BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI.

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS. Hoàng Nguyên Phước.

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Đức Minh Tâm

1711020460

17DDCB1

Lương Ngọc Hưng

1711020465

17DDCB1

Lương Đức Huy

1711020440

17DDCB1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI.

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS. Hoàng Nguyên Phước.

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Đức Minh Tâm

1711020460

17DDCB1

Lương Ngọc Hưng


1711020465

17DDCB1

Lương Đức Huy

1711020440

17DDCB1


LỜI CẢM ƠN
Qua bốn năm học tại trường em được sự giúp đỡ và dìu dắc tận tình của q Thầy
(cơ). Đến nay khóa học đã kết thúc và chúng em cũng đã hồn thành Đồ án Tốt Nghiệp.
Đó chính là nhờ vào sự giúp đỡ của q Thầy Cơ, đặc biết là thầy Hồng Ngun Phước
đã hết lịng giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành Đồ Án Tốt
Nghiệp sau hơn 3 tháng thực hiện.
Khơng những thế, các q Thầy Cơ cịn chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức cũng
như kinh nghiệp trong quá trình làm việc với nhau.
Do thời gian và điều kiện cịn khó khăn do ảnh hưởng của dịch COVID – 19 nên Đồ
án khơng thể tránh nhiều thiếu sót, mong q Thầy Cơ và các bạn góp ý để Đồ Án của
chúng em được hồn chình hơn.
Em xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cơng
Nghệ TPHCM và tồn thể q Thầy Cô giảng dạy trong Viện Kỹ Thuật Hutech.

ii


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU..................................................................................... 2
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ............................................................................... 2
1.2. Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................. 2
1.3. Mục đích nghiên cứu. ................................................................................... 2
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................... 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................. 3
1.6. Kết quả đạt được của đề tài. ......................................................................... 3
1.7. Kết cấu của đề tài: Gồm 6 chương. ............................................................... 4
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP. ............................................................. 5
2.1. Tổng quan về dây chuyền phân loại sản phẩm hiện nay. ............................... 5
2.2. Hệ thống phân loại GeoSort ......................................................................... 8
CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT. ...................................................... 9
3.1. Đề xuất phương án ....................................................................................... 9
3.2. Lựa chọn phương án thiết kế. ....................................................................... 9
3.2.1. Cảm biến màu sắc TCS3200. ................................................................. 9
3.2.2. PLC S7-1200 ....................................................................................... 10
3.2.3. Arduino UNO R3 ................................................................................. 11
CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ. ............................................................... 12
4.1. Mục tiêu. .................................................................................................... 12
4.2. Giới thiệu mơ hình. .................................................................................... 12

iii


4.3. Phương án điều khiển. ................................................................................ 13
4.4. Giới thiệu linh kiện..................................................................................... 14
4.4.1. Nguồn adapter 24V 10A. ..................................................................... 14
4.4.2. Động cơ giảm tốc JGB37-520 DC. ....................................................... 14
4.4.3. Cảm biến hồng ngoại. .......................................................................... 15
4.4.4. Cảm biến màu sắc TCS3200. ............................................................... 17

4.4.5. Arduino UNO R3. ................................................................................ 20
4.4.6. PLC Siemens S7 – 1200 CPU – 1212C. ............................................... 22
4.4.7. Xilanh khí nén. ..................................................................................... 27
4.5. Tính toán và thiết kế. .................................................................................. 29
4.5.1. Thiết kế phần cứng. .............................................................................. 29
4.5.1.1. Khối xử lý màu sắc........................................................................ 30
4.5.1.2. Khối cảm biến. .............................................................................. 30
4.5.1.3. Khối xử lý trung tâm. .................................................................... 32
4.5.1.4. Khối nguồn. .................................................................................. 33
4.5.1.5. Khối băng truyền. .......................................................................... 34
4.5.1.6. Khối hệ thống điều khiển khí nén. ................................................. 36
4.5.2. Lưu đồ giải thuật. ................................................................................. 40
4.5.3. Mạng truyền thông Modbus ................................................................. 41
4.5.4. Sơ đồ tổng thể và nguyên lí hoạt động. ................................................. 42
4.5.4.1. Sơ đồ tổng thể. .............................................................................. 42
4.5.4.2. Nguyên lí hoạt động. ..................................................................... 42
4.5.5. Thiết kế mơ hình. ................................................................................. 43
4.5.5.1. Sơ đồ đấu dây................................................................................ 43

iv


4.5.6. Thiết kế cơ khí. .................................................................................... 44
4.5.6.1. Hệ thống băng tải. ......................................................................... 44
4.5.6.2. Hệ thống xử lí màu sắc. ................................................................. 44
4.5.6.3. Tủ điện. ......................................................................................... 45
4.6. Giới thiệu các công cụ lập trình. ................................................................. 45
4.6.1. Arduino IDE. ....................................................................................... 45
4.6.2. Tia Portal V15.1................................................................................... 50
4.6.2.1. Giới thiệu chung. ........................................................................... 50

4.6.2.2. Làm việc với phần mềm TIA Portal. ............................................. 51
4.6.2.3. Làm việc với 1 trạm PLC. ............................................................. 57
4.6.2.4. Kỹ thuật lập trình. ......................................................................... 59
CHƯƠNG 5 : THI CƠNG MƠ HÌNH. .................................................................. 62
5.1. Thi cơng mơ hình. ...................................................................................... 62
5.1.1. Bản vẽ tổng thể. ................................................................................... 62
5.1.2. Thiết bị thi cơng mơ hình: .................................................................... 63
5.2. Mơ phỏng WinCC. ..................................................................................... 65
5.3. Mô phỏng trên FACTORY I/O. .................................................................. 69
5.4. Mã QR video mơ phỏng mơ hình. .............................................................. 69
CHƯƠNG 6 : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN. ............................................. 70
6.1. Ưu điểm và khuyết điểm của giải pháp; ...................................................... 70
6.2. Đánh giá ..................................................................................................... 70
6.3. Hướng phát triển cho tương lai. .................................................................. 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO. .................................................................................... 72
PHỤ LỤC PHẦN MỀM. ....................................................................................... 73

v


MỤC LỤC HÌNH ẢNH

HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Dây chuyển phân loại sản phẩm hiện nay. (Nguồn Internet) .............. 5
Hình 2.2: Phun phủ hỗn hợp cho trái cây. (Nguồn Internet) .............................. 6
Hình 2.3: Hệ thống phân loại GeoSort. (Nguồn Internet) ................................... 8


Hình 2.1: Dây chuyển phân loại sản phẩm hiện nay. (Nguồn Internet) .............. 5
Hình 2.2: Phun phủ hỗn hợp cho trái cây. (Nguồn Internet) .............................. 6
Hình 2.3: Hệ thống phân loại GeoSort. (Nguồn Internet) ................................... 8

Hình 3.1: Cảm biến TCS3200. (Nguồn Internet) ................................................. 9
Hình 3.2: PLC S7-1200. (Nguồn Internet) .......................................................... 10
Hình 3.3: Arduino UNO R3. (Nguồn Internet) .................................................. 11

Hình 4.1: Mơ hình tổng thể. ................................................................................ 13
Hình 4.2: Nguồn adapter 24V 10A. (Nguồn Internet) ....................................... 14
Hình 4.3: Đơng cơ giảm tốc JGB37 – 520 DC. (Nguồn Internet) ...................... 15
Hình 4.4: Cảm biến hồng ngoại. (Nguồn Internet) ............................................ 16
Hình 4.5: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK. (Nguồn Internet) ....................... 16
Hình 4.6: Sơ đồ chân của cảm biến E18-D80NK. (Nguồn Internet) ................. 17
Hình 4.7: Cấu tạo cảm biến màu sắc TCS3200. (Nguồn Internet) .................... 18
Hình 4.8: Cảm biến màu sắc TCS3200. (Nguồn Internet) ................................. 18
Hình 4.9: Arduino UNO R3. (Nguồn Internet) .................................................. 20
Hình 4.10: PLC Siemens S7 – 1200. (Nguồn Internet) ....................................... 23
Hình 4.11: Bảng tín hiệu của PLC S7 – 1200 (Nguồn Internet) ........................ 25
Hình 4.12: Module tín hiệu (Nguồn Internet) .................................................... 26
Hình 4.13: Module truyền thông của PLC S7 – 1200. (Nguồn Internet) .......... 26

vi


Hình 4.14: Cấu tạo xilanh khí nén. (Nguồn Internet) ........................................ 27
Hình 4.15: Xilanh. (Nguồn Internet) .................................................................. 28
Hình 4.16: Van điện từ. (Nguồn Internet) .......................................................... 28
Hình 4.17: Van điện từ 5/2. (Nguồn Internet) .................................................... 28
Hình 4.18: Sơ đồ khối tổng thể............................................................................ 29

Hình 4.19: Sơ đồ kết nối TCS3200 với Arduino. ................................................ 30
Hình 4.20: Sơ đồ kết nối. ..................................................................................... 31
Hình 4.21: PLC S7 – 1200 CPU 1212C (Nguồn Internet) .................................. 32
Hình 4.22: Sơ đồ đấu dây của khối trung tâm. .................................................. 33
Hình 4.23: Sơ đồ khối nguồn. .............................................................................. 33
Hình 4.24: Bộ nguồn 24V DC (Nguồn Internet)................................................. 34
Hình 4.25: Ngun lí bộ nguồn 1 chiều. (Nguồn Internet) ................................. 34
Hình 4.26: Băng tải. ............................................................................................. 35
Hình 4.27: Động cơ JGB37-520 DC để kéo băng tải. (Nguồn Internet) ............ 36
Hình 4.28: Cấu trúc hệ thống khí nén. (Nguồn Internet) .................................. 38
Hình 4.29: Hệ thống điện – khí nén. (Nguồn Internet) ...................................... 39
Hình 4.30: Sơ đồ đấu dây của xilanh. ................................................................. 39
Hình 4.31: Lưu đồ giải thuật. .............................................................................. 40
Hình 4.32: Sơ đồ tổng thể của mơ hình. ............................................................. 42
Hình 4.33: Sơ đồ đấu dây của PLC. .................................................................... 43
Hình 4.34: Sơ đồ đấu dây của Arduino. ............................................................. 43
Hình 4.35: Hệ thống băng tải. ............................................................................. 44
Hình 4.36: Hệ thống xử lí màu sắc. ..................................................................... 44
Hình 4.37: Tủ điện. .............................................................................................. 45
Hình 4.38: Giao diện chính của Arduino IDE .................................................... 46
Hình 4.39: Vùng lệnh........................................................................................... 47
Hình 4.40: Vùng viết chương trình. .................................................................... 47
Hình 4.41: Vùng thơng báo. ................................................................................ 48
Hình 4.42: Cài đặt thư viện bổ sung cho Arduino IDE. ..................................... 48

vii


Hình 4.43: Thư viện bổ sung. .............................................................................. 49
Hình 4.44: Nhấn Install để cài đặt. ..................................................................... 49

Hình 4.45: Cài đặt hồn tất. ................................................................................ 50
Hình 4.46: Phần mềm TIA Portal. ...................................................................... 50
Hình 4.47: Biểu tượng của phần mềm Tia Portal. ............................................. 52
Hình 4.48: Màn hình chính của phần mềm Tia Portal. ..................................... 52
Hình 4.49: Tạo dự án mới trên Tia Portal. ......................................................... 52
Hình 4.50: Chọn Configure a device. .................................................................. 53
Hình 4.51: Chọn add new device. ....................................................................... 53
Hình 4.52: Chọn loại CPU PLC .......................................................................... 54
Hình 4.53: Loại CPU PLC đã chọn. ................................................................... 54
Hình 4.54: Bảng định địa chỉ. ............................................................................. 55
Hình 4.55: Tạo bảng tag mới............................................................................... 56
Hình 4.56: Tìm và thay thế PLC. ........................................................................ 56
Hình 4.57: Biểu tượng download chương trình trên CPU. ................................ 57
Hình 4.58: Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface. .................................. 57
Hình 4.59: Chọn start all như hình và nhấn finish. ........................................... 58
Hình 4.60: Giám sát chương trình trên màn hình cách 1. ................................. 58
Hình 4.61: Giám sát chương trình trên màn hình cách 2. ................................. 58
Hình 4.62: Màn hình giám sát............................................................................. 59
Hình 4.63: Cấu trúc lập trình. (Nguồn Internet) ............................................... 59
Hình 5.1: Bản vẽ tổng thể của băng tải ............................................................... 62
Hình 5.2: Bản vẽ tủ điện ...................................................................................... 62
Hình 5.3: Nguồn adapter 24V 10A. (Nguồn Internet) ....................................... 63
Hình 5.4: Động cơ giảm tốc. (Nguồn Internet) ................................................... 63
Hình 5.5: Cảm biến hồng ngoại. (Nguồn Internet) ............................................ 63
Hình 5.6: Cảm biến màu sắc TCS3200. (Nguồn Internet) ................................. 64
Hình 5.7: Arduino UNO R3. (Nguồn Internet) .................................................. 64

viii



Hình 5.8: PLC S7 – 1200 CPU 1212C. (Nguồn Internet) ................................... 64
Hình 5.9: Xilanh khí nén. (Nguồn Internet) ....................................................... 65
Hình 5.10: Van điện từ. (Nguồn Internet) .......................................................... 65
Hình 5.11: Giao diện WinCC. ............................................................................. 65
Hình 5.12: Các màn hình trong WinCC. ............................................................ 66
Hình 5.13: Thanh cơng cụ trong WinCC. .......................................................... 66
Hình 5.14: Tab Properties. .................................................................................. 67
Hình 5.15: Tab Animation. ................................................................................. 67
Hình 5.16: Tab Event .......................................................................................... 68
Hình 5.17: Mơ phỏng trên WinCC. .................................................................... 68
Hình 5.18: Mơ phỏng trên Factory I/O. ............................................................. 69
Hình 5.19: Mã QR mô phỏng. ............................................................................. 69

MỤC LỤC BẢNG

BẢNG

TRANG

Bảng 4.1: Bảng sơ đồ chân của cảm biến màu sắc TCS3200. ............................ 19
Bảng 4.2: Bảng lựa chọn 4 loại photphodiode .................................................... 19
Bảng 4.3: Bảng mở rộng tần số đầu ra. .............................................................. 19
Bảng 4.4: Thông số của mạch Arduino UNO R3. .............................................. 21
Bảng 4.5: Bảng phân loại chức năng các dòng S7 – 1200. ................................. 23
Bảng 4.6: Các module hỗ trợ PLC S7 – 1200. .................................................... 25

ix


LỜI MỞ ĐẦU


Hiện nay trong cơng nghiệp hiện đại hố đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá
ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh
hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ).
Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm
xuất hiện một loại thiết bị điều khiển lập trình PLC. Để thực hiện cơng việc một cách
khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các
Cơng ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC sử dụng các loại
phần mềm tự động.
Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại
đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Qua bài tập của đồ án môn học
chúng em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào sản xuất phân loại sản phẩm
theo màu sắc.
Trên đây là “mơ hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc” do Thạc sĩ Hoàng
Nguyên Phước hướng dẫn chúng em thực hiện. Đề tài gồm những nội dung sau:
-

Chương 1: Giới thiệu.

-

Chương 2: Tổng quan giải pháp.

-

Chương 3: Phương pháp giải quyết.

-

Chương 4: Quy trình thiết kế.


-

Chương 5: Thi cơng mơ hình.

-

Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận.

Trong q trình thực hiện chương trình cịn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham
khảo cho vấn đề này đang rất ít, và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề như phần cơ
trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm
chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung
của các thầy cô giáo để đồ án này được hoàn thiện hơn.

1


CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU

1.1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử

mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa
học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận
dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự
động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng

em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong q trình sản xuất. Một trong những khâu
sản xuất tự đơng hóa đó là khâu phân loại nơng sản thực phẩm sử dụng bộ điều khiển lập
trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và cơng trình trước đây, nhóm quyết định
chọn đề tài: “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG
PLC S7 -1200”.
Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mơ hình phân loại nông sản như phân loại theo
chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước. Nhưng với những nơng sản có khối
lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thay đổi theo tính chất của nơng sản thì các mơ hình
phân loại kia khơng phù hợp. Vì vậy chúng ta cần một hướng xử lý phù hợp hơn cho hệ
thống phân loại này đó là phân loại dựa trên màu sắc.

1.2.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.
Đói tượng nghiên cứu của đồ án là áp dụng kiến thức đã học vào việc gia cơng và lập

trình mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc, giúp hạn chế tổn hao và khắc phục
những sai sót về các mơ hình phân loại sản phẩm ở các doanh nghiệp.

1.3.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản

phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phân loại,
nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cơng việc. Một hệ thống hồn chỉnh có thể phân
loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hỗn
2



hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những công việc địi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần
hồn, nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng việc. Điều đó ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự
động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Vì vậy, nhóm sẽ tìm hiểu và nghiên cứu các biện pháp đã và đang có trên thị trường.
Sau đó đánh giá điểm mạnh và điểm yếu của sản phẩm để có thể đưa ra giải pháp hồn
thiện cho việc phân loại sản phẩm.

1.4.

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của việc nhận biết màu sắc.
 Các phương pháp tiến hành phân loại sản phẩm.
 Xây dựng sơ đồ giải thuật, sơ đối khối của hệ thống.
 Tìm hiểu về PLC Siemens S7 – 1200 và áp dụng vào hệ thống điều khiển
 Chế tạo thành cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc.
 Chạy thử và tìm ra những yếu điểm cịn tồn đọng.
 Tìm ra định hướng phát triển hệ thống.

1.5.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
 Phương pháp phân tích lý thuyết.
 Phương pháp tổng hợp lý thuyết.
 Phương pháp hệ thống.
 Phương pháp mơ hình hóa.

1.6.


KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI.
 Mơ hình phân loại được 3 màu sắc: Đỏ, xanh, vàng.
 Mơ hình được giám sát qua màn hình HMI
 Có thể điều khiển mơ hình từ xa.
 Hệ thống có thể hoạt động liên tục 5 – 6h.

3


KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI: GỒM 6 CHƯƠNG.

1.7.

 Chương 1: Giới thiệu
Giới thiệu về mơ hình phân loại sản phẩm đang có ở doanh nghiệp Việt Nam. Trình
bày thực trạng về việc phân loại sản phẩm trong doanh nghiệp.
 Chương 2: Tổng quan giải pháp
Tìm hiểu và tổng hợp, so sánh được các kỹ thuật phân loại sử dụng màu sắc hiện có.
 Chương 3: Phương pháp giải quyết
-

Lựa chọn phương pháp thực nghiệm cũng như thi công khả thi nhất.

-

Xác định được cấu hình, chức năng của hệ thống.

 Chương 4: Quy trình thiết kế
-


Xây dựng ý tưởng thiết kế.

-

Giới thiệu linh kiện.

-

Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch và tính tốn thiết kế.

-

Viết chương trình điều khiển hệ thống.

 Chương 5: Thi cơng
-

Quy trình thi cơng mơ hình.

-

Hồn chỉnh hệ thống và demo thử nghiệm hoạt động.

 Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
Kết quả và hướng phát triển của đề tài.

4


CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP.


2.1.

TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM HIỆN

NAY.
Đối với trái cây sau khi thu hoạch trước khi phân phối ra thị trường thì ln cần có
cơng đoạn sơ chế, phân loại và đóng gói. Hiện nay, nước ta dần có hướng xuất khẩu trái
cây sang thị trường. Để đáp ứng được nhu cầu xuất khẩu trái cây ngoài việc đạt những
tiêu chuẩn chất lượng, kỹ thuật canh tác còn một khâu rất quan trọng đó là sơ chế, phân
loại và đóng gói. Với số lượng lớn trái cây thì sử dụng sức người trong từng công đoạn là
điều không khả quan. Dây chuyền thiết bị sơ chế, phân loại, đóng gói trái cây ra đời giúp
đỡ cho doanh nghiệp làm việc hiệu quả hơn.

Hình 2.1: Dây chuyển phân loại sản phẩm hiện nay. (Nguồn Internet)
Dây chuyền gồm các thiết bị cơ bản với quy trình hoạt động:
-

Làm sạch sản phẩm đầu vào.
Ở bước đầu tiên của dây chuyền thường có thêm phần thiết bị/ thùng chứa cung cấp

trái cây đầu vào được thiết kế tiêu chuẩn phù hợp với các khay nhựa, có hệ thống thủy
lực nâng hạ. Phần rửa sạch sản phẩm: két chứa nước, bằng chuyền, chổi, con lăn để cọ,
rửa sản phẩm.
5


-

Phân loại, tuyển chọn sơ bộ và loại sản phẩm kém chất lượng.

Ở phần này thường có các thiết bị băng chuyền, thang vận chuyển, bàn phân loại,

người lao động tuyển chọn, loại bỏ các trái cây hư hỏng, kém chất lượng ra khỏi dây
chuyền.
-

Phun phủ hỗn hợp dung dịch bảo quản trái cây.
Trái cây tươi sẽ được đi qua bộ phận phun dung dịch bảo quản, giữ tươi, giảm thiểu

sự phát triển của các vi sinh, egym, …chiều dày lớp phủ được tính bằng micron, và được
phun ở áp lực cao.
Tiếp tới trái cây đi qua các con lăn có lắp chổi lơng, để xoa, chà sát chất phủ trên bề
mặt, đảm bảo trái cây được phủ hỗ hợp dung dịch bảo quản được đồng đều (vật liệu của
chổi lông này sẽ được chế tạo đặc biệt phù hợp với từng loại trái cây để đảm bảo không
làm hư hỏng bề mặt trái cây, …).

Hình 2.2: Phun phủ hỗn hợp cho trái cây. (Nguồn Internet)

6


-

Làm khô lớp dung dịch bảo quản.
Trái cây khi được phủ dung dịch bảo quản được đi qua hệ thống sây khí nóng (mức

nhiệt độ, thời gian sản phẩm đi qua được điều chỉnh, xác lập tùy thuộc vào loại dung dịch
bảo quản, loại trái cây, …).
-


Phân loại, kích thước, khối lượng trái cây.
Trái cây sẽ được đưa tới hệ thống phân loại tự động theo khối lượng, kích thước,

màu sắc, … (được điều khiển bởi 1 máy tính, có phần mềm thông minh) để trái cây được
tự động chuyển tới các tuyến, lộ có kích thước, khối lượng, màu sắc, ... khác nhau, chuẩn
bị đóng gói.
-

Đóng gói.
Trái cây sẽ được hệ thống dây chuyền tự động đóng gói theo các loại hộp thùng khác

nhau: hộp nhưa, carton,.. tùy thuộc vào loại trái cây. Hệ thống cũng có thể được lắp thêm
các thiết bị dán nhãn thông tin sản phẩm hoặc người vận hành sử dụng máy cầm tay, ...và
sản phẩm ở bước này có thể cần bổ sung các bao bì MAP để gia tăng, kiểm sốt lượng
O2, Co2, ... của sản phẩm – gia tăng thời gian bảo quản.
-

Làm mát sản phẩm.
Trước khi chuyển sản phẩm tới kho lưu giữ hoặc chuyển tới kho trung gian có nhiệt

độ làm mát, trung gian trước khi chuyển vào kho lưu giữ hoặc đóng vào container chuẩn
bị xuất khẩu và đưa ra thị trường.

7


2.2. HỆ THỐNG PHÂN LOẠI GEOSORT.

Hình 2.3: Hệ thống phân loại GeoSort. (Nguồn Internet)
Dòng máy phân loại rau củ quả sau thu hoạch Greefa do Công ty TNHH Finom cung

ứng tại thị trường Việt Nam. Tùy vào chủng loại rau củ quả, tiêu chí phân loại và cơng
suất, dịng máy Greefa có nhiều sản phẩm khác nhau tương ứng đáp ứng đa dạng nhu cầu
của nhà nông như GeoSort, CombiSort, SmartSort, EasySort, MultiSort và Qsort.
Là giải pháp phân loại hiệu quả nhất đối với trái cây hình dáng trịn như táo Mỹ,
kiwi, khoai tây hay các loại quả hạch (kích thước từ 40-120 mm, trọng lượng 20-500g),
GeoSort đảm bảo phân loại chính xác thơng qua các hệ thống đo lường do Greefa phát
triển như chất lượng bên ngoài iQS hay chất lượng bên trong iFA. Trong đó, các camera
đặc biệt đo chất lượng bên ngồi bằng cách chụp nhiều hình ảnh mỗi giây, cung cấp phân
tích chất lượng nhanh và đáng tin cậy. Tương tự, chất lượng bên trong được đo lường
bằng loạt hình ảnh hồng ngoại tốc độ cao - hồn thành nhanh phân tích chất lượng tổng
thể của Fruit. GeoSort đạt tốc độ phân loại 8 sản phẩm mỗi giây ở mỗi làn (tối đa 10 làn).
Là dòng máy linh hoạt hơn GeoSort, có thể ứng dụng cho nhiều loại trái cây hơn như
bơ, cam, chanh, cà chua, măng cụt, ớt chng, … Với kích thước khơng q 120 mm và
trọng lượng khơng vượt 500g. Máy có từ 2-10 làn, đạt tốc độ phân loại 5 sản phẩm mỗi
giây ở mỗi lần.
Tuy nhiên hệ thống này không phù hợp với các hộ kinh doanh nhỏ do chi phí mua và
lắp đặt cao, yêu cầu bảo trì thường xuyên. Phần lớn người nông dân vẫn sẽ chọn phương
pháp thủ cơng để tiết kiệm chi phí.
8


CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT.

3.1.

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN
Để có thể phân loại màu sắc có thể thực hiện theo 2 phương án:

-


Sử dụng Camera công nghiệp.

-

Sử dụng Cảm biến màu sắc.

Ưu điểm

Khuyết điểm

3.2.

Camera công nghiệp
- Khả năng nhận diện và xử lý
được nhiều màu sắc.
- Có nhiều tính năng như: Giãm
nhiễu, tăng độ tương phản, …
- Giá thành cao.
- Phù hợp với các nhà máy, doanh
nghiệp lớn.

Cảm biến màu sắc
- Nhỏ gọn, giá thành rẻ.
- Xử lý được tín hiệu hệ màu cơ bản
RGB.
- Khả năng xử lý màu cùng lúc
khơng cao.
- Khơng có tính năng kiểm tra độ
tương phản.


LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
Để phù hợp với điều kiện kinh tế cũng như khả năng hoàn thiện hệ thống. Nhóm

quyết định sử dụng cảm biến màu sắc để nhận diện xử lý màu sắc trong hệ thống phân
loại. Ngồi ra cịn sử dụng thêm PLC S7 – 1200 và Arduino UNO R3.

3.2.1. Cảm biến màu sắc TCS3200.

Hình 3.1: Cảm biến TCS3200. (Nguồn Internet)
Cảm biến màu sắc TCS3200 có thể phân biệt được nhiều màu khác nhau, nó có thể
phát hiện và phân biệt giữa các màu trắng, xanh dương, xanh lá cây, và màu đỏ. Phù hợp
với các loại trái cây như cà chua, ớt, …
9


3.2.2. PLC S7-1200.
LC S7 - 1200 là một dòng PLC mới của SIEMENS, là thiết bị tự động hóa đơn giản
nhưng có độ chính xác cao. Thiết bị PLC Siemens S7 – 1200 được thiết kế dạng module
nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng. PLC S7 – 1200 của Siemens có
một giao diện truyền thơng đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và
đầy đủ các tính năng cơng nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải
pháp tồn diện. Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao, dịng sản phẩm SIMATIC
S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung
bình. Đặc điểm nổi bật là PLC S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thơng Profinet
(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và
các màn hình HMI. Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi cơng hệ thống điều
khiển được nhanh chóng, đơn giản. Ứng dụng trong cơng nghiệp và dân dụng như: Hệ
thống băng tải, điều khiển đèn chiếu sáng, điều khiển bơm cao áp, máy đóng gói, …

Hình 3.2: PLC S7-1200. (Nguồn Internet)


10


3.2.3. Arduino UNO R3.
Arduino UNO R3 là kit Arduino UNO thế hệ thứ 3, với khả năng lập trình cho các
ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ ROM,
RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu
PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI
(I2C).

Hình 3.3: Arduino UNO R3. (Nguồn Internet)

11


CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ.

4.1.

MỤC TIÊU.
Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo mơ hình: Hệ thống phân loại sản phẩm theo

màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, hoạt động ổn định, dễ dàng lắp đặt.
Có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số như là số lượng sản phẩm, ON /OFF dây
chuyển theo mong muốn và hiển thị lên màn hình HMI.
Vì thế, với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra là tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn và
PLC S7 – 1200 và các ứng dụng trong thực tế. Từ đó thiết kế và thi cơng mơ hình phân
loại sản phẩm theo màu sắc. Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động của mơ
hình.


4.2.

GIỚI THIỆU MƠ HÌNH.
Sau khi qua q trình nghiên cứu bằng các phương pháp phỏng vấn trực tiếp và khảo

sát thực tế. Nhóm tác giả đã thống nhất để hoàn thành và đưa ra kết quả cuối cùng là mơ
hình “phân loại sản phẩm theo màu sắc”.
Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng màn hình laptop để làm màn hình
HMI giám sát tồn bộ hệ thống thơng qua router WIFI.
Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc gồm 4 phần chính:
1

Hệ thống xử lý: Sử dụng PLC Siemens S7 – 1200 CPU – 1212C làm khối xử lý
trung tâm.

2

Hệ thống cảm biến màu sắc: Sử dụng Arduino UNO kết nối với cảm biến TCS3200
để xử lý tín hiệu màu sắc và đưa về khối xử lý trung tâm.

3

Hệ thống phân loại: Sử dụng Xilanh và cảm biến vật cản để nhận tín hiệu từ cảm
biến và phân loại theo đúng màu sắc.

4

Hệ thống giám sát: Sử dụng laptop làm màn hình HMI để giám sát.


12


Hình 4.1: Mơ hình tổng thể.

4.3.

PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN.
Vi xử lý là bộ xử lý tín hiệu, có thể nhận tín hiệu vào, tính tốn, xử lý, xuất tín hiệu

ra. Vi xử lý ứng dụng để thực hiện các thuật tốn điều khiển u cầu khối lượng tính tốn
lớn cho các đối tượng có đặc tính động học nhanh như điều khiển dịng điện, mơ men, tốc
độ động cơ, điều khiển các mạch điện tử (tín hiệu hoặc cơng suất).
 Ưu điểm:
 Vi điều khiển có khả năng điều khiển linh hoạt theo mong muốn của
người sử dụng dựa vào phần mềm được viết.
 Khả năng thay đổi mã có thể thực hiện được.
 Hệ thống đơn giản hơn nhiều, kích thước nhỏ. Hơn nữa sẽ giảm được độ
kém ổn định do nhiều linh kiện gây ra.
 Có thể thay đổi, thêm chức năng bằng cách thay đổi phần mềm. Ngày
nay VXL được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống của con người.
Xuất phát từ yêu cầu điều khiển trong đề tài và ưu điểm của Vi xử lý mà chúng em
đã chọn PLC S7-1200 làm bộ điều khiển cho “Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo
màu sắc” của mình.

13


4.4.


GIỚI THIỆU LINH KIỆN.

4.4.1. Nguồn adapter 24V 10A.

Hình 4.2: Nguồn adapter 24V 10A. (Nguồn Internet)
 Tính năng:
o Nguồn sử dụng để chuyển đổi điện năng từ 220VAC sang 24VDC.
o Nguồn Tổ Ong 24V 10A hay còn gọi là bộ nguồn một chiều được thiết
kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 220VAC thành nguồn một
chiều 24VDC để cung cấp cho các thiết bị hoạt động.
o Nguồn tổ ong được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và dân dụng.
Trong công nghiệp chúng thường được sử dụng để cấp nguồn cho một số
thiết bị của tủ điện.
 Thông số kỹ thuật:
o Điện áp đầu vào: 220VAC.
o Điện áp đầu ra: 24VDC.
o Dịng điện: 10A.
o Cơng suất: 240W.
o Kích thước: 200mm x 110mm x 50mm.

4.4.2. Động cơ giảm tốc JGB37-520 DC.
Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng chuyền dây đai và không yêu cầu tải
trọng lớn nên khơng cần động cơ có cơng suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của băng
chuyền như là:
14


-

Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.


-

Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.

-

Dễ điều khiển, giá thành rẻ.

-

Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có cơng suất nhỏ, nhóm quyết định
chọn động cơ giảm tốc JGB37-520 DC.

 Thông số kỹ thuật:
o Điện áp hoạt động: 12V.
o Tốc độ không tải: 100 rpm.
o Tỉ số truyền: 55:1.

Hình 4.3: Đơng cơ giảm tốc JGB37 – 520 DC. (Nguồn Internet)

4.4.3. Cảm biến hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại hay còn được gọi là IR Sensor, chúng là một thiết bị điện tử có
khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong mơi trường xung quanh.
 Ngun lí hoạt động:
Cảm biến hồng ngoại sẽ hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể
để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR). Bằng cách sử dụng đèn
LED tạo ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm. Khi một vật ở gần
cảm biến, ánh sáng từ đèn LED bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Điều này
dẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng

cách sử dụng một ngưỡng.

15