Đồ án: Phạm thế duyệt 18103193 quyển đồ án tốt nghiệp

Tìm hiểu về quyển đồ án tốt nghiệp của Phạm Thế Duyệt mã số 18103193 với nội dung chi tiết, phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được.

• Tác giả: Phạm Thế Duyệt
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Hội
• Trường học: Đại học Kinh doanh và Công nghệ Hà Nội
• Chuyên ngành: Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Phân Loại Sản Phẩm Theo Khối Lượng Dùng PLC S7 1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đồ án tốt nghiệp phân loại sản phẩm theo khối lượng

Đồ án tốt nghiệp của Phạm Thế Duyệt (MSV: 18103193) tại Trường Đại Học Kinh Doanh và Công Nghệ Hà Nội đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200" là một công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trong sản xuất hiện đại. Đây là một đồ án tốt được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Hội, thể hiện sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trong lĩnh vực kỹ thuật điện - điện tử. Mô hình được xây dựng nhằm tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm trên băng tải trong các nhà máy sản xuất tự động. Công trình này có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ PLC vào các hệ thống sản xuất thực tế.

1.1. Mục đích và ý nghĩa của đồ án

Mục đích chính của đồ án là nghiên cứu và thiết kế một mô hình phân loại sản phẩm tự động theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200. Công trình này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm chi phí lao động và nâng cao hiệu suất công việc. Ứng dụng cảm biến cân nặng và hệ thống điều khiển PLC tạo nên một giải pháp công nghệ cao và khả thi cho ngành công nghiệp sản xuất.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đồ án tập trung vào nghiên cứu các phương pháp phân loại sản phẩm theo khối lượng hiện nay được áp dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động hóa. Phạm vi của công trình bao gồm: tìm hiểu công nghệ PLC S7-1200, cảm biến đo lường, thiết bị điều khiển, và quy trình lắp hệ thống thực tế trên mô hình phân loại.

II. Cơ sở lý thuyết và công nghệ sử dụng

Để hoàn thành đồ án tốt này, sinh viên Phạm Thế Duyệt đã nghiên cứu sâu về các cơ sở lý thuyết liên quan đến hệ thống phân loại sản phẩm. Công trình tập trung vào việc nắm vững nguyên lí hoạt động của PLC S7-1200, một bộ điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp. Ngoài ra, cảm biến cân nặng được sử dụng để phát hiện khối lượng sản phẩm, từ đó điều khiển các xi lanh khí nén và van điện từ để gạt sản phẩm vào các thùng, khay chứa tương ứng. Động cơ DC được ứng dụng để điều động băng tải, tạo nên một hệ thống tích hợp hoàn chỉnh.

2.1. Hệ thống PLC S7 1200 và ứng dụng

PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình hiện đại của hãng Siemens, được thiết kế để quản lý các quá trình tự động hóa phức tạp. Hệ thống này có khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng, giao tiếp với các cảm biến và thiết bị thực thi hiệu quả. Trong đồ án, PLC đóng vai trò điều khiển toàn bộ mô hình phân loại, nhận tín hiệu từ cảm biến và ra lệnh điều khiển các thiết bị chuyên dụng.

2.2. Cảm biến và thiết bị điều khiển

Cảm biến cân nặng là thiết bị chính giúp phát hiện khối lượng của sản phẩm trên băng tải. Xi lanh khí nén và van điện từ được sử dụng để gạt sản phẩm đã phân loại vào các khu vực chứa khác nhau. Động cơ DC điều động báng tải, tạo sự chuyển động liên tục cho sản phẩm.

III. Thiết kế và tính chọn thiết bị

Chương 3 của đồ án tốt trình bày chi tiết về thiết kế hệ thống và tính toán chọn thiết bị phù hợp cho mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng. Sinh viên Phạm Thế Duyệt đã tiến hành phân tích các khối chức năng trong hệ thống, từ đó lựa chọn các thiết bị điện tử có thông số kỹ thuật thích hợp. Quá trình tính chọn bao gồm việc xác định công suất động cơ, loại cảm biến phù hợp, và module truyền thông để giao tiếp giữa các thiết bị. Sơ đồ nguyên lí được vẽ chi tiết để thể hiện kết nối giữa các linh kiện và phương thức điều khiển của hệ thống.

3.1. Tổ chức các khối trong hệ thống

Hệ thống phân loại được chia thành nhiều khối chức năng riêng biệt, mỗi khối chịu trách nhiệm về một nhiệm vụ cụ thể. Khối điều khiển sử dụng PLC S7-1200 quản lý toàn bộ hoạt động. Khối động lực gồm động cơ DC và xi lanh khí nén. Khối cảm biến phát hiện khối lượng sản phẩm. Module truyền thông CM1241 được lắp để kết nối giữa các thiết bị một cách an toàn và tin cậy.

3.2. Lựa chọn và tính toán thiết bị

Động cơ DC được chọn dựa trên công suất cần thiết để vận hành băng tải. Cảm biến cân nặng phải có độ chính xác cao để phân biệt các sản phẩm theo khối lượng khác nhau. Van điện từ được lựa chọn phù hợp với tốc độ hoạt động yêu cầu. Tất cả thiết bị đều được tính toán để đảm bảo tương thích với PLC S7-1200.

IV. Thi công lắp đặt và kết quả hoàn thành

Chương 4 của đồ án tốt nghiệp của Phạm Thế Duyệt tập trung vào thi công, lắp đặt hệ thống mô hình phân loại sản phẩm thực tế. Quá trình này bao gồm lắp ghép các thiết bị cơ khí, kết nối điện các linh kiện điện tử, và lập trình PLC để điều khiển toàn bộ hệ thống. Đồ án được hoàn thành vào ngày 31 tháng 12 năm 2022, sau 6 tháng thực hiện (từ ngày 30/06/2022). Kết quả cuối cùng là một mô hình hoàn chỉnh có khả năng phân loại sản phẩm tự động theo khối lượng với độ chính xác cao, đáp ứng các yêu cầu công nghiệp.

4.1. Quá trình thi công và lắp đặt

Thi công bắt đầu bằng lắp dựng khung cấu trúc của mô hình, sau đó lắp đặt băng tải, động cơ DC, và các thiết bị cơ khí khác. Kết nối điện được thực hiện theo sơ đồ nguyên lí, đảm bảo an toàn và chính xác. Lập trình PLC được viết bằng ngôn ngữ LAD và tải vào bộ điều khiển. Thử nghiệm toàn bộ hệ thống được tiến hành để kiểm chứng hoạt động đúng yêu cầu.

4.2. Kết quả và ý nghĩa thực tiễn

Mô hình hoàn thành đã chứng minh khả năng phân loại chính xác các sản phẩm theo khối lượng một cách tự động và hiệu quả. Đồ án tốt này không chỉ có giá trị học thuật mà còn có ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp sản xuất. Công trình thể hiện kỹ năng kỹ thuật và tư duy sáng tạo của sinh viên Phạm Thế Duyệt, đáp ứng tiêu chuẩn của một đồ án tốt nghiệp chất lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Chương 3: Thiết kế và tính toán. - Chương 4: Thi công hệ thống.

- Chương 5: Kết luận. SVTH: Phạm Thế Duyệt 3 MSV: 18103193 Mô hình, phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Phương pháp phân loại theo khối lượng. Ở đề tài này hướng tới cơ sở phân loại về khối lượng.

Mỗi sản phẩm sẽ được kiểm tra cân nặng thông qua một loadcell. Dữ liệu về cân nặng có được sẽ được kiểm tra xem có nằm trong các giới hạn cân nặng mà đã đặt sẵn từ cân điện tử. Từ cơ sở phân loại về cân nặng, hệ thống sẽ có khả năng phân loại một nhóm khối lượng thành 3 loại với các đặc trưng cân nặng khác nhau. Ví dụ: - Loại 1: 0,1 kg đến 0,5 kg.

- Loại 2: 0,5 kg đến 1 kg. - Loại 3: 1 kg trở lên. Phương pháp chọn hệ thống: + Phương án 1. Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm, khối lượng được cân lên và xi lanh đẩy sản phẩm vào băng tải, các cảm biến nhận biết có vật đi đến xi lanh thì đẩy sản phẩm ra khỏi ngoài băng tải vào khu vực phân loại.

Sử dụng van điện từ để điều khiển thời gian hành trình của xi lanh. Ưu điểm: Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử dụng ít thiết bị, ít băng tải nên giá thành chế tạo thấp, dễ dàng cho việc điều khiển. Nhược điểm: Chỉ phân loại các sản phẩm có khối lượng khác nhau, chưa có tính linh hoạt trong khâu phân loại và đóng gói. Sử dụng nhiều băng tải, băng tải 1 để vận chuyển sản phẩm đến khu vực cân, khi cân xong đẩy sang băng tải 2, các xi lanh ở băng tải 2 đẩy sản phẩm phân loại theo khối lượng, phân loại 1 đẩy sang băng tải 3, băng tải 3 này di chuyển vật đến khu vực đóng gói.

Phân loại 2 xi lanh đẩy sản phẩm lên băng tải 4, băng tải này di chuyển đến khu vực đóng gói. Ưu điểm : phân loại sản phẩm năng suất cao hơn, vận chuyển sản phẩm đến nơi phân loại thuận tiện. Nhược điểm: sử dụng nhiều xi lanh và băng tải hơn nên tốn kém trong việc chế tạo, sử dụng nhiều cảm biến nên khó trong việc điều khiển. Tốn nhiều thời gian hơn do đó năng suất sẽ giảm.

SVTH: Phạm Thế Duyệt 4 MSV: 18103193 Mô hình, phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200 Dựa trên các phân tích trên nhóm chúng em lựa chọn phương án 1 để thiết kế và chế tạo mô hình. Giới thiệu chung về băng tải. 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 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.

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. Ưu 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 băng tải. Cấu tạo chung của băng tải. - Trục của con lăn băng tải.

- Con lăn có khớp nối gắn động cơ kéo dây băng tải. - Dây băng tải. SVTH: Phạm Thế Duyệt 5 MSV: 18103193 Mô hình, phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200 - Con lăn dẫn băng tải chuyển động. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay.

Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phôi vụn, năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2 m/s. Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10 kN. Băng tải xoắn vít, có 2 kiểu cấu tạo: - Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôi vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80 cm.

- 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 hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động. - Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép. Lựa chọn loại băng tải : - Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải.

- Tuy nhiên khi chọn loại băng tải nên quan tâm đến trạng thái và mục đích sử dụng của nó theo bảng sau: Bảng 2. Các trạng thái và mục đích sử dụng của băng tải. Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng Vận chuyển từng chi tiết giữa các Băng tải dây đai < 50 kg nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp. Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh Băng tải lá 25 ÷ 125 kg trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg bộ phận trên khoảng cách > 50 m.

Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg giữa các nguyên cộng với khoảng cách < 50 m. 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, giá thành khá đắt, độ chính xác cao. Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong SVTH: Phạm Thế Duyệt 6 MSV: 18103193 Mô hình, phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200 mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyền trong nhà máy với những lý do sau đây: - Tải trọng băng tải không quá lớn.

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp. - Dễ dàng thiết kế chế tạo. - Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải. Tuy nhiên loại băng tải này cũng có một vài nhược điểm như độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thời gian.

Băng tải mô hình thực tế. Giới thiệu phần cứng. Giới thiệu chung về PLC S7 - 1200. Khái niệm chung về PLC S7 - 1200.

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic, thông qua một ngôn ngữ lập trình người sử dụng có thể lập trình để thực hiện môt loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động vào SVTH: Phạm Thế Duyệt 7 MSV: 18103193 Mô hình, phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200 PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kì hay thời gian được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối, người ta đã chế tao bộ điều khiển PLC nhằm thoả mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa. - Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các module mở rộng. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logic thời gian. Tuy nhiên bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả. Chính điều này đã tạo ra quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp.

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7 - 1200 dùng để thay thế dần cho S7 - 200. So với S7 - 200 thì S7 - 1200 có những tính năng nổi trội: S7 - 1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC. Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình S7 - 1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.

Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. Phần mềm dùng để lập trình cho S7 - 1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal.

SVTH: Phạm Thế Duyệt 8 MSV: 18103193 Mô hình, phân loại sản phẩm theo khối lượng dùng PLC S7 1200 b. Giới thiệu module PLC S7 - 1200 CPU 1214C AC/DC/RLY 6ES7214 -1BG40 - 0XB0. Module 6RS7214 - 1BG40 - 0XB0. Thông số kỹ thuật: - Ngõ vào DI: 14 DI, 24V-DC, 2 AI 0 - 10V DC.

- Ngõ ra DO: 10 DO, Relay 2A. - Power supply: AC 85 - 264 VAC. Các tính năng cơ bản như: - Các chức năng cơ bản như logic nhị phân, phân bố kết quả, lưu, đếm, tạo thời gian, tải, truyền, so sánh, dịch chuyển, xoay, tạo phần bổ sung, gọi chương trình con (với các biến cục bộ). - Các lệnh giao tiếp tích hợp (ví dụ: giao thức USS, Modbus RTU, giao tiếp hoặc Freeport).