CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI THEO MÀU SẮC TRÊN BĂNG TẢI 1. Lý do chọn đề tài. Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã đưa chúng ta tới những tầm cao mới, những thành tựu mới trong đó điều khiển tự động đóng vài trò cốt yếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng những kiến thức về điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật.
Công nghệ tự động điều khiển giám sát quá trình phân loại sản phẩm trong dây chuyền sản xuất đã và đang được ứng dụng nhiều nhằm thay thế việc phân loại sản phẩm bằng phương pháp thủ công, giúp đảm bảo việc phân loại sản phẩm một cách tin cậy mà không cần sự kiểm tra trực tiếp của con người. Công nghệ tự động điều khiển giám sát quá trình phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất hàng tiêu dùng, thực phẩm, giao hàng… Xuất phát từ việc cần giải quyết và phân loại nhanh lượng hàng hóa phải vận chuyển tăng cao do nhu cầu mua sắm online của đại dịch Covid19 trong 2 năm vừa qua, nhóm em có ấp ủ đề tài sẽ nghiên cứu ra một hệ thống đếm và phân loại kết hợp dán nhãn cho bưu kiện phục vụ cho việc phân loại và giám sát của các đơn vị giao hàng nhanh. Và sau khi tìm hiểu, cũng như nghiên cứu về các dây chuyền sản xuất, và các đề tài trước dây, em quyết định chọn đề tài: “ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI MÀU SẮC TRÊN BĂNG TẢI”. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của bài báo cáo, chúng em chỉ có thể trình bày 1 cách tổng quát về Dây chuyền phân loại cũng như về PLC.
Đồng thời, kết quả của chúng em cũng chỉ dừng ở mức mô phỏng, tức là vẫn còn nhiều yếu tố trong thực tế có mà mô phỏng không đáp ứng được. Chính vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy- cô để mô hình có thể hoàn thiện hơn nữa 9 Với đề tài này, mục tiêu của em đề ra là tìm hiểu và nghiêng cứu sâu hơn về PLC S7 – 1200 và các ứng dụng trong thực tế. Từ đó thiết kế và thi công mô hình đếm và phân loại bưu kiện theo màu sắc đồng thời dán nhãn. Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động của mô hình dưới dạng phần mềm giả lập 1.
Nội dung nghiên cứu. NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7 – 1200, cảm biến TCS3200, board Arduino UNO, cảm biến vật cản hồng ngoại. NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, dựa trên đặc tính màu sắc bưu kiện, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình. Kết nối các ngoại vi với PLC, cảm biến TCS3200 với Arduino.
NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho Arduino và PLC. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống. NỘI DUNG 4: Thực nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hình hoạt động tối ưu nhất. Đánh giá các thông số của mô hình so với thống số thực tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống.
NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện. Hệ thống đếm và phân loại kết hợp dán nhãn bưu kiện. Sự phát triển của công nghiệp 4.0 đã tác động mạnh mẽ đến các nghành trong đó có ngành “Logistics”. Hoạt động Logistics chủ yếu là lưu trữ, giao nhận , vận tải, kho bãi, luân chuyển hang hóa, ….
với mục đích cuối cùng là chuyển hang hóa tới khách hàng một cách tối ưu nhất. Hiện nay đa số các doanh nghiệp tham gia chuỗi cung ứng Logistics vẫn chưa có nhiều đột phá trong việc đầu tư, công nghệ để tang sức cạnh tranh. Nếu đầu tư đúng và trang bị công nghệ phù hợp để làm tốt dịch vụ Logistics thì doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được chi phí cũng như nâng cao chất lượng dịch vụ và hiệu quả được tối ưu nhất 10 Hệ thống phân loại và chia chọn bưu kiện đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng Logistics, tạo ra sự đột phá và sụ khác biệt trong dịch vụ của doanh nghiệp. Bưu kiện trước khi được giao tới tay người mua, sẽ phải qua khâu phân loại để phân loại các bưu kiện theo đúng khu vực yêu cầu.
Đối với hệ thống phân loại bưu kiện, bưu kiện sẽ được đưa vào hệ thống qua băng tải và đưa đến các khu phân loại theo nhiều nguyên tắc như kích thước, khối lượng và màu sắc…để phân loại được các bưu kiện theo đúng khu vực cần tập kết, dán nhãn cần giao nhanh cho các bưu kiện yêu cầu. Nguyên tắc phân loại bưu kiện Tùy theo yêu cầu sản xuất trong thực tế mà người ta phân ra các hình thức phân loại sản phẩm như sau: - Phân loại theo khối lượng sản phẩm. - Phân loại theo kích thước. - Phân loại theo màu sắc của sản phẩm - ….
Trong bất cứ hình thức phân loại nào thì đều phải sử dụng PLC và có những ưu, nhược điểm riêng. Sau đây nhóm em sẽ nếu về 3 loại phân thoại thường được sử dụng đã nêu ở trên: - Phân loại theo kích thước: Kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến quang hay hồng ngoại… để phát hiện và so sánh kích thước của sản phẩm, sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện chức năng phân loại sản phẩm theo yêu cầu. Kiểu phân loại này được sử dụng nhiều 3 trong các nhà máy đóng chai, lọ…Ưu điểm lớn nhất của kiểu phân loại này đó là chi phí cho cảm biến là khá thấp, lắp đặt đơn giản và dễ vận hành. - Phân loại theo màu sắc của sản phẩm: Sử dụng các cảm biến màu (mỗi cảm biến sẽ nhận biết 1 màu riêng biệt như: xanh, đỏ, vàng…) Cách thức 11 hoạt động cũng giống như 2 hình thức phân loại trên.
Ứng dụng của phân loại theo màu sắc chủ yếu trong công nghiệp vải lụa, sản xuất màu… Cũng như bất kỳ nguyên tắc phân loại khác luôn có ưu nhược điểm, việc phân loại theo màu sắc không giúp ta phân loại được trọng lượng hay kích thước của bưu kiện. - Phân loại theo khối lượng sản phẩm: Kiểu phân loại này sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng-nhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay chưa… Cách hoạt động cũng giống như kiểu phân loại theo kích thước. Và ta có thể thấy hình thức phân loại này ở các các nhà máy sản xuất sản phẩm dưới dạng đóng gói bao bì cần khối lượng chính xác. Và việc này cũng không đảm bảo được tính chính xác của từng bưu kiện sau khi phân loại.
Với yêu cầu đề ra là thiết kế “hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống đếm và phân loại màu sắc trên băng tải” chúng em quyết định lựa chọn phương pháp phân loại sản phẩm màu sắc sản phẩm. 12 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL V16 2. Giới thiệu về PLC SIEMENS S7 – 1200 2. Khái niệm chung PLC S7 – 1200 Năm 2009, Hãng thiết bị công nghiệp Siemens ra dòng sản phẩm S7 – 1200 dùng để thay thế dần cho dòng sản phẩm S7 – 200.
Những tính năng nổi trội của PLC S7 -1200 so với PLC S7 – 200 như: - S7 – 1200 có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa, có một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng. S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). - Một số tính năng bảo mật nhằm bảo vệ quyền truy cập vào 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.
- S7 – 1200 cunug cấp một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TPC/IP. Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. - Phần mềm 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 của Siemens. - Vậy để làm một dự án với S7 – 1200 chỉ cần cài đặt TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI 13 Hình TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI THEO MÀU SẮC TRÊN BĂNG TẢI.1 Tổng quan PLC S7 – 1200 Chú thích: 1: Bộ phận kết nối nguồn. 2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên. 3: Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau nắp che).
4: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp. 5: Bộ phận kết nối PROFINET (Phía dưới của CPU). Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau. 14 Bảng GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL V16.2 Phân loại chức năng của các dòng PLC S7 – 1200 CPU Chức năng CPU 1211C CPU 1214C 1212C Kích thước vật lý (mm) 90x100x75 110x100x75 Bộ nhớ làm việc 25kB Bộ nhớ 50kB người 1Mb 2MB Bộ nhớ nạp dùng 2kB 2kB Bộ nhớ giữ lại 6 ngõ vào/4 8 ngõ vào/6 14 ngõ vào/10 I/O tích Kiểu số ngõ ra ngõ ra ngõ ra hợp cục bộ Kiểu tương tự 2 ngõ ra 2 ngõ ra 2 ngõ ra 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình (Q) Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rông các module tín Không 2 8 hiệu Bảng tín hiệu 1 Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái) 3 tại Các bộ Đơn pha 3 tại 100kHz 3 tại 100kHz 100kHz đếm tốc 15 1 tại 30kHz độ cao 3 tại 30kHz 3 tại 80kHz 3 tại 80kHz Vuông pha 3 tại 80kHz 1 tại 20kHz 3 tại 20kHz Các ngõ ra xung 2 Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn) Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại Thời gian lưu giữ đồng hồ 40oC PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi tính toán thực 18 µs/lệnh Tốc độ thực thi Boolean 0,1µs/lệnh Họ S7 - 1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU.
Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.