Báo cáo đồ án thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng với PLC S7-1200

Đồ án nghiên cứu đồ án thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng plc s7 1200, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Thị Kim Loan
• Người hướng dẫn: ThS. Võ Minh Thiện
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật - Công Nghệ Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện, Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Theo Khối Lượng Sử Dụng PLC S7 - 1200
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200 là một giải pháp tự động hóa hiện đại, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất. Hệ thống này không chỉ giảm thiểu sức lao động mà còn cải thiện độ chính xác trong quá trình phân loại sản phẩm. Việc áp dụng PLC S7-1200 cho phép lập trình linh hoạt và dễ dàng điều khiển các thiết bị như sensor, actuator, và HMI. Hệ thống này có thể phân loại sản phẩm dựa trên khối lượng, từ đó giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. Theo nghiên cứu, việc sử dụng PLC trong các dây chuyền sản xuất hiện đại đã trở thành một xu hướng tất yếu, đặc biệt trong bối cảnh công nghiệp 4.0 và Internet of Things (IoT).

1.1. Tính cấp thiết của hệ thống

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc áp dụng PLC S7-1200 vào hệ thống phân loại sản phẩm là rất cần thiết. Hệ thống này giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình phân loại, đồng thời nâng cao năng suất lao động. Việc tự động hóa quy trình sản xuất không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Theo thống kê, các doanh nghiệp áp dụng hệ thống phân loại tự động đã ghi nhận sự gia tăng đáng kể về hiệu quả sản xuất và giảm thiểu thời gian chờ đợi trong dây chuyền sản xuất.

II. Cơ sở lý thuyết về PLC S7 1200

PLC S7-1200 là một trong những dòng sản phẩm nổi bật của Siemens, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong các nhà máy sản xuất. PLC S7-1200 có khả năng xử lý nhanh chóng và chính xác các tín hiệu từ sensor và điều khiển các actuator. Hệ thống này hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình, giúp lập trình viên dễ dàng thiết kế và triển khai các ứng dụng tự động hóa. Việc sử dụng PLC S7-1200 trong hệ thống phân loại sản phẩm không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình mà còn đảm bảo tính linh hoạt trong việc thay đổi cấu hình sản xuất. Hệ thống này cũng có khả năng tích hợp với các phần mềm giám sát như SCADA và HMI, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý và giám sát sản xuất.

2.1. Nguyên lý hoạt động của PLC

Nguyên lý hoạt động của PLC S7-1200 dựa trên việc thu thập và xử lý tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi. Khi sản phẩm đi qua sensor, tín hiệu sẽ được gửi đến PLC để xử lý. Dựa trên các thông số đã được lập trình, PLC sẽ đưa ra quyết định điều khiển các actuator để phân loại sản phẩm. Quá trình này diễn ra liên tục và nhanh chóng, đảm bảo rằng sản phẩm được phân loại chính xác theo khối lượng. Hệ thống cũng cho phép lập trình viên thiết lập các điều kiện và quy tắc phân loại khác nhau, từ đó nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả của hệ thống.

III. Thiết kế mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm

Thiết kế mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200 bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các thông số kỹ thuật của hệ thống, bao gồm loại sensor sử dụng, cấu hình PLC, và các thiết bị điều khiển khác. Sau đó, lập trình viên sẽ xây dựng thuật toán điều khiển, xác định cách thức mà sản phẩm sẽ được phân loại dựa trên khối lượng. Việc mô phỏng hệ thống giúp kiểm tra tính khả thi của thiết kế trước khi triển khai thực tế. Hệ thống mô phỏng cũng cho phép điều chỉnh các thông số để tối ưu hóa hiệu suất phân loại. Kết quả mô phỏng sẽ được đánh giá dựa trên các tiêu chí như độ chính xác, tốc độ phân loại và khả năng xử lý tín hiệu.

3.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động hiệu quả với độ chính xác cao. Các sản phẩm được phân loại theo khối lượng với sai số tối thiểu, đáp ứng yêu cầu sản xuất. Hệ thống cũng cho thấy khả năng xử lý nhanh chóng, giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi trong dây chuyền sản xuất. Việc sử dụng PLC S7-1200 trong mô phỏng đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của hệ thống, đồng thời mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong sản xuất.

IV. Kết luận và kiến nghị

Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7-1200 đã chứng minh được giá trị và ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa không chỉ giúp nâng cao năng suất lao động mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Để phát triển hơn nữa, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến hệ thống, đặc biệt là trong việc tích hợp các công nghệ mới như Internet of Things (IoT) và SCADA. Các doanh nghiệp nên đầu tư vào đào tạo nhân lực để nâng cao kỹ năng lập trình và vận hành hệ thống tự động hóa, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh doanh.

4.1. Kiến nghị

Để hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động hiệu quả hơn, cần có sự đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ mới. Các doanh nghiệp cũng nên xem xét việc hợp tác với các viện nghiên cứu và trường đại học để cập nhật công nghệ và cải tiến quy trình sản xuất. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG Hình 1. 3 Yêu cầu phân loại gạo theo màu sắc Hình 1.3 là ảnh chụp hạt gạo đầu vào, đầu ra. Gạo đầu vào (đã qua các công đoạn khác của dây chuyền xử lý như xay xát, sàng sảy, đánh bóng,…) được nhận dạng và xử lý loại bỏ các hạt ngoại lai (hạt đỏ, vàng, bạc bụng, tạp chất). Muốn phân loại tốt, phải nhận dạng chính xác, ra quyết định đúng và kịp thời để xử lý loại bỏ hạt ngoại lai vốn được phân định theo màu sắc.

Các hạt ngoại lai được phân định dựa trên cơ sở lựa chọn nguồn sáng phù hợp. Không chỉ cần nguồn sáng phù hợp, quan trọng và khó khăn hơn nhiều là phải đảm bảo camera nhận được màu sắc chuẩn xác, đây chính là mấu chốt để đảm bảo chất lượng nhận dạng. Nhìn chung hệ thống phân loại gạo theo màu sắc có tính chọn chuẩn xác cấu hình hệ thống quang-điện, thiết kết kết cấu đảm bảo chất lượng ánh sáng ổn định, các thuật toán như thu thập và xử lí theo thời gian thực, xử lí nhận dạng hạt,… được giải quyết triệt để. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên thì hệ thống phân loại gạo theo màu sắc khá phức tạp đối với người sử dụng và khó sửa chữa khi gặp vấn đề.

 Phân loại sản phẩm theo chiều cao Hình 1. 4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Cấu tạo: Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 8 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG - Hai băng chuyền. - Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. - Ba cảm biến nhận biết chiều cao.

- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm. - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. - Hai van đảo chiều. - Các rơ le trung gian.

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống. Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai.

Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng. Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp: - Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói. - Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả. - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.

 Phân loại sản phẩm theo hình dạng Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 9 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG Hình 1. 5 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng Cấu tạo: - Một băng chuyền. - Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. - Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại.

- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera). - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. - Các rơ le trung gian. - Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.

Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Trên băng chuyền sẽ thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt. Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 10 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp: - Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng… - Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.

- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh. Ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, còn có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước. Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể).5 Giới thiệu cân định lượng 1.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay Việc đo lường, kiểm soát các khối lượng trong các nhà máy, xí nghiệp rất quan trọng.

Trong nhiều quá trình, việc đo lường tốt giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục, năng suất cao và tạo ra những sản phẩm tốt. Trước đây để định lượng nguyên vật liệu trong bồn chứa, phễu chứa trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng các sử phương pháp đo lường như đo bằng thể tích, đo mức, đo bằng lưu lượng, đo bằng cân cơ học. với sự cồng kềnh và độ chính xác không cao. Ngày nay, các hệ thống hiện đại đòi hỏi các hệ thống phải có độ chính xác cao và năng suất lớn, được kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất đã cho ra đời các hệ thống cân điện tử đo lường sử dụng loadcell.

Qua đó tiết kiệm chi phí tiêu hao nguyên liệu, tăng năng suất, quản lý được chi phí sản xuất. Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 11 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG Các hệ thống cân sử dụng loadcell thường dùng như: Cân bồn, cân phễu, cân băng tải, cân dạng cơ,. 6 Một số hệ thống cân 1.2 Băng tải cân định lượng Cân băng tải định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử. Nó có thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu.

Điều này giúp cho quá trình hoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn. Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn. Cấu tạo: cân băng tải định lượng gồm các phần: Khung cơ khí phần giá đỡ toàn bộ hệ thống:Phễu chứa và cấp liệu, hệ thống con lăn băng tải, băng tải vân chuyển nguyên liệu, một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác. Hệ thống cảm biến, điều khiển: Thiết bị cảm biến lực (loadcell cân băng định lượng), thiết bị cảm biến tốc độ, bộ chỉ thị điều khiển, biến tần, động cơ truyền động.

Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 12 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG Hệ thống điều khiển tự động hóa: Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm, phần mềm điều khiển cân băng định lượng. Nguyên lý hoạt động: Cấp liệu vào phiễu chứa - Cấp liệu lên băng tải - Xác định khối lượng/xác định tốc độ chạy - Phân tích thông số thô - Xác định được khối lượng chuẩn - Điều khiển định mức chuẩn - Hệ thống hoạt động vòng lặp. Bộ phận cơ khí: (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và con lăn nhỏ): Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa và cấp liệu. Tại đây, liệu được đổ vào phễu chứa và bắt đầu quy trình của cân băng.

Liệu qua cửa cấp liệu (Vít tải hoặc cửa xả) chảy xuống băng tải. Toàn bộ băng tải chảy liệu được gá trên khung cân băng, trên các con lăn trong đó con lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, con lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băng tải chạy. Trong số băng tải nhỏ sẽ có bộ bận được cảm biện trọng lượng (loadcell) để kiểm tra, đong đếm khối lượng chảy trên băng. Bộ phận cảm biến: (Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ) được gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện những trọng lực tác dụng trực tiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ phận điều khiển.

Encoder cảm biến tốc độ sẽ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được thông số tốc độ của băng tải. Kết hợp 2 thông số này lại sẽ có được thông số khối lượng trên giờ để điều chỉnh được chính xác nhất. Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng, phần mềm cân băng): Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xủa lý thông tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điều khiển trên máy tính. Từ đây những thông số thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủ điện.

Tại tủ điện điều khiển trung tâm sẽ có được những quyết định, thông số thời gian chạy trên băng và từ đó kiểm soát được đúng định mức khối lượng, thời gian cần thiết. Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 13 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG 1.6 Các vấn đề cần nghiên cứu bổ sung Các nghiên cứu ở trên đã được ứng dụng từ rất lâu bên cạnh những ưu điểm thì còn nhiều mặt hạn chế. Đồng thời do khó sử dụng và giá thành khá cao nên nhiều người với qui mô sản xuất nhỏ khó có thể sử dụng các thiết bị đó. Vì vậy, nhóm em đã thực hiện nghiên cứu mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng sử dụng PLC.

Hệ thống được mô phỏng khá đơn giản, dễ sử dụng và có thể đưa vào ứng dụng thực tế để phục vụ cho dây chuyền phân loại sản phẩm của các nhà máy, xí nghiệp nhỏ và vừa. Nguyễn Thị Kim Loan 1900508 14 Phạm Trường Duy 1900010 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát chung về PLC 2.