Đặt vấn đề Ngày nay, các sản phẩm, hàng hóa của các doanh nghiệp luôn phải tuân thủ những quy chuẩn khắt khe cũng như sự cạnh tranh lẫn nhau về thị trường. Nên các doanh nghiệp luôn ưu tiên việc sử dụng hiệu quả các nguồn lực để sản xuất sản phẩm có thể đáp ứng những nhu cầu của họ cũng như quy chuẩn của hàng hóa. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, cơ điện tử có vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển của nền khoa học thế giới nói chung và sự phát triển kỹ thuật và điều khiển tự động nói riêng. Với những kĩ thuật tiên tiến như PLC, vi xử lý, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ chậm chạp và ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã thiết lập trước.
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng, giảm nhân công là một việc rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển trên các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu cần thiết, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý sản phẩm một cách dễ dàng. Hiện nay nhu cầu phân loại sản phẩm theo khối lượng đang tốn rất nhiều nhân công, tang chi phí sản xuất, tốn nhiều thời gian, độ chính xác không cao. Để đáp ứng yêu cầu cần thiết đó, hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng ra đời để đáp ứng nhu cầu thời gian và năng suất cao cho các công ty. Do thực tiễn hiện nay việc các nhà máy khu công nghiệp xử dụng các thiết bị tự động hóa thay cho con người để phân loại sản phẩm.
Nên nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu về vấn đề này và đưa ra ý tưởng thiết kế một mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200. Là sinh viên Cơ Khí muốn được thử thách bản thân, tìm hiểu về nhiều kiến thức chuyên ngành để trước khi ra trường phục vụ cho công việc sau này. Nghiên cứu để hiểu và sử dụng được các thiết bị trường và cách ghép nối với thiết bị điều khiển, hiểu và sử dụng được bộ điều khiển PLC, tìm hiểu và lập trình giao diện bằng Win CC, xây dựng được cấu trúc điều khiển cho bài toán phân loại sản phẩm trong công nghiệp. Nội dung đồ án Nội dung đề tài bao gồm: Thiết kế điều khiển và giám sát hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng S7-1200.
Tính chọn được các thiết bị trường và thiết bị điều khiển phù hợp với yêu cầu công nghệ phân loại sản phẩm. Lập trình điều khiển và giám sát bằng HMI chuyên dụng. Xây dựng phần mềm quản lý, giám sát và điều khiển bằng Win CC. Đối tượng đồ án là: thiết bị điều khiển PLC S7-1200, loadcell, các loại sensor và một số thiết bị trường.
Bên cạnh đó dùng để ứng dụng những thiết bị trên để nghiên cứu ra một mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: sử dụng các tài liệu tham khảo về PLC, loadcell màn hình giám sát, các khí cụ điện. Thực nghiệm: kết nối các cổng mạng lan giữa các thiết bị điều khiển với máy tính, thiết kế tủ điện, cơ cấu chuyển động. Phương tiện: các dụng cụ trong ngành cơ khí và Cơ Điện Tử như máy hàn, máy khoan, máy tính,… để thực hiện đề tài này cần phải thiết kế mạch điện động lực và điều khiển dùng Eplan Electric, thiết kế giao diện giám sát trên WinCC và chương trình điều khiển trên Tia Portal V15, giao diện giám sát bằng HMI trên GP-Pro EX.
Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200. Ngày nay, các doanh nghiệp luôn có xu hướng hiện đại hóa, tự động hóa máy móc cũng như mong muốn tối ưu quy trình. Để đáp ứng được nhu cầu trên giải pháp sử dụng camera công nghiệp để kiểm tra tối ưu việc kiểm soát phân loại sản phẩm được sử dụng. Xuất phát từ thực tế Hình 1.
1: Phân loại sản phẩm thủ công , tự động Trước kia, việc phân loại sản phẩm chủ yếu được thực hiện một cách thủ công bởi con người, bằng sự quan sát và dựa vào kinh nghiệm, rồi sau đó chọn ra sản phẩm đạt yêu cầu và loại bỏ phế phẩm, hoặc phân loại sản phẩm khác nhau. Vì vậy công việc này đòi hỏi sự tập trung cao mà lặp đi lặp lại nhiều lần nên khó đảm bảo độ chính xác và ổn định trong công việc. Nhưng giờ đây việc đó đã được thực hiện tự động hóa bởi hệ thống các thiết bị kỹ thuật chuyên dụng giúp việc phân loại sản phẩm nhanh và chính xác. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay.
Với việc dùng sức người, đối với các công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, thì các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Các phương pháp phân loại sản phẩm nói chung Trên thực tế có rất nhiều phương pháp phân loại sản phẩm và có khi sử dụng đan xen nhiều phương pháp lại với nhau để đạt được kết quả tốt nhất. Dưới đây là một số phương pháp phân loại sản phẩm trên thực tế và phạm vi ứng dụng của chúng. -Phương pháp phân loại sản phẩm theo chiều cao: thường được áp dụng trong nhiều nhà máy đóng chai, đóng hộp v.
15 -Phương pháp phân loại sản phẩm theo kích thước: thường được áp dụng trong việc phân loại hạt như trong các nhà máy cà phê, điều, các loại củ quả v. -Phương pháp phân loại sản phẩm theo trọng lượng: thường được áp dụng cho việc phân loại các sản phẩm đóng hộp và các loại bánh kẹo, vật liệu xây dựng v. -Phương pháp phân loại sản phẩm theo màu sắc: phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi trong sản xuất như việc phân loại quả chín: cà chua, táo, xoài … , phân loại thực phẩm bị biến đổi màu sắc ví dụ như sữa …, phân loại màu sơn, màu sắc chuẩn của gạch, các bao bì v.v… -Phương pháp phân loại sản phẩm theo hình dạng (phân tích hình ảnh): cách phân loại này có thể giải quyết các vấn đề tại nhà máy với dây chuyền phân loại sản phẩm chính và phế phẩm, kiểm tra lỗi. Các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng Trong các hệ thống sản xuất công nghiệp hiện nay nói chung cũng như các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng nói riêng thì nhu cầu về năng xuất lao động cũng -Dây chuyền kiểm tra khối lượng sản phẩm trong thùng.
2: Hệ thống kiểm tra khối lượng thùng cát tông. Định lượng vật liệu trong sản xuất xi măng: 16 Hình 1. 3: Hệ thống cân băng định lượng trong sản xuất xi măng -Thông số và khối lượng đầu vào của sản phầm - Khối lượng của sản phẩm nhẹ:<1000g - Khối lượng của sản phẩm nặng :>5000g -năng suất đạt được :3600 sản phẩm/1 giờ 1. Tổng quan về Loadcell 1.
Khái niệm Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Khái niệm “strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này. Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên chậm.Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của Loadcell. Cấu tạo Thành phần cấu tạo cơ bản của loadcell bao gồm hai bộ phận chính là đòn cân và mạch xử lý tín hiệu điện tử.
Đối với đòn cân, ta sẽ có 2 phần chính là Strain Gauge và “Load”. 4: Cấu tạo loadcell Strain gauge là một điện trở, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán lên “Load” “Load” là một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi tùy thuộc vào thông số chịu lực của Loadcell. 5 : Cấu tạo strain gauge Dây mảnh: Φ=0,02 – 0,003mm, được chế tao bằng vật liệu constantan, nicrom, hợp kim platin-iridi. - Thanh dẫn dùng để nối với mạch đó, thông thường hình dạng dấy mảnh được gắn trên một tấm giấy mỏng hình tròn.
Kích thước: + Thông thường: l0 =8-15mm, khi cần kích thước nhỏ l0 =2,5mm. + Chiều rộng: x0 =3-10mm. 18 - Điện trở thay đổi từ 10-150Ω, khi chiều dài tác dụng không hạn chế l0 có thể dài tới 100mm. Điện trở từ 800-1000Ω.
Nguyên lý hoạt động. - Thông thường ta sẽ có 4 cái điện trở strain gauge được nối vòng với nhau tạo thành mạch cầu Wheatstone. 6: Mạch cầu điện trở Wheatstone Theo sơ đồ trên, một điện áp kích thích (Excitation V) được cung cấp cho ngõ vào loadcell (R1 và R4 của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác (R2 và R3). Ở trạng thái không tải, điện áp tín hiệu ra sẽ bằng 0 hoặc gần bằng không.
Khi ta đặt vật có khối lượng lên trên dĩa cân, phần thân loadcell bị kéo-nén sẽ làm cho điện trở của các điện trở strain gauge cũng sẽ thay đổi theo do sự thay đổi độ dài và tiết diện của các dây kim loại trong điện trở. Tuy nhiên, độ biến dạng của thanh kim loại chỉ là phần trọng lượng mà loadcell đo được. Để tìm khối lượng của vật, ta cần phải chia cho gia tốc trọng trường. Mà gia tốc này thì không phải là một hằng số ở mọi nơi trên trái đất.
Do đó, khi sản xuất cân, nhà sản xuất sẽ xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng. Điều này giúp cân luôn đạt được độ. Tổng quan về thiết bị logic khả trình PLC 19 1. Giới thiệu chung Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Motor - Mỹ).
Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống.