CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất đóng vai trò quan trọng trong công cuộc “Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước”. Được ứng dụng phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam, là “ cột sống” trong các khâu của quá trình sản xuất, mang lại nhiều lợi ích chung cho sự phát triển của đất nước. Qua năm tháng, các kí thuật phân loại ngày càng tiên tiến, phát triển để đáp ứng mọi nhu cầu mà con người đặt ra. Từ những điều thực tế trên, nhóm em đã lên ý tưởng, thi công mô hình hệ thống phân loại theo màu sắc, đảm bảo độ chính xác sử dụng thực tế, vừa mang lại ý nghĩa với chúng em trong suốt quá trình học tập cũng như mang lại lợi ích cho xã hội, các doanh nghiệp, tiểu doanh nghiệp… 1.2 Phân loại sản phẩm theo màu sắc 1.1 Khái quát Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất đang dần được nâng cấp, đi sâu và là vai trò quan trọng trong các khâu sản xuất.
Một trong những ứng dụng đó là công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc. Các công nghệ phân loại sản phẩm như màu sắc đang dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạt được những mục đích sau: • Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động. • Giảm sức nặng và áp lực công nhân, tiết kiệm thời gian, sản xuất hàng loạt. Trước nhu cầu thực tế đó, nhóm chúng em đã chọn và thiết kế thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo màu.
Cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng tải, khi sản phẩm đi qua cảm biến sẽ được cảm biến phát hiện màu sắc và nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào, sau đó tay gắp sẽ gắp sản phẩm đến vị trí quy định. 19 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 1.2 Nguyên lý hoạt động Sử dụng cảm biến màu để phân biệt màu sắc các sản phẩm có màu sắc khác nhau và hệ thống xylanh khí nén tạo thành dạng tay gắp sẽ gắp vật và để vào vị trí phù hợp với màu sắc của vật đó.3 Nhận xét Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm khác nhau về màu săc.4 Ứng dụng Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau.5 Kết luận Tự động hóa trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, năng suất chất lượng sản phẩm tăng , giá thành sản phẩm được giảm, lao động tay chân được thay thế. Quá trình sản xuất được vận hành tự động , nhờ đó đẩy mạnh phát triển đát nước theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa .6 Mục tiêu thiết kế Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khác nhau. Lập trình Arduino cho cảm biến màu sắc và lập trình PLC cho băng tải và xy lanh.
Hệ thống được điều khiển bằng PLC để phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc khác nhau (đỏ, vàng, xanh) thông qua 2 nút nhấn.7 Yêu cầu - Có kích thước phù hợp, làm việc hiệu quả - Hệ thống dễ điều khiển và làm việc chính xác - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị - Thiết bị sử dụng phải có độ bền - Có thể cải tiến trong tương lai - Chi phí hợp lý, có thẩm mỹ 20 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 1.8 Nội dung thiết kế Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành như: Cảm biến và xử lý tín hiệu đo, Truyền động điện, Lập trình PLC,. Trên tình hình thực tế hiện nay, đưa ra các phương pháp thiết kế trên lý thuyết, ta chọn phương pháp có hiệu quả nhất. Đưa ra các phương án khác nhau, thiết lập phương án thích hợp để giải quyết một số vấn đề và mang lại hiệu quả nhất. ➢ Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc gồm các thành phần sau: - Băng tải dùng để di chuyển sản phẩm - Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng màu sắc sản phẩm - Cánh tay cơ khí ( kết hợp giữa 3 loại xylanh) dùng để gắp vật đến vị trí quy định - Bộ PLC S7-1200 DC/DC/RLY Hình 1.1 Phân loại sản phẩm theo màu trong công nghiệp (Nguồn: Internet) 1.9 Các công cụ và phần mềm tính toán - TIA PORTAL V17: Đây sẽ là phần mềm chính để lập trình code cũng như mô phỏng mô hình hoạt động.
- Microsoft Visio và Automation Studio 7.0: Đây sẽ là 2 phần mềm dùng để thiết kế lưu đồ giải thuật, mạch điều khiển, mạch động lực chính của hệ thống. - SolidWorks 2018: Đây sẽ là phần mềm dùng để tính toán kích thước và thiết kế lên bản vẽ mô phỏng các linh kiện dùng để lắp và tạo mô hình hoàn chỉnh. - Arduino IDE: Đây là phần mềm giúp lập trình code cho mạch Arduino của mô hình. 21 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển Một hệ thống điều khiển là tập hợp những công cụ, thiết bị điện, điện tử, nhằm đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chuyển đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất.
Chúng thực hiện bất cứ yêu cầu nào của đối tượng, từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn. Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp, PLC sẽ thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn, nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ. Ngoài ra, nó cũng có thể kết nối với các thiết bị khác như là: bảng điều khiển, động cơ, contactor, cuộn dây…. PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn, linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển.
Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC (Nguồn: Internet) 22 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 2.2 Giới thiệu về PLC PLC (Programmable Logic Cotroller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản cho đến phức tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kíchthích (thiết bị đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay cácsự kiện được đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON/OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC. Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện được các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau.2: Sơ đồ khối cấu tạo PLC (Nguồn: Internet) 2.1 Lịch sử phát triển PLC Vào những năm của thập niên 20 cho đến 50, khoa học kỹ thuật của một số nước trên thế giới đã bước qua một giai đoạn phát triển, một số nhà sản xuất tìm và nghiên cứu đưa ra những giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất như tự động hóa các công đoạn trong sản xuất, giảm bớt các lỗi được sinh ra ở những 23 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 công đoạn phức tạp, hay là đơn giản hóa các thành phần điều khiển tạo ra những thuận lợi trong lắp đặt, bảo trì và thay thế, giảm thiểu tối đa không gian lắp đặt. Năm 1968 thiết bị đầu tiên có khả năng đáp ứng được các nhiệm vụ của các nhà sản xuất đó là: thiết bị điều khiển lập trình (Programmable Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời (công ty General Motor-Mỹ).
Tuy nhiên, các thiết bị này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế đã từng bước cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khắn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình. Trong giai đoạn này các thiết bị điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển.
Quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệthống, tiêu chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format). Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ, vận hành với các dữ liệu cập nhật. Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn. Sự phát triển của công nghệ thông tin và mạch tích hợp điện tử vào những năm cuối thập niên 80 đã dần tạo ra hệ thống phần cứng và phần mềm hoàn thiện vềtốc độ, tin cậy, linh động, giao tiếp… Cho đến nay thiết bị PLC phát triển mạnh với các chức năng mở rộng Hệ thống đầu vào/ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory) có thể gắn thêm 24 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 nhiều Module bộ nhớ có thể tăng thêm kích thước chương trình.
Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, kết nối với các hệ thống máy tính, tăng khả năng điều khiển của từng hệ thống riêng lẽ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kì quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vàolớn. Một số thuật toán cơ bản dùng cho điều khiển cũng được tích hợp vào phần cứng như điều khiển PID (cho điều khiển nhiệt độ, cho điều khiển tốc độ động cơ, cho điều khiển vị trí), điều khiển mỡ, lọc nhiễu ở tín hiệu đầu vào…vv Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam, .