Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa. Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu sản xuất tự động hóa đó là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, em quyết định chọn đề tài: “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 – 1200 mô phỏng trên Factory IO” Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mô hình phân loại sản phâm như phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước. Nhưng với những sản phẩm khối lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thay đổi theo tính chất thì các mô hình phân loại kia không phù hợp. Vì vậy chúng ta cần một hướng xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phân loại này đó là phân loại dựa trên màu sắc. Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại mà chưa thực hiện giám sát, quản lý việc phân loại.
Vì vậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát quá trình phân loại cho hệ thống 1.2 Giới thiệu một số thiết bị sử dụng trong hệ thống 1.1 Các loại băng tải và hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay a. Các loại băng tải sử dụng hiện nay Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử 5 dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác.
Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được. Đặc điểm của băng tải - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. - Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. Cấu tạo chung của băng tải Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của băng chuyền 1.
Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ.) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc.
Các loại băng tải trên thị trường hiện nay Bảng 1: Danh sách các loại băng tải Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp. Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách >50m. Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách <50m. Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt.
- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn. năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN. - Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo : + Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn.
Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm. + Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực 7 hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động. Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng.
Các loại băng tải đếm và đóng sản phẩm hiện nay Đóng hộp và đếm sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất.
Vì vậy, hệ thống tự động đóng gói và đếm sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu, các hệ thống tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam. Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống đóng sản phẩm tự động đa phần mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc.
Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống đếm sản phẩm. Còn rất nhiều dạng đóng sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Đóng sản phẩm theo kích thước, theo khối lượng v.v… Vì sản phẩm rất đa dạng nên có nhiều loại băng chuyền khác nhau để đáp ứng các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm. Đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang: hộp chứa sản phẩm chạy trên băng chuyền dưới ngang qua cảm biến quang thứ 1 thì tự động dừng lại, động cơ băng chuyền trên sẽ hoạt động đưa sản phẩm vào hộp và đồng thời đếm đủ số lượng sản phẩm băng chuyền dưới sẽ tự động chạy đưa hộp ra ngoài và hộp tiếp theo sẽ được đưa vào.2 Cảm biến màu E3ZM-V Với thiết kế tiết kiệm không gian E3ZM-V nhỏ hơn nhiều lần so với model trước E3M-V, cùng với vỏ kim loại SUS316L đạt tiêu chuẩn cấp độ bảo vệ IP69K. · Cải thiện quá trình phát hiện các màu khác nhau nhờ đèn LED sáng trắng và bộ lọc tín hiệu RGB.
· Hệ thống trục quang duy trì chính xác quá trình cảm nhận độ tương phản của đối tượng di chuyển. Cung cấp 2 chế độ học mầu: chế độ học bằng tay và chế độ học tự động từ xa. Thiết kế nhỏ gọn, E3ZM-V giảm đi tới 90% kích thước so với model OMRON trước. Và kích thước chuẩn quốc tế đóng góp vào việc lắp đặt tiêu chuẩn hoá kỹ thuật.2 Cảm biến màu E3ZM-V Hệ thống trục quang được thiết kế nhỏ gọn.
Mặc dù E3ZM-V chỉ có kích thước 11 × 21 × 32 mm.Hệ thống trục quang được dùng ở đây có khuynh hướng thay đổi để thích nghi với đối tượng cảm nhận.3 Hệ thống trục quang của cảm biến màu Cấp độ bảo vệ IP69K cùng với vỏ kim loại SUS316L (Tuổi thọ cao giống như là E3ZM) 9 Hình 1.4 Cấp độ bảo vệ IP69K Vỏ cảm biến được xây dựng bằng kim loại chống sự ăn mòn SUS316L và lắp bảo vệ hiển thị được làm bằng chất PES (polyethersulfone). Hai vật liệu này có độ chống ăn mòn rất cao, rất hiệu quả trong việc làm sạch và tẩy rửa. Cấp độ bảo vệ IP69K cho phép E3ZM-V chống lại các chất tẩy xà phòng cùng với nhiệt độ cao, áp suất nước cao. Việc làm này cho phép E3ZM-V hoạt động ở những nơi yêu cầu có mức vệ sinh cao.
Bộ phận cảm biến phát hiện mầu được thiết kế nhỏ gọn và hiệu suất cao Hình 1.5: Bộ phận cảm biến màu Cải thiện quá trình phát hiện các màu khác nhau và tín hiệu RGB Sự phát hiện các mầu đơn sắc thường gặp khó khăn trong các model trước đó của OMRON. Quá trình học tự động sẽ được chọn với các màu chuẩn. 10 Tín hiệu trả về rất nhanh 50ms với 2 mức tín hiệu ON và OFF. Quá trình học bằng tay và tự động thao tác một cách dễ dàng.
Quá trình học bằng tay Hình 1.6: Quá trình học cảm biến Chiếu điểm sáng vào điểm chia và nền của điểm chia sau đó nhấn nút tự học.3 Cảm biến phản xạ gương OMRON(E3JK) - Cảm biến quang E3JK là loại cảm biến quang omron có khoảng cách phát hiện vật thể dài gấp 8 lần các loại cảm biến thông thường với 2 loại : Phản xạ khuyết tán Thu phát - Loại phản xạ gương khoảng cách phát hiện từ 7-11m. - Loại thu – phát khoảng cách phát hiện lên tới 40m và loại phản xạ khuếch tán khoảng cách phát hiện là 2. - Cảm biến quang Omron E3JK có khả năng hiển thị được cải thiện: Nguồn sáng led tạo ra điểm sáng nhìn thấy, đèn chỉ thị lớn có thể quan sát được ở từ xa. - Nâng cao khả năng hoạt động: Vít điều chỉnh độ nhạy, lựa chọn chế độ hoạt động.
- Dễ dàng lựa chọn được nguồn cấp 24-240VDC, 24-240VAC. - Cảm biến quang Omron E3JK có ứng dụng : phát hiện khay cho dây chuyền chế biến rau quả,Phát hiện buồng thang nâng, phát hiện phôi trong máy chế bến gỗ , phát hiện gói hàng nằm ngoài giá để hàng. Những thông số kỹ thuật của cảm biến quang omron E3JK: 11 Loại : phản xạ khuếch tán , thu - phát và phản xạ gương .