CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung: Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng khía cạnh, vào trong các khâu của quá trình sản xuất, và được phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam cũng như các nước trên quốc tế. Nhờ vậy có thể đóng góp vào sự phát triển chung của khoa học kĩ thuật và công cuộc “Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước”. Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc, tính chất vật liệu, theo kích thước,…dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạt được những mục đích mà con người mong muốn. Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà chúng em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao, phân loại được tất cả các sản phẩm về mọi mặt.
Nên em thiết kế và thi công mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự có ý nghĩa với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới. Trong việc thiết kế và chế tạo, quy trình được thể hiện qua 3 quá trình sau: + Đưa sản phẩm và thùng chứa vào vị trí định trước. + Phân loại các sản phẩm theo các màu sắc khác nhau. + Tay đẩy hơi sẽ tự động đẩy sản phẩm vào vị trí khi cảm biến nhận được tín hiệu.2 Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm: Từ xa xưa con người chúng ta đã biết cách phân loại ra những mặt hàng sản phẩm để phục vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho nhu cầu buôn bán trao đổi hàng hóa.
Nhưng những việc làm ấy vẫn còn thô sơ và mất nhiều thời gian, khi nền kinh tế hiện nay bắt đầu phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học và kỹ thuật thì con người đã biết cách áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máy móc dần được thay thế cho sức lao động của con người. Chính vì thế mà các dây chuyền phân loại sản phẩm được ra đời và phát triển mạnh mẽ. Phân loại sản phẩm là một trong những hình thức đã và đang áp dụng nhiều trong quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp khác nhau tại khắp các quốc gia trên thế giới. Với mục tiêu nhằm nâng cao tính ổn định và chất lượng của công việc, vì vậy hệ thống phân loại sản phẩm ngày càng được tin dùng rất nhiều.
Tuy nhiên, có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này rất cao, vì vậy hiện nay đa phần chỉ được áp dụng trong các hệ thống nhà máy có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp từ con người.3 Phân loại sản phẩm theo màu sắc: 1.1 Khái quát: Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng ngõ ngách, vào trong các khâu của quá trình sản xuất. Một trong những ứng dụng đó là công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc. Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm như màu sắc, tính chất vật liệu, theo kích thước,. 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 sự nặng nhọc cho người công nhân, tiết kiệm thời gian. Giảm được chi phí sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm. Trước những yêu cầu thực tế đó, em đã chọn và làm đề tài “Thiết kế thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc”. Cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, 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 đẩy đưa sản phẩm vào vị trí đã định trước.
Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến màu để phân biệt màu sắc các sản phẩm, có màu sắc khác nhau. Nhận xét: Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau. Ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc trong thực tế để tăng khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm. Kết luận: Tự động hóa trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, năng suất chất lượng sản phẩm được tăng lên, giá thành sản phẩm được giảm, lao động cơ bắp của con người dần được thay thế.
Quá trình sản xuất được vận hành một cách tự động theo một trình tự nhất định, nhờ đó đẩy mạnh được chuyên môn hóa trong sản xuất góp phần đưa đất nước phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong tương lai. Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong thực tế mang lại hiệu quả cao như hệ thống phân sản phẩm theo chiều cao, màu sắc, vật liệu. Các hệ thống này ngày càng được cải tiến, đáp ứng được nhu cầu của con người. Từ những vấn đề đó, em đã hướng đến đề tài “Thiết kế thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc”.2 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 để phân loại sản phẩm. 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.3 Yêu cầu: - Có kích thước phù hợp, không gian làm việc hiệu quả. - Hệ thống dễ điều khiển và làm việc tin cậy. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động.
- Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn. - Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, có khả năng cải tiến công nghệ. - Vốn đầu tư phù hợp, chi phí vận hành thấp, phải mang tính thẩm mỹ.4 Nội dung thiết kế: Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành như: Thực hành điều khiển dây chuyền công nghiệp, thực hành PLC, truyền động điện, điều khiển logic khả 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 chuyền dùng để di chuyển sản phẩm. - Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng màu sắc sản phẩm. - Xilanh đẩy phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn.
- Bộ lập trình PLC S7 CPU 222. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PLC 2.1 Tổng quan về PLC: 2.1 Khái quát về PLC (Programmable Logic Controller): PLC là gì? PLC có tên đầy đủ là Programmable Logic Controller ( là bộ điều khiển Logic có thể lập trình). Nếu các bộ thiết bị điều khiển khác chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định thì bộ thiết bị PLC lại có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy ý do người sử dụng viết thông qua một số loại ngôn ngữ lập trình. Chính vì lý do này mà PLC có khả năng thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển khi sử dụng thiết bị.
Được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp. Như vậy, PLC là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh.
PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa. Tổng quan về PLC Hình 2. Các loại PLC phổ biến Hiện nay, một số PLC được sử dụng trên thị trường Việt Nam: - Mỹ: Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,… - Đức: Siemens, Boost, Festo… - Hàn Quốc: LG - Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,… Và nhiều chủng loại khác như: Logo!, Easy, Zen, … cũng được chế tạo ra để đáp ứng những yêu cầu điều khiển đơn giản. PLC của Siemens hiện có các loại sau: S7- 200, S7- 300, S7- 400, S7-1200,.
Riêng S7- 200 có các loại CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 226, …. Mới nhất có CPU 224 xp, CPU 226 xp có tích hợp analog. Trong tài liệu này trình bày cấu trúc chung họ S7 – 200, CPU 222.2 Cấu trúc PLC: Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit) và khối Module Output. Khối Module Input có chức năng thu nhận các dữ liệu digital, analog và chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU.
Khối CPU quyết định và thực hiện chương trình điều khiển thông qua chương trình chứa trong bộ nhớ. Khối Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU thành dữ liệu analog, digital thực hiện ñiều khiển các đối tượng. Hệ thống PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình. Cấu trúc của PLC Bộ xử lý của PLC: Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
Bộ nguồn: Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao diện nhập và xuất. Bộ nhớ: Bộ nhớ của PLC chia làm nhiều loại khác nhau bao gồm: ROM, RAM, PROM, EPROM, EEPROM…Mỗi bộ nhớ sẽ có chức năng riêng để giúp PLC hoạt động.