đồ án bộ điều khiển khả trình và tự động hóa thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.53 MB, 27 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

<b>BỘ MÔN ĐIỆN KỸ THUẬT</b>

<b>ĐỒ ÁN BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH VÀ TỰĐỘNG HĨA</b>

<b>Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc</b>

0238266

0242566

Hà Nội, 10-2023

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Khoa học kỹ thuật luôn luôn phát triển trong tất cả các linh vực, nhất là các nghành sảnxuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Mộttrong những hệ thống đó là hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Hệ thống này giúp chosản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi íchkinh tế cao và hiệu quả.

Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên hiện nay phương pháp sửdụng màu sắc chưa được ứng dụng nhiều và hiệu quả. Do đó, đề tài “Thiết kế thi cơng hệthống phân loại sản phẩm” là một đề tài mang tính nghiên cứu và ứng dụng cao, phù hợpvới sự phát triển của các nghành sản xuất.

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng lớn, nhanh mà lại lợivề kinh tế. Các công ty xí nghiệp sản xuất thường xử dụng cơng nghệ lập trình PLC sửdụng các loại phân mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC được hiệu quả caođáp ứng kịp thời yêu cầu của đời sống xã hội.

Vì thế dựa vào các yếu tố cần thiết đó, em xin giới thiệu hệ thống “THIẾT KẾ THICÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC”

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LỜI NĨI ĐẦU</b>

Khoa học kỹ thuật ln ln phát triển trong tất cả các linh vực, nhất là các nghành sảnxuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Mộttrong những hệ thống đó là hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Hệ thống này giúp chosản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi íchkinh tế cao và hiệu quả. Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên hiệnnay phương pháp sử dụng màu sắc chưa được ứng dụng nhiều và hiệu quả. Do đó, đề tài“Thiết kế thi cơng hệ thống băng tải phân loại sản phẩm” là một đề tài mang tính nghiêncứu và ứng dụng cao, phù hợp với sự phát triển của các nghành sản xuất. Để thực hiệncông việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng lớn, nhanh mà lại lợi về kinh tế.Các công ty xí nghiệp sản xuất thường xử dụng cơng nghệ lập trình PLC sử dụng các loạiphân mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC được hiệu quả cao đáp ứng kịpthời yêu cầu của đời sống xã hội. Vì thế dựa vào các yếu tố cần thiết đó, em xin giới thiệuhệ thống “THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀUSẮC DÙNG PLC”. Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thốngphân loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong cơngviệc đếm và phân loại các sản phẩm, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cơng việc,với một hệ thống phân loại hồn chỉnh nó có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậycao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hỗn hệ thống. Hơn thế nữa, đối vớinhững cơng việc địi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hồn, nên các cơng nhân khóđảm bảo được sự chính xác trong cơng việc. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượngsản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sảnphẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>Mục lục</b>

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM...1

1.1. CÁC HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM...1

1.1.1. Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch...1

1.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng...2

1.1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc...2

1.1.4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước...2

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC...3

Chương 3 Thiết kế hệ thống điều khiển...12

3.1. Phân cổng vào ra...12

3.2.Sơ đồ mạch lực...15

3.3. Sơ đồ đấu nối...16

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢNPHẨM

<b>1.1. CÁC HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM1.1.1. Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch</b>

Đây là hệ thống được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, dây chuyền này được sử dụng đểphân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton,đóng túi và dán mã vạch Barcode, mã QR.

<small>Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch trong kho hàng</small>

Với những thông tin được lưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm, hệ thống dễ dàng sànglọc và lựa chọn, đưa sản phẩm về vị trí tập kết theo yêu cầu đăt ra:

Đối với những sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất,model...

Với các bưu phẩm, đơn hàng chuyển phát nhanh: phân theo ngày lên đơn, cách thức đónggói, địa điểm giao hàng, chuyển hàng nhanh,...

Các sản phẩm nơng sản đóng gói: phân theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm,..

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Các hộp, thùng hàng được đặt lên băng tải phân loại bởi công nhân hoặc cánhtay robot cộng tác, robot xếp hàng lên pallet từ băng tải cáp hay xe vận hành AGV trongcác nhà máy thông minh.

Với hệ thống phân loại sản phẩm tự động này cao gấp 3 - 5 lần so với cách quét mã vạchphân loại bởi phương pháp thủ cơng, hệ thống có thể đạt tới 10,000 sản phẩm/giờ.

<b>1.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng</b>

Hệ thống ứng dụng đa dạng các loại, kiểu sản phẩm theo nguyên tắc kiểm tra khối lượngonline, sau đó phân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu.

<small>Dây chuyền phân loại nông sản: cam, táo, khoai tây, cà chua, rau củ quả</small>

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho một số ngành thực phẩm, thủy hải sản,nông sản,..

<b>1.1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc</b>

Máy phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như cà phê, nhựamàu, gạo, các loại hạt,.. nhờ vào camera kiểm tra sản phẩm, công nghệ vision xử lý ảnh tựđộng. Với năng suất từ 0.8 - 15 tấn/giờ (tùy vào loại model), tỷ lệ chính xác >99%. Hệthống phân loại sản phẩm tự động theo màu sắc được ứng dụng rộng rãi trong các ngànhnơng nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, cơng nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử, thiết bịy tế,..

<b>1.1.4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước</b>

Dựa trên kích thước bao gồm bộ phận cấp, phân loại, thả và thu hồi sản phẩm. Máy phânloại sản phẩm theo kích thước điều khiển tự động, độ chính xác cao, hoạt động ổn định,

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

phù hợp với nhiều loại sản phẩm khác nhau. Với năng suất 3 - 5 tấn/giờ, tương đương1000 - 1100 sản phẩm/phút

Cấp phân loại: 4 - 10 cấp

<small>Dây chuyền phân loại trứng, cà chua theo kích thước</small>

Hệ thống được ứng dụng rộng rãi trong các ngành thực phẩm, nông sản, trái cây,..

<b>1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀUSẮC</b>

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có cấu tạo chính gồm: - Cảm biến nhận biết màu sắc.

- Hai Cảm biến nhận biết vật

- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm. - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống. - Các van đảo chiều

- Nút nhấn. Yêu cầu thiết kế :

- Khởi động hệ thống bằng nút Start, dừng hệ thống bằng nút Stop

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

- Xi lanh 1 có nhiệm vụ đẩy sản phẩm xuống Cảm biến S1, S2 báo trạng thái của xi lanh1.

- Xi lanh 2 di chuyển khoang chứa để đỡ sản phẩm. Cảm biến S3, S4 báo trạng thái củaxi lanh 2.

- Cảm biến màu dùng để xác định màu sắc của sản phẩm, sau khi phát hiện màu sảnphẩm xi lanh 2 hoạt động để di chuyển khoang chưa với màu sắc phù hợp. Sau khi đã dichuyển khoang chứa xilanh 1 đẩy sản phẩm xuống và thu về. Sau khi cảm biến phát hiệnvật phát hiện sản phẩm đã rơi xuống khoang chứa. Thì lặp lại chu trình. Nguyên lý hoạtđộng :

- Khi nhấn nút Start để khởi động hệ thống, đèn đỏ xilanh1,2 báo trạng thái xilanh khônghoạt động. cảm biến vật1 tại xilanh1 nhận biết có vật chưa; khi có vật thì cảm biến màuxác định màu được kích hoạt để quét màu sắc phù hợp.Sau khi cảm biến màu quét xongsẽ truyền tín hiệu cho xilanh2 di chuyển khay chứa với màu sắc phù hợp đã được quét.Sauđó xilanh1 sẽ đẩy vật xuống khay.Cảm biến vật 2 nhận biết xem có vật rơi vào khay chưa,nếu cảm có tín hiệu thì sẽ thu xilanh1 về và lặp lại chu trình.

Nhấn nút Stop hệ thống dừng làm việc .

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

- Khởi động hệ thống bằng nút Start, dừng hệ thống bằng nút Stop - - -

- Xi lanh 1 có nhiệm vụ đẩy sản phẩm xuống Cảm biến S1, S2 báo trạng thái của xi lanh 1.

- Xi lanh 2 di chuyển khoang chứa để đỡ sản phẩm. Cảm biến S3, S4 báo trạng thái của xi lanh 2.

- Cảm biến màu dùng để xác định màu sắc của sản phẩm, sau khi phát hiện màu sản phẩm xi lanh 2 hoạt động để di chuyển khoang chưa với màu sắc phù hợp. Sau khi đã di chuyển khoang chứa xilanh 1 đẩy sản phẩm xuống và thu về. Sau khi cảm biến phát hiện vật phát hiện sản phẩm đã rơi xuống khoang chứa. Thì lặp lại chu trình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyềnsản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm có màusắc như nhựa hay trong chế biến Nông sản (như cá loại trái cây, hạt điều, cà phê,…),Cáccuộn giấy màu, bánh kẹo, nước ngọt… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân cơng laođộng và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động.

Được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc trong thựctế để tăng khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNGPHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC</b>

<small>Sơ đồ khối của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu</small>

- Nút nhấn: thực hiê –n vai trị đóng ngắt điê –n từ xa cho các thiết bị sử dụng điê –n.- Nút dừng khẩn cấp: thường dùng trong các ứng dụng như dừng khẩn cấp nguồn, dừngtín hiệu hoặc báo tín hiệu về bộ xử lý trong trường hợp khẩn cấp.

- Cảm biến màu: có nhiệm vụ phát hiện và phân loại các màu khác nhau khi đi qua cảmbiến.

- Cảm biến vật: có nhiệm vụ phát hiện vật khi đi qua cảm biến.

- PLC: thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật tốn điều khiển logic. Bộ lập trìnhPLC nhận tác động các sự kiện bên ngồi thơng qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạtđộng thông qua ngõ ra (output).

- Xilanh: có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cungcấp cho các chuyển động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Lựa chọn cảm hồng ngoại

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<small>Cảm biến hồng ngoại</small>

Lựa chọn cảm biến vật cảm hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4 có chất lượng tốt, độbền và độ ổn định cao, đặc biệt cảm biến có khoảng cách điều chỉnh chính xác từ 5~30cmvới thấu kính hồng ngoại chất lượng tốt dạng phẳng.

Thơng số kỹ thuật:

Model: OMDHON E3F-DS30C4

Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu). Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC

Khoảng điều chỉnh phát hiện vật cản của cảm biến: 5~30cm (điều chỉnh bằng biến trở trêncảm biến).

Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độDịng kích ngõ ra: < 300mA.Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

Chất liệu sản phẩm: vỏ ngồi nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập.Kích thước: 18 x 70mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Nguồn cấp : 12-24VDC

Chế độ hoạt động : Màu, màu + cường độ

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Ngõ ra điều khiển : NPN mạch thu hở

<b>2.5. Chọn nút nhấn Start ,Stop </b>

Thông số kĩ thuật:Điện áp: Dưới 380V

Số tiếp điểm: 1 thường đóng, 1 thường mởĐộ bền nút nhấn: 500.000 lần

Đường kính cổ lắp ráp: 22mm2.5.1. Chọn nút dừng khẩn cấp EMG Nút dừng khẩn cấp LA38-11ZS 22mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Thông số kỹ thuật: Tự giữ tiếp điểm

Số tiếp điểm: 1 NO + 1 NC (một tiếp điểm thường mở và 1 tiếp điểm thường đóng)Dịng định mức: 10A.

Điện áp định mức: 380VAC 50hz, 220VDCChất liệu vỏ: nhựa chống cháy ở nhiệt độ caoKích thước lỗ lắp đặt: 22mm

Kích thước sản phẩm: 29 * 37 * 84 mmKích thước ốc lắp đặt: 3.5 mm

<b>2.6. Chọn PLC cho hệ thống</b>

Cấu tạo và phân loại PLC:

Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:

Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngồi ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM.Bộ xử lý trung tâm CPU.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Module input/output. Thơng thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầumở rộng I/O có thể lắp module I/O.

Nguyên lý hoạt động của PLC:

Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ PLC. Tốc độxử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển của PLC. Chương trình được lưu trữ trênRAM. Pin dự phịng được tích hợp trên PLC giúp chương trình khơng bị mất khi có sự cốvề điện. CPU thực hiện qt chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự.

Ưu và nhược điểm của PLC: Ưu điểm:

Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thơng thường. Tuynhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ,Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước.

Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãngsản xuất. Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuấtyêu cầu mua licence.

Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trongđiều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC.

Vai trị của PLC trong hệ thống tự động hố:

Áp dụng tủ điều khiển vào nhà máy nhiệt điện, thủy điện.Sử dụng điều khiển các dây chuyền sản xuất bia, rượu, nông sản,…Hệ thống vận hành, vận chuyển.

Tủ điều khiển bơm nước sinh hoạt, xử lý nước thải.Quản lý tự động bãi đậu xe.

Được đưa vào các cơng trình tồn nhà lớn: điều khiển thang máy.Dây chuyền công nghệ chế biến thực phẩm, may mặc.

Dây chuyền công nghệ sản xuất giấy.Hệ thống báo động.

Rất nhiều ngành nghề áp dụng tủ điện, tủ điều khiển và sản xuất và sử dụng hệ thống điềukhiển PLC trong hoạt động vận hành dây chuyền nhà máy cán tôn, cán thép, các dâychuyền lắp ráp linh kiện điện tử trong các nhà máy, robot, dây chuyền kiểm tra chất lượngsản phẩm… chỉ cần thao tác bằng nút bấm và lập trình sẵn.

Cách thức điều khiển chính của PLC:Điều khiển logic:

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Điều khiển tự động, bán tự động quy trình máy.Hỗ trợ bộ đếm (Couter) và bộ định thời gian (Timer).Điều khiển đáp ứng:

Giải thuật điều khiển PID, Logic mờ.Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước.Điều khiển biến tần.

Điều khiển đáp ứng nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…Mạng truyền thông:

Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC.

Kết nối bộ điều khiển PLC và hệ thống SCADA.Lựa chọn PLC phù hợp với hệ thống đang thiết kế:

Do hệ thống chúng em đang thiết kế có 8 cổng IN và 3 cổng OUT cho nên chúng em chọnPLC MITSUBISHI FX3U 32MR/ES-A để điều khiển hệ thống. PLC này có độ phổ biếncao được nhiều người sử dụng và đánh giá rất cao những tính năng mà PLC này mang lại.Ngồi ra với hệ thống mà chúng em đang thiết kế , PLC này hồn tồn có thể cung cấp đủnhững chức năng phục vụ cho việc nghiên cứu và thiết kế. Ngoài ra do giá thành của PLCnày trên thị trường cũng không quá cao cho nên cũng dễ tiếp cận đến những người dùngphổ thơng. Khơng những thế PLC này cịn nằm trong chương trình học của chúng em nêncũng thuận tiện hơn trong việc học hỏi cũng như thiết kế hệ thống.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

khối truyền thông mạng. Khả năng mở rộng tối đa có thể lên đến 10 khối trên hệ thốngmới này.

Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời gian chỉ 0.065µs trên một lệnh đơn logic, cùng với209 tập lệnh được tích hợp sẵn và cải tiến liên tục đặc biệt cho việc điều khiển vị trí.Dịng PLC mới này cịn cho phép mở rộng truyền thông qua cổng USB, hỗ trợ cổngEthernet và cổng lập trình RS-422 mini DIN. Với tính năng mạng mở rộng làm cho PLCnày nâng cao được khả năng kết nối tối đa lên đến 384 I/O, bao gồm cả các khối I/O quamạng.

Thơng qua tìm hiểu chọn được PLC FX3U phù hợp với hệ thống thiết kế:FX3U-32MR/ES-A.

<small>PLC MITSUBISHI FX3U</small>

Các thông số kỹ thuật chính:Số đầu vào: 16 đầu vào

Số đầu ra: 16 đầu ra transistor (Source)Nguồn cấp: 100-240VAC

Công suất: 35W

Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps

Tích hợp đồng hồ thời gian thực: 16 (100 kHz)Bộ đếm: 235

</div>