MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Với mục tiêu đưa đất nước ngày phát triển giàu mạnh, đại tiến tới hội nhập giới phát triển công nghiệp đóng vai trò định trình Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có suất lao động cao, giảm thiểu sức lao động người, áp dụng hệ thống tự động hóa công nghiệp giải pháp thiết thực Ngày nay, việc ứng dụng điều khiển logic khả trình PLC ngày sử dụng rộng rãi Đặc biệt dòng sản phẩm PLC Siemens Nó mạng lại hiệu hoạt động ổn định, xác, bền bỉ thích ứng với nhiều môi trường khắc nghiệt công nghiệp Do em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200” với mục đích tạo môi trường thựchành ứng dụng lí thuyết học PLC vào mô hình thực tế Qua có kĩ lập trình, kết nối ứng dụng PLC thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô môn tự động hóa tận tình bảo, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực đồ án, đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Văn Vinh giảng viên hướng dẫn đồ án GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Đặt vấn đề Ở nước ta có nhiều sức lao động việc thuê nhân công rẻ bên cạnh người thủ công nên sai xót không ổn định Tuy việc công nhân dồi dao nguồn lực chất lượng cao hạn chế, tác phong làm việc hạn chế Năm 2010, có đến 19,5 triệu lao động Việt Nam làm việc ngành nghề không đòi hỏi trình độ chuyên môn chuyên môn thấp Phần lớn doanh nghiệp phải đào tạo nghề cho công nhân Công nhân không lành nghề dẫn đến sản phẩm chất lượng thấp, suất không cao, sản phẩm làm không nhiều đơn vị thời gian Các hoạt động thủ công thương ta nói chung hoạt động phân loại sản phẩm thủ công nói riêng tốn nhiều công sức nhân công Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại phân loại rác phân loại chất hóa học độc hại công nhân tham gia hoạt động phân loại nguy hiểm đến sức khỏe ảnh hưởng đến xuất trình Tốc độ đổi công nghệ chậm, chưa đồng chưa có định hướng phát triển rõ rệt Phần lớn doanh nghiệp nước ta sử dụng công nghệ tụt hậu so với nước giới từ 2-3 hệ 80%-90% công nghệ nước ta sử dụng công nghệ nhập 76% công nghệ máy móc nhập thuộc thập niên 50-60, 50% công nghệ đồ tân trang Sự lạc hậu công nghệ tạo chất lượng sản phẩm thấp, điều gây cho hàng hóa gặp nhiều khó khắn vấn đề cạnh tranh giá thị trường Trên giới ứng dụng nhiều hệ thống tự động hóa sản xuất họ nhân mạnh mô hình Số lượng công nhân chất lượng cao lớn, trình độ chuyên môn cao dẫn đến chất lượng sản phẩm giá thành cạnh tranh không nước mà suất khắp giới như: Trung Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức… Khi sản phẩm sản xuất ra, tự động xếp băng chuyền Bên cạnh băng chuyền có đặt thiết bị để nhận biết phân loại phụ thuộc vào sản phẩm Khi sản phẩm tác động thiết bị phân loại chúng đẩy GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page Đồ Án Tốt Nghiệp vào hộp nằm băng chuyền khác Các sản phẩm lại sẻ băng chuyền tiếp tục mang đến thùng hàng, thông qua hệ thống đếm tự động đủ số lượng quy định hệ thống sẻ tư động dừng khoàng thời gian để đóng gói sản phẩm Hệ thống hoạt động có lệnh dừng Người công nhân việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng Hoạt động phân loại phân loại tự động có điểm mạnh xuất tính xác cao, cần sức người mà đạt hiệu nên cạnh tranh chất lượng thị trường Bên cạnh doanh nghiệp vừa nhỏ nước ta đầu tư số tiền lớn để mua hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh từ nước 1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động Tùy vào độ phức tạp yêu cầu loại sản phẩm mà ta đưa phương pháp phân loại sản phẩm khác Hiện có số phương pháp phân loại sản phẩm ứng dụng nhiều đời sống như: - Phân loại sản phẩm theo kích thước - Phân loại sản phẩm theo màu sắc - Phân loại sản phẩm theo khối lượng - Phân loại sản phẩm theo mã vạch - Phân loại sản phẩm theo vật liệu … Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nên có nhiều thuật toán hướng giải khác cho sản phẩm, đồng thời thuật toán đan xen, hỗ trợ lẫn Ví dụ muốn phân loại vải phải phân loại kích thước màu sắc, nước uống( bìa, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân loại gạch theo hình ảnh, kích thước Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy băng chuyền ngang qua cảm biến thứ chưa kích cảm biến thứ hai phân loại vật thấp nhất, sản phẩm qua hai cảm biến đồng thời phân loại vật cao GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page Đồ Án Tốt Nghiệp Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sản phẩm: sử dụng cảm biến phân loại màu sắc đặt băng chuyền, sản phẩm ngang qua cảm biến nhận biết sản phẩm thuộc màu cửa phân loại tự động mở để sản phẩm phân loại Phát màu sắc bằng cách sử dụng yếu tố tỉ lệ phản chiếu màu chính(ví dụ màu đỏ, màu xanh cây, màu xanh trời) phản xạ màu khác theo thuộc tính màu đối tượng 1.3 Tính cấp thiết đề tài Phân loại sản phẩm toán ứng dụng nhiều sống Dùng sức người, công việc đòi hỏi tập trung cao có tính lặp lại, nên công nhân khó đảm bảo xác công việc Chưa kể đến có phân loại dựa chi tiết kỹ thuật nhỏ mà mắt thường khó nhận Điều ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng phân loại sản phẩm đời phát triển tất yếu nhầm đáp ứng nhu cầu cấp bách Tùy vào mức độ phức tạp yêu cấu phân loại, hệ thống phân loại có quy mô lớn, quy mô nhỏ khác Tuy nhiên có đặc điểm chung chi phí cho loại quy mô lớn, đặc biệt điều kiện việt Nam Vì đa số hệ thống phân loại tự động đa phần áp dụng vào các hệ thống phân loại có yêu cầu phức tạp, lượng lớn doanh nghiệp việt nam sử dụng trực tiếp sức lao động người để làm việc Bên cạnh băng chuyền để vận chuyển sản phẩm yêu cầu cao đặt phải có hệ thống phân loại sản phẩm Còn nhiều loại phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu nhà sản xuất như: phân loại sản phẩm theo kích thước, phân loại sản phẩm theo màu sắc, phân loại sản phẩm theo khối lượng, phân loại sản phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm theo hình ảnh… Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà điều khiển tự động hóa đóng vai trò quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Nhằm mục tiêu tăng suất lao động, giảm sức người,độ xác cao, giá thành hạ, GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page Đồ Án Tốt Nghiệp nâng cao chất lượng sản sản xuất; sản phẩm công nghệ đòi hỏi ngày hoàn thiện tối ưu Trong đó, hệ thống băng tải phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm quan trọng tất ngành công nghiệp, nhà máy Ra đời từ lâu có vai trò quan trọng nhờ ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, bền vững, có khả vận chuyển nguyên vật liệu theo phương nằm ngang, nghiêng với khoảng cách từ gần đến xa, làm việc êm, suất cao mà tiêu hao lượng không lớn Chính nhờ ưu điểm mà hệ thống băng tải ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp khai khoáng, công ngiệp chế biến thực phẩm, vận chuyển hàng hóa, ứng dụng bến cảng Xuất phát từ đợt thực tập tốt nghiệp nhà máy, khu công nghiệp tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa trình sản xuất Một khâu tự động dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm sản xuất băng tải vận chuyển sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm Nhận thấy tầm quan trọng băng tải ngành công nghiệp hệ thống cần có cải tiến thiết kế mới, đáp ứng nhu cầu sản xuất chuyên môn hóa cao phù hợp với đặc thù riêng lĩnh vực, sản phẩm Từ điều nhìn thấy thực tế sống kiến thức mà em học trường Với đề tài giao“ Nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7 1200 ”, thầy T.S Nguyễn Văn Vinh định hướng hướng dẫn tìm hiểu làm mô hình Chúng em xây dựng mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm có kích thước tương đối xác hiệu cao sản xuất công nghiệp nước ta 1.4 Hệ thống truyền động băng tải 1.4.1 Giới thiệu Băng tải thường sử dụng để di chuyển vật liệu đơn giản vật liệu rời theo phương ngang phương nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, thiết bị sử dụng rộng rãi phương tiện để vận chuyển cấu nhẹ, GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page Đồ Án Tốt Nghiệp xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, loại xỉ lò trạm thủy điện dùng vận chuyển nhiên liệu Trên kho bãi dùng để vận chuyển loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt, số sản phẩm khác Trong số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất dùng để vận chuyển sản phẩm hoàn thành chưa hoàn thành công đoạn, phân xưởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dùng 1.4.2 Cấu tạo chung băng tải Hình 1.1 Cấu tạo chung băng tải Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ( lăn, giá đỡ,…) làm phần trượt cho phận kéo yếu tố làm việc 1.4.3 Các loại băng tải thị trường Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại lựa chọn số loại băng tải sau: Bảng 1.1 Danh sách loại băng tải Loại băng tải Băng tải dây đai Tải trọng < 50kg GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Phạm vi ứng dụng Vận chuyển chi tiết nguyên công vận chuyển thùng chứa gia công lắp ráp Page Đồ Án Tốt Nghiệp Băng tải 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết vệ tinh gia công chuẩn bị phôi lắp ráp Băng tải đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển chi tiết lớn phận khoảng cách > 50m Băng tải lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết vệ tinh nguyên công với khoảng cách < 50m Các loại băng tải xích , băng tải lăn có ưu điểm độ ổn đinh cao vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu tương đối phức tạp, đòi hỏi đọ xác cao, giá thành đắt - Băng tải dạng cào : sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại đạt 1,5 /h tốc độ chuyển động 0,2 m/s Chiều dài băng - tải không hạn chế phạm vi kéo 10KN Băng tải xoắn vít Có kiểu cấu tạo: + Băng tải buồng xoắn: Băng tải buồng xoắn dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại đạt tấn/h với chiều dài 80cm + Băng tải buồng xoắn: Băng tải có hai buồng xoắn song song với nhau, có chiều xoắn phải, có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào buồng xoắn thực nhờ tốc độ phân phối chuyển động Cả hai loại băng tải buồng xoắn đặt máng bằng thép bằng xi măng 1.4.4 Phân loại Băng tải có nhiều kiểu dáng khác phân loại sau: a Theo phương chuyển động - Theo phương ngang: Băng tải loại ứng dụng việc vận chuyển loại nguyên liệu cho ngành xây dựng, vận chuyển than đá sản phẩm đóng gói GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page 10 Đồ Án Tốt Nghiệp - Theo công dụng: + Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải phân phối điện + Máy biến áp điều chỉnh loại công suất nhỏ dùng gia đình - Theo số pha dòng điện biến đổi máy biến áp chia thành máy biến áp pha máy biến áp pha - Theo vật liệu làm lõi chia thành máy biến áp lõi thép máy biến áp không khí - Theo phương pháp làm mát chia làm máy biến áp làm mát bằng dầu máy biến áp làm mát bằng không khí Hình 2.19 Một số loại máy biến áp 3.4.8.4 Cấu tạo máy biến áp Máy biến áp gồm ba phận chính: lõi thép , dây quấn vỏ máy Ngoài có phận khác : cách điện , đồng hồ đo, phận điều chỉnh, bảo vệ - Lõi thép Lõi thép làm từ thép kĩ thuật điện, cán thành thép dày 0,3-0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện Lõi thép có phần : phần trụ phần gông - Trụ phần có quấn dây quấn - Gông phần lõi thép nối trụ với để khép kín mạch từ GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page 68 Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 3.20 Lõi máy biến áp 3.4.8.5 Dây quấn - Dây quấn máy biến áp thường làm bằng đồng bằng nhôm có tiết diện hình tròn hay hình chữ nhật, xung quanh dây quấn có bọc cách điện bề mặt - Dây quấn máy biến áp gồm dây quấn sơ cấp dây quấn thứ cấp - Dây quấn nối với nguồn nhận lượng từ nguồn vào gọi dây quấn sơ cấp - Dây quấn nối với phụ tải cấp điện cho phụ tải gọi dây thứ cấp 3.4.8.6 Vỏ máy - Vỏ máy làm bằng thép dùng để bảo vệ máy Với máy biến áp dùng để truyền tải phân phối điện năng, vỏ máy gồm phận: thùng nắp thùng Nguyên lý làm việc Hình 3.21 Nguyên lý làm việc máy biến áp - Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa vào tượng cảm ứng điện từ GVHD: TS Nguyễn Văn Vinh Page 69 Đồ Án Tốt Nghiệp - Đặt điện áp U1 vào dây quấn sơ cấp có dòng I dòng I1 tạo từ thông xoay chiều, từ thông chạy mạch từ móc vòng qua cuộn sơ cấp thứ cấp cảm ứng sức điện động e1 e2 - Nếu máy biến áp không tải (thứ cấp hở mạch) điện áp thứ cấp bằng sức điện động e2 U2o = e2 - Nếu thứ cấp nối với tải Z t, dây quấn thứ cấp có dòng I Dòng I2 lại sinh từ thông thứ cấp chạy mạch từ, từ thông có khuynh hướng chống lại từ thông dòng sơ cấp tạo lên làm cho từ thông lõi thép( gọi từ thông chính) giảm biên độ Để giữ cho từ thông không đổi, dòng sơ cấp phải tăng lên lượng lớn để từ thông tăng thêm bù vào suy giảm từ thông thứ cấp gây lên Điện áp thứ cấp có tải U Bỏ qua sụt áp máy biến áp ta có: U1 = E1 U2 = E2 Trong đó: E1 = 4,44fN1ɸm trị số hiệu dụng sức điện động sơ cấp E2 = 4,44fN2ɸm trị số hiệu dụng sức điện động thứ cấp U1, U2 điện áp sơ cấp thứ cấp máy biến áp (V, kV) f tần số điện áp đặt vào cuộn sơ cấp N1 N2 số vòng cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp ɸm từ thông lõi thép Từ ta có: k tỉ số biến đổi máy biến áp( tỉ số biến áp) - k> 1(U1>U2) gọi máy biến áp giảm áp k