để phân loại sản phẩm theo màu sắc trong các ngành nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử, thiết bị y tế… 2.3 Phân loại theo khối lượng Là hệ thống phân cỡ sản phẩm ứng dụng đa dạng các loại/kiểu sản phẩm theo nguyên tắc kiểm tra khối lượng, sau đó phân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu. Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho ngành thực phẩm, nông sản, trái cây… 2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 2.1 Tổng quan về PLC a) Giới thiệu Kỹ thuật điện tử đã phát triển đến trình độ kỳ diệu và sẽ có những tiến bộ vượt bật trong tương lai.

Nó góp phần không nhỏ và sản xuất công nghiệp. Nhất là trong giai đoạn hội nhập hiện nay. Các doanh nghiệp không ngần ngại hạ giá thành sản phẩm tăng sức cạnh tranh với các công ty khác. Một trong những giải pháp về trang thiết bị hiện đại này là PLC.

PLC có khả năng vận hành tự động theo một quy trình định sẵn mà không cần có sự tham gia của con người lúc vận hành. Bởi tất cả những gì cần thiết cho ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cả trong một thiết bị nhỏ gọn đó là PLC. Hệ 4 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 thống tự động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính để điều khiển và kiểm soát quá trình sản xuất hoàn toàn chỉ trên máy vi tính.[1] Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đã xuất hiện từ năm 1970 và nhanh chóng trở thành sự lựa chọn cho việc sản xuất.

Nhưng ở Việt Nam, còn khá nhiều công ty hoàn toàn xa lạ với PLC. Tại sao như vậy? Về giá thành?