Đồ án phân loại sản
phẩm
theo chiều cao
MỤC LỤC CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. 1. Lý do chọn đề tài.................................................................................... 7
1.2. Mục tiêu................................................................................................. 7
1.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 7
1.4. Cấu trúc đề tài......................................................................................... 7
1.5. Bài toán điều khiển................................................................................. 8
1.6. Phân tích các phương án điều khiển........................................................ 8
1.6.1. Sử dụng PLC........................................................................................ 8
1.6.2. Sử dụng Vi xử lý.................................................................................. 9
CHƯƠNG 2
TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG BĂNG TẢI

2.1. Tổng quan về dây chuyền công nghệ.................................................... 10
2.2. Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm.................................... 11
2.3. Các hệ thống phân loại sản phẩm......................................................... 12
2.4. Tìm hiểu các phần tử sử dụng trong hệ thống....................................... 13
2.4.1. Sơ đồ khối tổng quát.......................................................................... 13
2.4.2. Tìm hiểu về khối nguồn..................................................................... 14
2.4.3. Tìm hiểu các phần tử khối vào ra (I/O).............................................. 16
2.4.4. Khối xử lý trung tâm PLC.................................................................. 20
2.4.5. Khối cơ cấu chấp hành....................................................................... 21
2.4.6. Băng tải.............................................................................................. 23
CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC
3.1. Giới thiệu về plc S7-300....................................................................... 27
3.1.1. Giới thiệu chung................................................................................. 27
3.1.2. Các modul PLC S7-300..................................................................... 28

5.2. Hướng phát triển đề tài.......................................................................... 67
5.3. Kết luận chung...................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 68


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Dây truyền phân loại và đóng thùng sữa............................................. 10
Hình 2.2: Dây truyền phân loại bia..................................................................... 10
Hình 2.3 Mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước....................................... 12
Hình 2.4: Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu........................................... 13
Hình 2.7. Bộ nguồn 24 VDC................................................................................ 15
Hình 2.8. Bình tích áp......................................................................................... 16
Hình 2.9. Đầu ra của cảm biến kiểu DC-3 dây................................................... 17
Hình 2.10. Cảm biến thu phát quang................................................................... 18
Hình 2.11. Nút ấn điều khiển............................................................................... 19
Hình 2.12. Rơ le trung gian................................................................................. 19
Hình 2.13. Van điện khí nén 5/2........................................................................... 20
Hình 2.14. PLC S7-300 CPU314......................................................................... 20
Hình 2.15. Động cơ xoay chiều........................................................................... 21
Hình 2.16. Động cơ Một chiều............................................................................ 21
Hình 2.17. Động cơ 1 chiều có hộp số................................................................ 22
Hình 2.18. Xylanh đẩy phôi tác động kép............................................................ 22
Hình 2.19. Băng tải. thảm................................................................................... 24
Hình 2.20. Băng tải xích...................................................................................... 25
Hình 2.21. Băng tải con lăn................................................................................. 25
Hình 2.22. Băng tải đứng.................................................................................... 25
Hình 2.24.Băng tải linh hoạt............................................................................... 26
Hình 2.25. Băng tải rung..................................................................................... 26
Hình 3.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300..................................................... 28
Hình 3.2: Một số CPU của PLC S7-300.............................................................. 29

Để hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp đầu tiên cho phép em xin được bày tỏ
lòng biết ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện -Cơ Điện tử - trường ĐH Phương
Đông đã truyền thụ những kiến thức quý báu và bổ ích trong thời gian học tập
tại trường, để giúp em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp và nền tảng kiến thức
chuyên môn vững chắc sau khi tốt nghiệp và tự tin khi tìm việc sau khi ra
trường.
Em xin được trân trọng cảm ơn Th.s. Trần Qúy Cao cô đã luôn tận tình
giúp đỡ, chỉ đạo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong
suốt quá trình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng đồ án tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của những người bạn, người thân,
chúng con xin được cảm ơn bố mẹ, anh chị đã luôn động viên chúng con trong
suốt thời gian học tập cũng như xây dựng đồ án này.
Xin được gửi tới lời cảm ơn sâu sắc nhất!
......................... ngày..... tháng.... năm...........
Sinh viên thực hiện
Đặng Thái Dương
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1. 1. Lý do chọn đề tài.
Để theo kịp xu thế công nghiệp hóa – hiện đại hóa một cách bền vững và an
toàn nhất, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc và đảm bảo chất lượng


sản phẩm nằm trong phạm vi cho phép. Hơn nữa thuận tiện cho việc mở rộng và phát
triển trong tương lai.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức đã được học tại trường là một
sinh viên ngành cơ điện tử, thông qua việc thiết kế đồ án giúp chúng tôi bước đầu có
những kinh nghiệm về lập trình PLC.
Chính vì vậy, em đã nhận đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phân loại

và sản phẩm thấp.
Khi ta ấn start khởi động toàn bộ hệ thống thì băng tải hai (băng tải di chuyển
hộp) hoạt động. Ở phía cuối băng tải một ( băng tải phân loại sản phẩm) có đặt một
cảm biến khi cảm biến nhận biết có hộp băng tải một dừng lại và băng tải hai hoạt
động. Đồng thời các cảm biến, xy lanh gạt cũng hoạt động
- Ta sắp xếp cảm biến với xy lanh lần lượt theo thứ tự cao-trung bình-thấp.Khi có
sản phẩm cao đi qua Cảm biến quang nhận tín hiệu đưa về PLC S7-300, xy lanh sẽ
được đưa ra đẩy sản phẩm xuống máng đựng sản phẩm và đi về vị trí ban đầu. Đối với
sản phẩm trung bình cũng tương tự như vậy. Sản phẩm thấp dễ dàng đi qua 2 cảm biến
cao và trung bình được đưa về cuối băng tải và rơi vào hộp chứa. Khi hộp chứa chứa
được ba sản phẩm thì băng tải một dừng, băng tải thứ hai di chuyển đưa hộp chứa tiếp
theo đến. Hệ thống hoạt động như ban đầu. Để hệ thống dừng hoạt động ta ấn nút stop.
1.6. Phân tích các phương án điều khiển
1.6.1. Sử dụng PLC.
PLC-Programmable Logic Controller là bộ điều khiển logic khả trình (lập trình
được). Khởi thuỷ ban đầu PLC chỉ có chức năng điều khiển logic , tức là điều khiển
on- off như các relay. PLC hiện đại như bây giờ có khả năng điều khiển PID và điều
khiển mờ..v..v. PLC cho phép mở rộng thêm các module vào/ra nên có khả năng quản
lý một


hệ thống lớn trong nhà máy. Do vậy PLC ứng dụng để điều khiển một hệ thống sản
xuất lớn (so với vi xử lý) và có đặc tính động học chậm (so với vi xử lý) như điều
khiển mức nước, áp suất, lưu lượng ,nhiệt độ, tốc độ băng tải…v.v.
Đặc trưng của PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố
bền vững thích nghi, độ tin cậy cao, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh
chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay giao tiếp được với
các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các modul mở rông tốt.
Từ các ưu điểm trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
khác nhau trong công nghiệp như:

- Một số dây truyền ngoài công nghiệp:
+Dây truyền phân loại và đóng gói sữa

Hình 2.1: Dây truyền phân loại và đóng thùng sữa
+ Dây truyền phân loại bia

Hình 2.2: Dây truyền phân loại bia.
Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp
phần vào sự phát triển của nền khoa học thế giới nói chung và trong sự phát triển điều
khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các
khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất đã thấy được khâu được tự
động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền
sản xuất


tự động hóa đó là số lượng sản phầm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử
dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn
chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân
công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều
đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã được học ở
trường nên muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo
được độ chính xác cao về kích thước. Nên em đã quyết định thiết kế và thi công một
mô hình sử dụng băng truyền để phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì
trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối
chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với em, góp phần làm cho xã hội ngày càng
phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.
2.2. Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm.
Từ thời xa xưa con người đã biết phân loại các sản phẩm không những phục vụ
cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho công việc buôn bán và trao đổi hàng hóa. Nhưng

+Phân loại sản phẩm theo kích thước.
Phân loại sản phẩm theo kích thước : dùng sensor cảm biến kích thước. Giả sử
phân biệt ba loại sản phẩm cao, thấp, trung bình, khi tín hiệu điều khiển chạy trên băng
truyền nếu là sản phẩm cao thì cảm biến cao tác động đẩy sản phẩm vào ô thứ 1 của
băng truyền. Nếu là sản phẩm trung bình thì cảm biến trung bình tác động đẩy sản
phẩm vào ô thứ 2 của băng truyền. Còn sản phẩm thấp đi đến cuối băng tải.

Hình 2.3 Mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước.


+ Phân loại sản phẩm kim loại: Thiết bị cho phép phân loại với 2 loại vật liệu cơ
bản: kim loại và phi kim. Các vật mẫu khác nhau chạy trên băng tải sẽ được nhận biết
bằng cảm biến tiệm cận loại điện từ và điện dung, sau đó được đẩy ra các khay tương
ứng bằng các xylanh khí và cảm biến định vị trí khay.

Hình 2.4: Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu
+Phân loại sản phẩm theo màu sắc:
Sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi
sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ
được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng. Phát hiện màu
sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỉ lệ phản chiếu của một màu chính. Được phản xạ
bởi các màu khác nhau theo các màu của đối tượng. Bằng cách sử dụng công nghệ lọc
phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC phát ra màu đỏ, xanh
lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang học đơn. E3MC sẽ thu ánh sáng phản
chiếu của các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh
sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận.
2.4. Tìm hiểu các phần tử sử dụng trong hệ thống
2.4.1. Sơ đồ khối tổng quát




Mạch chỉnh
lưu

Biến áp

Mạch lọc

Mạch ổn áp

Hình 2.6. Nguyên lý bộ nguồn một chiều.
Yêu cầu của mô hình với các đầu vào PLC và cảm biến sử dụng điệp áp 24V -DC
nên ta chọn bộ nguồn AC - DC có đầu ra ở mức phù hợp để cấp cho các thiết bị trong
mô hình .
Trong mô hình ta sử dụng bộ nguồn Miwi S- 60-24.
Thông số kỹ thuật:
Input

Ouput

115 VAC

2A

230 VAC
50/60 Hz

1A

+24 VDC

- Sử dụng đơn giản dễ tìm mua, thông dụng trên thị trường.
Để tiện lợi trong qua trình thiết kế để tiết kiệm chi phí để thử nghiệm lắp đặt và
chạy thử các cơ cấu chấp hành khí nén chúng em đã thiết kế một số bình tích áp tận
dụng từ những chai nước ngọt 1,5l để sản phẩm chạy ổn định có một máy nén khí và
bộ điều hòa phục vụ sẽ tốt và ổn định hơn nhiều.

Hình 2.8. Bình tích áp.
2.4.3. Tìm hiểu các phần tử khối vào ra (I/O)
Khối vào ra có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu từ bên ngoài vào các khối xử lý
trung tâm PLC, đồng thời nhận các lệnh gửi ra từ PLC để thực hiện các chức năng
khác.Khối vào gồm các cảm biến,các nút ấn,các công tắc hành trình. Các đầu ra của
khối là đầu điều khiển chuyển động của: băng tải,xy lanh.


2.4.3.1. Cảm biến
Trong mô hình chúng em lựa chọn cảm biến quang loại 3 dây để phát hiện vật
thể vì những ưu điểm sau:
- Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc với vật thể đó (Phát hiện từ xa)
- Phát hiện được từ khoảng cách xa
- Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao
- Phát hiện nhiều vật thể khác nhau
- Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.
Cảm biến quang.
Cảm biến quang ứng dụng gồm 2 loại chính là cảm biến quang thu phát và cảm
biến quang gương phản xạ. Cảm biến quang thu phát chung được cấu tạo gồm một led
hồng ngoại thu và một led hồng ngoại phát. Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia
sẽ làm phản xạ lại ánh sáng tác động vào led thu. Lúc này led thu sẽ tác động vào
transistor cho tín hiệu ra.
Cảm biến quang gương phản xạ cũng gồm led hồng ngoại thu và phát như
quang thu phát nhưng hoạt động thì ngược lại. Khi có vật thể tác động vào vùng phát

nguyên lý làm việc.
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng
và vỏ bảo vệ, khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không
còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu


.
Hình 2.11. Nút ấn điều khiển
2.4.3.3. Rơle trung gian
Rơ le trung gian nhận tín hiếu từ LPC điều khiển động cơ và 2 xi lanh phân loại
sản phẩm.
Thông số kỹ thuật của rơle trung gian như sau:
- Rơle trung gian loại cắm đế, kích thước 36 x 28 x 21.5mm
- Có loại 2,3 hoặc 4 cặp tiếp điểmn với dòng tải lên tới 10A
- Có model có đèn báo, có đi ốt chống xung ngược...
- Tuổi thọ tiếp điểm cao, số lần đóng cắt lớn

Hình 2.12. Rơ le trung gian.
2.4.3.4. Van điện khí nén 5/2.
Công dụng có tác dụng điều khiển xy lanh đi ra đi về.


Hoạt động của van như sau : Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, dưới tác
dụng của lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2
và cửa 4 thông với cửa 5, cửa số 3 bị chặn. Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van
5/2 đảo trạng thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn.

Hình 2.13. Van điện khí nén 5/2.
2.4.4. Khối xử lý trung tâm PLC
Là bộ điều khiển logic lập trình PLC S7-300 của hãng SIEMENS. Có vai trò

+ Điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà không ảnh hưởng tới điện áp cung cấp. Dễ dàng
điều chỉnh tốc độ hơn động cơ xoay chiều.
+ Có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm
việc khác nhau.
+ Có momen khởi động và làm việc lớn ổn định khi tải thay đổi.
+ Chịu quá tải tốt moment khởi động lớn ổn định về tốc độ.
* Nhược điểm của động cơ điện một chiều:
+ Là phức tạp về phần đều khiển và khó khăn khi bảo trì bảo dưỡng.
+ Cấu tạo của động cơ điện một chiều cũng phức tạp hơn.
Trong mô hình chúng em chọn động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng
nam châm vĩnh cửu có thêm hộp số để sử dụng để làm động cơ kéo băng tải vì tính
thuận tiện và công suất nhỏ dễ kiếm trên thị trường.

Hình 2.17. Động cơ 1 chiều có hộp số.
2.4.5.2. Xylanh
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ
học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng. Hoạt động một cách chính
xác, dễ thay đổi lực nên chọn để đẩy sản phẩm.

Hình 2.18. Xylanh đẩy phôi tác động kép.


2.4.5.3. Van tiết lưu.
Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành.
Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành trình của cơ
cấu chấp hành nhằm đáp ứng về công nghệ và năng suất.
Vì vậy van tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng
kèm theo với van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có một
tiết lưu một chiều.


tải là vật liệu làm bằng lớp in được tết với nhau bên ngoài có phủ lớp silicol dầy 1/4 bề
dầy băng tải, giá thành cao được nhập ngoại được sử dụng trong máy móc đòi hỏi độ
chính xác cao và yêu cầu công nghệ cao.
- Ngoài ra còn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, …
- Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm – 15mm, thông thường khi tháo lắp hoặc
thay thế thì các máy móc, thiết bị thường đi kèm các thiết bị gas lắp riêng. Tất cả các
băng tải khi dường máy đều có động cơ để kéo trùng băng tải để bảo vệ băng tải không
bị giãn, không bị nứt hoặc căng bề mặt.
2.4.6.3. Phân loại và quy mô sử dụng.
* Từ cầu tạo và chức năng của băng tải được phân thành các loại chính sau
-Băng tải dạng thảm: lắp đặt dễ dàng.

Hình 2.19. Băng tải. thảm