Đề tài Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200

i TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Khánh Hưng MSSV: 14141143 Hoàng Như Ý MSSV: 14141380 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT1C 14141DT1C I. TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC S7 - 1200 II. NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Tìm hiểu về module TCS3200, PLC S7 – 1200, Arduino UNO R3.  Nội dung 2: Nhận biết màu sắc của cà chua.  Nội dung 3: Thiết kế khối nhận biết màu sắc.  Nội dung 4: Thiết kế mô hình toàn hệ thống.  Nội dung 5: Thi công hệ thống điện  Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển cho hệ thống.  Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA.  Nội dung 8: Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/04/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Tấn Đời CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Khánh Hưng Lớp:14141DT1C MSSV: 14141143 Họ tên sinh viên 2: Hoàng Như Ý Lớp: 14141DT1C MSSV: 14141380 Tên đề tài: Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200 Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (02- 08/04/2018) Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài Tuần 2 (09- 15/04/2018) Tìm hiểu nội dung và hướng làm đề tài của việc điều khiển một hệ thống bằng PLC. Tuần 3 (16- 22/04/2018) Tìm hiểu PLC S7 - 1200 Tuần 4 (23/4 - 29 /04/2018) Tiến hành thiết kế phần cứng cho khối cảm biến màu sắc. Tuần 5,6 (30/4 - 13/05/2018) Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn hệ thống. Tuần 7,8,9,10 (14/5 - 10/06/2018) Tiến hành lập trình cho hệ thống. Tuần 11,12 (11 - 24/06/2018) Thiết kế giao diện giám sát SCADA. Tuần 13 (25/6 - 1/07/2018) Viết báo cáo, kiểm tra các phần cứng . 02/07/2018 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự lận nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Người thực hiện Trần Khánh Hưng Hoàng Như Ý iv LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến ThS. Nguyễn Tấn Đời người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Sinh viên thực hiện đồ án Trần Khánh Hưng Hoàng Như Ý v MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp .......................................................................................... i Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ......................................................................... ii Lời cam đoan ............................................................................................................. iii Lời cảm ơn ................................................................................................................ iv Mục lục ........................................................................................................................ v Liệt kê hình vẽ ......................................................................................................... viii Liệt kê bảng ................................................................................................................. x Tóm tắt ...................................................................................................................... xi Chương 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu ............................................................................................................ 1 1.3. Nội dung nghiên cứu......................................................................................... 1 1.4. Giới hạn ............................................................................................................ 2 1.5. Bố cục .............................................................................................................. 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 4 2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại cà chua ......................................................... 4 2.2 Nguyên tắc phân loại cà chua ............................................................................ 4 2.2.1 Phân loại theo kích thước ............................................................................ 4 2.2.2 Phân loại theo màu sắc ................................................................................ 4 2.2.3 Phân loại theo khối lượng ............................................................................ 4 2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 ................................................................. 4 2.3.1 Tổng quan về PLC ....................................................................................... 4 2.3.2 Giới thiệu về PLC S7- 1200 ........................................................................ 4 2.4 Giới thiệu chung về Arduino ........................................................................... 13 2.4.1 Giới thiệu chung vào Arduino ................................................................... 13 2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3 ....................................................... 14 2.5 Hệ thống điều khiển điện khí- nén ................................................................... 16 2.5.1 Những đặc điểm cơ bản ............................................................................. 16 2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén ................................................................... 17 2.6 Giới thiệu về cảm biến màu sắc TCS3200 ...................................................... 19 vi 2.6.1 Tổng quan .................................................................................................. 19 2.6.2 Đặc điểm .................................................................................................... 19 2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200 ....... 20 2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu sắc TCS3200................................... 22 2.7 Giới thiệu về cảm biến vật cản hồng ngoại ..................................................... 22 2.7.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4 ............................................ 22 2.7.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK ............................................... 24 2.8 Một số linh kiện khác ...................................................................................... 26 2.8.1 Động cơ DC ............................................................................................... 26 2.8.2 Led đơn ...................................................................................................... 27 2.8.3 Nút nhấn .................................................................................................... 27 2.8.4 Nút dừng khẩn cấp .................................................................................... 28 2.8.5 MCB .......................................................................................................... 28 2.8.6 Opto PC817 ............................................................................................... 28 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 30 3.1 Mô hình hệ thống ............................................................................................. 30 3.1.1 Giới thiệu về hệ thống ............................................................................... 30 3.1.2 Chức năng từng phần ................................................................................. 30 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống ......................................................................... 30 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ..................................................................... 30 3.2.2. Tính toán và thiết kế các khối .................................................................. 31 3.2.3 Sơ đồ kết nối PLC với toàn hệ thống ........................................................ 44 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................... 45 4.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 45 4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................ 45 4.2.1 Thi công bo mạch ...................................................................................... 45 4.2.2 Lắp đặt và kiểm tra .................................................................................... 49 4.2.3 Thi công mô hình ...................................................................................... 51 4.3 Lập trình hệ thống ............................................................................................ 52 4.3.1 Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 53 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển (Arduino Uno R3) ........................ 54 4.3.3 Phần mềm lập trình cho PLC .................................................................... 56 Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ............................................. 63 vii 5.1 Kết quả ............................................................................................................. 63 5.1.1 Kết quả nghiên cứu: .................................................................................. 63 5.1.2 Kết quả thi công ........................................................................................ 63 5.2 Nhận xét- đánh giá. .......................................................................................... 65 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 66 6.1 Kết luận ............................................................................................................ 66 6.2 Hướng phát triển .............................................................................................. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 68 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 69 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2. 1. Tổng quan PCL S7- 1200 ........................................................................... 9 Hình 2. 2. Bảng tín hiệu của PLC S7- 1200 .............................................................. 12 Hình 2. 3. Các Module tín hiệu PLC S7- 1200 ......................................................... 12 Hình 2. 4. Các module truyền thông PLC S7- 1200 ................................................. 13 Hình 2. 5. ARDUINO UNO R3 ................................................................................ 14 Hình 2. 6. Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén ...................................................... 18 Hình 2. 7. Hệ thống điện - khí nén ............................................................................ 18 Hình 2. 8. Cảm biến màu sắc TCS 3200 ................................................................... 19 Hình 2. 9. Cấu tạo cảm biến TCS3200 ..................................................................... 20 Hình 2. 10. Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại ...................................... 23 Hình 2. 11. Sơ đồ kết nối cảm biến vật cản hổng ngoại ........................................... 23 Hình 2. 12. Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4. ........................................ 24 Hình 2. 13. Cảm biến vật cản hồng ngoại E18- D80NK. ......................................... 25 Hình 2. 14. Động cơ DC 12V.................................................................................... 26 Hình 2. 15. Led đơn .................................................................................................. 27 Hình 2. 16. Nút nhấn ................................................................................................. 27 Hình 2. 17. Nút dừng khẩn cấp ................................................................................. 28 Hình 2. 18. MCB ....................................................................................................... 28 Hình 2. 19. Sơ đồ chân PC817. ................................................................................. 29 Hình 3. 1. Mô hình chung của hệ thống .................................................................... 30 Hình 3. 2. Sơ đồ khối hệ thống. ................................................................................ 31 Hình 3. 3. Kết nối cảm biến E18-D30NK với Arduino Uno R3 ............................... 32 Hình 3. 4. Sơ đồ kết nối cảm biến màu TCS3200 ..................................................... 33 Hình 3. 5. Sơ đồ kết nối Arduino .............................................................................. 34 Hình 3. 6. Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại ........................................ 35 Hình 3. 7. Sơ đồ nối dây cảm biến vật cản hổng ngoại............................................. 35 Hình 3. 8. Mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F- DS30C4 với PLC. .......... 36 Hình 3. 9. Sơ đồ kết nối từ mạch công suất với ngõ vào PLC .................................. 36 Hình 3. 10. Sơ đồ kết nối 2 động cơ với PLC. .......................................................... 37 Hình 3. 11: Cấu tạo cấu xi lanh khí nén .................................................................... 37 Hình 3. 12. Xilanh khí nén ........................................................................................ 38 Hình 3. 13: Van điện từ ............................................................................................. 39 Hình 3. 14. Van điện từ 5/2 ....................................................................................... 39 Hình 3. 15. Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC ............................................ 40 Hình 3. 16. PLC S7-1200 CPU 1214C ..................................................................... 40 Hình 3. 17. Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C . 41 Hình 3. 18. Adapter 9V-1A ....................................................................................... 42 Hình 3. 19. Nguồn 12VDC ....................................................................................... 42 Hình 3. 20. Nguồn 24VDC ....................................................................................... 43 Hình 3. 21. Mạch giảm áp LM2596 .......................................................................... 43 Hình 3. 22. Sơ đồ kết nối toàn hệ thống .................................................................... 44 Hình 3. 23. Mạch động lực xilanh ............................................................................. 44 ix Hình 4. 1. Thiết kế mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa Arduino với PLC .. 45 Hình 4. 2. Mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa Arduino với PLC ................ 46 Hình 4. 3. Hình 3D mặt trên bố trí linh kiện ............................................................. 46 Hình 4. 4. Hình 3D mặt dưới bố trí linh kiện ............................................................ 47 Hình 4. 5. Thiết kế mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F- DS30C4 với PLC. ..................................................................................................... 48 Hình 4. 6. Mạch in của mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F- DS30C4 với PLC............................................................................................................................ 48 Hình 4. 7. Hình 3D mặt trên bố trí linh kiện ............................................................. 49 Hình 4. 8. Hình 3D mặt dưới bố trí linh kiện ............................................................ 49 Hình 4. 9. Mạch xử lý kết nối màu sắc và điều khiển khối công suất ...................... 50 Hình 4. 10. Mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC .......... 50 Hình 4. 11. Mặt trước của tủ điện ............................................................................. 50 Hình 4. 12. Bên trong của tủ điện. ............................................................................ 51 Hình 4. 13. Vị trí đặt khối nguồn .............................................................................. 51 Hình 4. 14. Mặt trước và sau của hệ thống ............................................................... 52 Hình 4. 15. Mặt bên của hệ thống ............................................................................. 52 Hình 4. 16. Lưu đồ giải thuật chương trình chính của hệ thống. .............................. 53 Hình 4. 17. Lưu đồ giải thuật khối xử lý màu sắc ..................................................... 54 Hình 4. 18. Giao diện Arduino IDE .......................................................................... 55 Hình 4. 19. Chương trình đã viết .............................................................................. 55 Hình 4. 20. Biểu tượng TIA Portal V14 .................................................................... 57 Hình 4. 21. Giao diện bắt đầu của chương trình ....................................................... 57 Hình 4. 22. Giao diện tạo dự án mới ......................................................................... 58 Hình 4. 23. Giao diện bắt đầu của dự án mới............................................................ 58 Hình 4. 24. Giao diện Devices & networks .............................................................. 59 Hình 4. 25. Giao diện Add new device ..................................................................... 59 Hình 4. 26. Giao diện làm việc ................................................................................. 60 Hình 4. 27. Giao diện viết chương trình ................................................................... 60 Hình 4. 28. Màn hình chính của giao diện quản lý ................................................... 61 Hình 4. 29. Màn hình Manual ................................................................................... 61 Hình 4. 30. Giao diện điều khiển tự động của hệ thống ........................................... 62 Hình 4. 31. Màn hình thông số của hệ thống ............................................................ 62 Hình 5. 1: Mặt trước và mặt sau của mô mình ........................