Đặt vấn đề Nước ta - một nước đang trên đà phát triển cùng với chủ trương công nghiệp hóa, hiện đại hóa toàn diện trên mọi lĩnh vực, điều đó đồng nghĩa các cỗ máy tự động là công cụ hỗ trợ cần thiết cho đà phát triển ấy. Để nắm bắt và vận hành một cách hiệu quả các cỗ máy, việc trau dồi kiến thức chuyên môn về ngành tự động hóa là việc không thể thiếu đối với sinh viên chúng em khi ngồi trên ghế trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH. Từ việc học hỏi, tận mắt chứng kiến các khâu vận hành máy móc, dây chuyền sản xuất ở các xưởng, các doanh nghiệp, và hiểu được tầm quan trọng của tự động hóa, chúng em nhận ra việc dùng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens luôn có mặt ở hầu hết các doanh nghiệp ấy, vì vậy chúng em quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY PHÂN LOẠI CÀ CHUA SỬ DỤNG PLC S7-1200’’ để phần nào trau dồi cho bản thân những kiến thức thực tế, những kỹ năng từ việc nghiên cứu cho đến bắt tay tạo mô hình, điều đó giúp ích không nhỏ cho công việc sau này.
2/ Lý do chọn đề tài Theo xu hướng hiện nay, việc sử dụng PLC để lập trình hệ thống điều khiển các cỗ máy đang được phổ biến khắp nơi. Vì vậy, để tiếp cận gần hơn với các xu hướng phát triển ấy, chúng em chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY PHÂN LOẠI CÀ CHUA SỬ DỤNG PLC S7-1200” để từng bước học hỏi, tiếp thu, bổ sung thêm những kiến thức bổ ích mà PLC mang lại. 3/ Mục tiêu nghiên cứu Việc sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens trong hệ thống phân loại sản phẩm đang được các doanh nghiệp sử dụng nhiều. Với đề tài này, chúng em tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn về PLC S7-1200 và tiến hành thiết kế, thi công mô hình phân loại cà chua theo màu sắc đồng thời điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình.
4/ Phương pháp nghiên cứu Từ việc tham khảo nghiên cứu của đàn anh, đàn chị đi trước, cùng với những cỗ máy phân loại mà các “kĩ sư chân đất” ở nước ta đã thành công, tiêu biểu là mô hình của chú Nguyễn Hồng Chương (tỉnh Lâm Đồng), chú đã cho ra máy phân loại cà chua độc đáo, vừa tiết kiệm được thời gian phân loại bằng tay mà bà con vẫn hay làm, vừa nâng cao năng suất cho quả cà chua. Với sự thành công của chú, chúng em tiến hành vận dụng những thành tựu đó cùng với những kiến thức đã tích lũy để nghiên cứu đề tài. 1 Luan van BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Trần Mai Văn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1/ Tổng quan về hệ thống phân loại cà chua Cà chua sau khi thu hoạch sẽ được trải qua một quy trình như loại bỏ trái chưa đạt yêu cầu, rửa, thổi khô,… sau đó sẽ tiến hành phân loại trên hệ thống khác, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng mà mỗi doanh nghiệp phân loại trên nhiều hệ thống khác nhau như phân loại theo kích thước, khối lượng, màu sắc,…để chọn lọc những sản phẩm tốt nhất đưa ra thị trường. 2/ Các cách phân loại cà chua 2.1/ Phân loại theo kích thước Cà chua sẽ được chọn lọc qua kích thước của quả, sau khi được rửa thổi chúng sẽ được phân loại nhờ vào những lồng hình trụ, bên trên mỗi lồng sẽ có những lỗ với các kích thước phù hợp với cà chua, cách phân loại này giúp cà chua đồng nhất với nhau về kích thước nhưng không đảm bảo về độ đồng điệu màu sắc của quả.2/ Phân loại theo khối lượng Cà chua phân loại theo cách này cũng giúp quả đồng đều nhau như phân loại theo kích thước.
Chúng chỉ khác về cách đo đạc khối lượng theo từng quả cà chua. Tuy nhiên cà chua cũng không đảm bảo về chất lượng sau khi phân loại.3/ Phân loại theo màu sắc Chất lượng sản phẩm luôn là yếu tố hàng đầu nên việc phân loại theo màu sắc là lựa chọn của đại đa số các doanh nghiệp. Việc phân loại này tuy không giúp cà chua đồng đều nhau nhưng chúng lại đảm bảo về chất lượng và giúp việc bảo quản sản phẩm dễ dàng hơn thông qua việc tính toán thời gian bảo quản hợp lý. 3/ Tìm hiểu về PLC và PLC S7-1200 3.1/ Tổng quan về PLC 3.1/ Giới thiệu Trong thời đại kỹ thuật điện tử phát triển như vũ bảo, việc cho ra đời một trang thiết bị hiện đại đảm bảo tính cấp thiết cho sự phát triển đó là điều tất yếu, và sự ra đời của PLC đã mang đến tính đột phá cho những cổ máy tự động.
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. Hệ thống này gần như tối ưu khi có thể trực tiếp giao tiếp với máy tính để điều khiển và kiểm soát quá trình sản xuất mà không cần phải có sự hỗ trợ của con người. Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những kỹ sư Công ty General Motor – Hoa Kỳ đã sáng chế và cho ra đời năm 1968, với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển: 2 Luan van BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Trần Mai Văn Dễ lập trình và thay đổi chương trình. Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa.
Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế - chế tạo từng bước cải tiến hệ thống trở nên đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành hơn. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969.
Điều này đã tạo ra sự thuận lợi và phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình điều khiển. PLC ra đời năm 1969 Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển thời kỳ đầu. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống. Đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng : Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông. Bộ lưu trữ dữ liệu nhiều hơn. Nhiều loại Module chuyên dùng hơn. Trong những năm đầu thập niên 1970, với sự phát triển của công nghệ phần mềm, bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực,.
3 Luan van BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Trần Mai Văn Hình 1. PLC ra đời năm 1970 Từ năm 1970 cho đến nay, bộ điều khiển lập trình PLC đã trở thành một thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp tự động. Các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn.
Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn. PLC ra đời qua các năm 3.2/ PLC là gì? PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller có nghĩa là thiết bị điều khiển logic khả trình, được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và các thiết bị rời cồng kềnh khác, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào lập trình trên các thuật toán logic cơ bản. Ngoài ra nó còn có thể thực hiện những tác vụ khác như: Định thời gian trễ, đếm, tính toán,… 4 Luan van BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Trần Mai Văn Từ những đặc điểm cơ bản của PLC, chúng ta có thể thấy được những ưu việt của nó: Không cần đấu dây cho sơ đồ điểu khiển logic như kiểu Rơlay Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển Kích thước nhỏ nên chiếm không quá nhiều diện tích trong toàn hệ thống Nhiều chức năng điều khiển Tốc độ xử lí thời gian thực tương đối cao Công suất tiêu thụ nhỏ Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt. Như vậy, nhờ có những tính ưu việt trên mà PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp: Bền trong môi trường công nghiệp Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp… Tốc độ xử lí cao Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạng internet.
Có nhiều loại khác nhau để lựa chọn tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và độ phức tạp của hệ thống điều khiển. Dễ dàng điều khiển và giám sát từ máy tính Giá thành hợp lí tùy thuộc vào từng loại PLC 3.3/ Kết cấu của PLC So với một hệ thống máy tính, PLC khác ở cả Hardware (phần cứng), Firmware (chương trình), Software (phần mềm). Tuy vậy về cơ bản, PLC dựa trên cơ sở một microcomputer Hardware (phần cứng): Bao gồm các thiết bị công nghệ, bảng mạch in, các modun tích hợp, pin, vỏ,… Firmware (chương trình): Là một bộ phận phần mềm, nó được cài đặt sẵn và được cung cấp bởi nhà sản xuất. Nó bao gồm hệ thống lịch trình, được sử dụng cho việc khởi động sau khi có nguồn cấp vào.
Hơn nữa, một PLC còn có một hệ điều hành, nó được lưu ở trong ROM (bộ nhớ chỉ đọc) hoặc trong EPROM. Software (phần mềm): Là chương trình do người sử dụng viết. Chúng thường được cài ở trong RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) để có thể chỉnh sửa được.4/ Cấu trúc phần cứng của PLC Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau: Module nguồn.