Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200.doc

Dịch vụ viết thuê đề tài – KB Zalo/Tele 0917.193.864 – luanvantrust.com
Kham thảo miễn phí – Kết bạn Zalo/Tele mình 0917.193.864
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o----
Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Trần Khánh Hưng
Hoàng Như Ý
Công nghệ kỹ thuật điện -
Đại học chính quy
2014
điện
MSSV: 14141143
MSSV: 14141380
tử truyền thông Mã ngành: 41
Mã hệ: 1
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
i

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----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-
Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài
08/04/2018)
Tuần 2 (09- Tìm hiểu nội dung và hướng làm đề tài của
15/04/2018) việc điều khiển một hệ thống bằng PLC.
Tuần 3 (16-
Tìm hiểu PLC S7 - 1200
22/04/2018)
Tuần 4 (23/4 - Tiến hành thiết kế phần cứng cho khối cảm
29 /04/2018) biến màu sắc.
Tuần 5,6
Tiến hành thiết kế phần cứng cho toàn hệ
(30/4 -
thống.
13/05/2018)
Tuần 7,8,9,10
(14/5 - Tiến hành lập trình cho hệ thống.
10/06/2018)
Tuần 11,12 (11 -
Thiết kế giao diện giám sát SCADA.
24/06/2018)
Tuần 13 (25/6 -
Viết báo cáo, kiểm tra các phần cứng .
1/07/2018)
02/07/2018 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
ii

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
iii

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
iv

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
v

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
vi

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
vii

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
viii

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......................................................... 64
Hình 5. 2: Mặt bên của mô hình............................................................................... 64
Hình 5. 3. Giao diện giám sát và điều khiển (tự động) ............................................ 65
ix

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200 ............................ 9
Bảng 2. 2. Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200 ................................................... 11
Bảng 2. 3 Thông số của Mạch Arduino UNO R3 ..................................................... 15
Bảng 2. 4. Bảng sơ đồ chân ....................................................................................... 20
Bảng 2. 5. Bảng lựa chọn 4 loại photodiode ............................................................. 21
Bảng 2. 6. Bảng chọn mở rộng tần số đầu ra ............................................................ 21
Bảng 2. 7. Cách kết nối Arduino với module TCS3200 ........................................... 22
Bảng 2. 8. Cách kết nối Arduino với cảm biến E18- D80NK .................................. 25
Bảng 3. 1. Bảng liệt kê các linh kiện sử dụng dòng chính ........................................ 41
Bảng 4. 1. Danh sách các linh kiện. .......................................................................... 47
Bảng 4. 2. Danh sách các linh kiện. .......................................................................... 49
x

TÓM TẮT
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 trò 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 nhằm đóng góp vào
sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và 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 quá trình sản xuất. Một trong
những khâu sản xuất tự đông hóa đó là khâu phân loại nông sản thực phẩm sử dụng
bộ điều khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm quyết
định chọn đề tài: “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO MÀU SẮC SỬ
DỤNG PLC S7 -1200”
Với đề tài này, nhóm hy vọng sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các nhóm sau có
thể mở rộng, phát triển nữa. Nếu được điều chỉnh tốt, ý tưởng này kết hợp với hệ
thống rửa, đóng gói… sẽ tạo ra một hệ thống phân loại nông sản khép kín tối ưu
hơn hiện tại.
xi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
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 trò 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 nhằm đóng góp vào
sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và 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 quá trình sản xuất. Một trong
những khâu sản xuất tự đông hóa đó là khâu phân loại nông sản thực phẩm sử dụng
bộ điều khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, nhóm
quyết định chọn đề tài: “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO MÀU
SẮC SỬ DỤNG PLC S7 -1200”
Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mô hình phân loại nông sản như phân loại
theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước. Nhưng với những nông sản
có khối lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thay đổi theo tính chất của nông sản thì
các mô hình phân loại kia không 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.
Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại mà chưa thực hiện giám sát, quản lý
việc phân loại. Vì vậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát quá trình phân loại cho
hệ thống.
1.2. MỤC TIÊU
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 công mô hình
phân loại cà chua theo màu sắc. Bên cạnh đó là điều khiển và giám sát hoạt động
của mô hình.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7 -1200, cảm biến TCS3200,
board Arduino UNO R3, cảm biến vật cản hồng ngoại.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1

NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, dựa trên đặc tính màu sắc cà
chua, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình. Kết nối các ngoại

vi với PLC, cảm biến TCS3200 với Arduino.
NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho
PLC và Arduino. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống.

NỘI DUNG 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hình
được tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số
thực tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống so với tính toán.

NỘI DUNG 5: Viết báo cáo thực hiện.

NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.
1.4. GIỚI HẠN
Mô hình phân loại quy mô nhỏ.

Phân loại theo 3 màu: Xanh, Vàng và Đỏ.

Tốc độ phân loại chậm
1.5. BỐ CỤC
Chương 1: Tổng Quan

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.

Chương 4: Thi Công Hệ Thống.

Chương 5: Kết Quả - Nhận Xét - Đánh Giá.

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền,
giao thức.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế.

Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống.
Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ
thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng
thời nếu ra hướng phát triển cho hện thống.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA
Sau thu hoạch, trước khi đưa nông sản ra thị trường, cần phải trải qua nhiều
khâu phân loại để loại bỏ sản phẩm chưa đạt yêu cầu. Riêng với hệ thống phân loại
cà chua, cà chua sẽ được đưa vào hệ thống qua băng tải và đưa đến các khu phân
loại theo nhiều nguyên tắc như kích thước quả, khối lượng quả và màu sắc… để
chọn lọc những quả có chất lượng tốt nhất và phù hợp với nhu cầu sử dụng của
người tiêu dùng.
2.2 NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI CÀ CHUA
2.2.1 Phân loại theo kích thước
Cà chua sẽ được chọn lọc qua kích thước của quả, lúc này cà chua sau khi
phân loại sẽ đạt được độ đồng đều nhất định; tăng sự đẹp mắt và thị hiếu người tiêu
dùng. Tuy nhiên việc phân loại theo kích thước lại không đảm bảo được chất lượng
của quả cà chua, không thể phân biệt được quả đã chín hay còn xanh.
2.2.2 Phân loại theo màu sắc
Khi cà chua được chọn lọc bằng màu sắc sẽ đảm bảo được chất lượng của cà
chua giúp cho việc bảo quản được dễ dàng hơn, tính toán được thời gian bảo quản
cho phù hợp. Cũng như bất kỳ nguyên tắc phân loại khác, việc phân loại theo màu
sắc không giúp ta chọn lọc được các quả đồng đều, đẹp mắt nhưng với với việc chất
lượng luôn là yêu tố hàng đầu nên việc phân loại theo màu sắc là nguyên tắc quan
trọng nhất trong phân loại cà chua.
2.2.3 Phân loại theo khối lượng
Tương tự như nguyên tắc phân loại theo kích thước việc phân loại theo khối
lượng cũng cho ra kết quả là độ đồng đều của quả. Chỉ khác là nguyên tắc này phân
loại dựa trên việc đo đạc về khối lượng của quả cà chua. Và việc này cũng không
đảm bảo được chất lượng của quả sau phân loại.
2.3 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200
2.3.1 Tổng quan về PLC
a. Giới thiệu

Kỹ thuật điện tử đã phát triển đến trình độ kỳ diệu và sẽ có những tiến bộ vượt
bật trong tương lai. Nó góp phần không nhỏ và sản xuất công nghiệp. Nhất là trong
giai đoạn hội nhập hiện nay. Các doanh nghiệp không ngần ngại hạ giá thành sản
phẩm tăng sức cạnh tranh với các công ty khác. Một trong những giải pháp về trang
thiết bị hiện đại này là PLC. PLC có khả năng vận hành tự động theo một quy trình
định sẵn mà không cần có sự tham gia của con người lúc vận hành. Bởi tất cả những
gì cần thiết cho ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cả trong một thiết bị nhỏ
gọn đó là PLC. Hệ thống tự động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính để
điều khiển và kiểm soát quá trình sản xuất hoàn toàn chỉ trên máy vi tính.
Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đã xuất hiện từ năm 1970 và nhanh
chóng trở thành sự lựa chọn cho việc sản xuất. Nhưng ở Việt Nam, còn khá nhiều
công ty hoàn toàn xa lạ với PLC. Tại sao như vậy? Về giá thành? Đúng là PLC còn
khá đắt nhưng chỉ với một công ty sản xuất thì giữa đầu tư ban đầu đó với những lợi
ích nó đem lại thì giá thành không đáng quan tâm lắm. Thật ra là do ngại thay đổi,
do chưa hiểu nhiều về PLC nên khi vận hảnh, bảo trì, bảo dưỡng, thay đổi chương
trình gặp không ít khó khăn cho người sử dụng. Vì vậy cần chủ động tiếp cận, khi
nắm bắt được rồi vấn đề chuyển giao công nghệ không còn đáng lo và PLC có thể
hiện tính ưu việt nhờ sự hiểu biết của người sử dụng. Vậy PLC là gì? Hy vọng nội
dung được đề cập trong đồ án này giúp người đọc hiểu hơn về PLC.
b. PLC là gì?
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller có nghĩa là thiết bị điều
khiển logic khả trình. Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiều thuận lợi và làm cho
các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay
thế hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị
phức tạp và cồng kềnh); khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập
trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán
học và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích
kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây
chuyển công nghiệp.

Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích
hợp trong môi trường công nghiệp:


 Khả năng kháng nhiễu tốt.

 Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải
tạo nâng cấp…

 Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay
những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp
hoặc qua mạng internet.

 Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan
trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động.
Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được do chương trình hoặc
thay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình.
c. Cấu trúc phần cứng của PLC

Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau:


 Module nguồn.

 Module đơn vị xử lý trung tâm.

 Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu.

 Module đầu vào.

 Module đầu ra.

 Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ).

 Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).
d. Cấu trúc bộ nhớ PLC

Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính


 Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình
được chia làm miền:

 Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương
trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét.

 Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con, được tổ
chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình
con này sẽ được thực hiện khi nó được gọi trong chương trình chính.

 Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình ngắt được tổ
chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối
chương trình nào khác. Chương trình này sẽ được thực hiện khi có
sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sự kiện ngắt như: Ngắt thời gian,
ngắt xung tốc độ cao …

 Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:

 I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt
đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các
cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường

chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của công
vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.
 Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết
thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của
bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực
tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q.

 M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến
này dể lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bit (M),
byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MW).

 T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu
giữ giá trị thời gian đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm thời
gian tức thời (CV- Current Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của
bộ thời gian.

 C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị
đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV- Current
Value) và giá trị logic đầu ra của bộ đệm.

 Vùng dữ liệu.
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit,
từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền
lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch
chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…
e. Xử lý chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một
vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng
vào cùng bộ đệm ảo, tiếp theo giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng
quét chương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc. Sau
giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông và kiểm tra lỗi, vòng
quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyền các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra.
f. Cấu trúc chương trình
Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng
cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:

Lập trình có cấu trúc: chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi
phần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó, từng phần này nằm trong những


khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán
điều khiển nhiểu nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-1200 có 3 loại khối cơ bản sau:
 Loại khối organization Block: khối tổ chức và quản lí chương tình
điều khiển. khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.

 Loại khối chương trình con: Khối chương trình với những chức năng
riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hình
thức). Một chương trình ứng dụng có nhiểu khối chương trình con và các khối
chương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó.


Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối bộ nhớ. Loại
hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ. Không phức
tạp. Khối được chọn phải là khối organization Block mà PLC luôn quét và thực
hiện tổng các lệnh đó thường xuyên. Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lại
lệnh đầu tiên.


 Loại khối chương tình ngắt: là khối chương trình đặc biệt có khả năng
trao đổi 1 lượng lớn với các khối chương trình khác. Chương trình sẽ được thực
thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.
2.3.2 Giới thiệu về PLC S7- 1200
a. Khái niệm chung PLC S7- 1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm
soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh
mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với
S7-1200 -S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp
sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và
chương trình điều khiển:
+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào
PLC
+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc
RS232.

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ
trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong
TIA Portal của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này
đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 2. 1. Tổng quan PCL S7- 1200
Chú thích:
1: Bộ phận kết nối nguồn
2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau
các nắp che)
2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng
giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7- 1200
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
(mm)

Bộ nhớ người dùng:
 Bộ nhớ làm việc  25 kB  50 kB
 Bộ nhớ nạp  1 MB  2 MB
 Bộ nhớ giữ lại  2 kB  2 kB
I/O tích hợp cục bộ  6 ngõ vào /  8 ngõ vào /  14 ngõ vào /
 Kiểu số 4 ngõ ra 6 ngõ ra 10 ngõ ra
 Kiểu tương tự  2 ngõ ra  2 ngõ ra  2 ngõ ra
Kích thước ảnh tiến 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
trình
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte
Độ mở rộng các
Không 2 8
module tín
hiệu
Bảng tín hiệu 1
Các module truyền 3 (mở rộng về bên trái)
thông
Các bộ đếm tốc độ cao 3 4 6
 Đơn pha  3 tại 100 kHz  3 tại 100 kHz  3 tại 100
1 tại 30 kHz kHz 3 tại 30
 Vuông pha  3 tại 80 kHz
 3 tại 80 kHz kHz
 3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz
3 tại 20 kHz
Các ngõ ra xung 2
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400
C
hồ
thời gian thực
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính 18 μs/lệnh
toán thực
Tốc độ thực thi 0,1 μs/lệnh
Boolean

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu
để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module
truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Bảng 2. 2. Bảng các module hỗ trợ PLC S7- 1200
Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
8 x DC In 8 x DC Out 8 x DC In / 8 x DC Out
8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x Relay Out
Kiểu số
Mod
16 x DC In 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x DC Out
16 x DC In / 16 x Relay
ule
16 x Relay
Out
tín
Out
hiệu Kiểu 4 x Analog In 2 x Analog In 4 x Analog In / 2 x
(SM tương tự 8 x Analog In 4 x Analog In Analog
Out
)
Bảng
Kiểu số _ _ 2 x DC In / 2 x DC Out
tín
Kiểu
_ 1 x Analog _
tương tự
hiệ In
u
(S
B)
 RS485

 RS232
b. Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người
dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía
trước của CPU.
 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

 SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.

Hình 2. 2. Bảng tín hiệu của PLC S7- 1200
Chú thích:
1: Các LED trạng thái
2: Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo
ra c. Các module tín hiệu
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức
năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Hình 2. 3. Các Module tín hiệu PLC S7- 1200
Chú thích:
1: Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu
2: Bộ phận kết nối đường dẫn
3: Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo
ra d. Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng
bổ sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một
CM khác)
Hình 2. 4. Các module truyền thông PLC S7- 1200
Chú thích:
1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông
2: Bộ phận kết nối truyền thông
2.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO
2.4.1 Giới thiệu chung vào Arduino
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những
người tự sáng chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây,
gần giống với những gì mà Apple đã làm được trên thị trương thiết bị di động. Số
lượng người dùng cực kì lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đến
bậc đại học đã làm cho ngay cả những người sáng tạo ra cũng phải ngạc nhiên về
mức độ phổ biến.
Arduino thực ra là một bo mạch vi xử lí được dùng để tương tác với các thiết bị
phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hay các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của
Arduino là môi trường phát triển ứng dựng cực kì dễ sử dụng. Với ngôn ngữ lập trình
có thể học nhanh chóng ngay cả khi người học ít hiểu biết về điện tử và lập trình. Và

điều làm nên Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ cứng tới
mềm. Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 6
chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng
khác nhau.
Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi
trường xung quanh với:
 Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc,
vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển
động, phát hiện kim loại, khí độc, …).

 Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED).

 Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác
hoặc các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz,
2.4Ghz, …). Định vị GPS, nhắn tin SMS, và nhiều thứ thú vị khác.
2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3
Arduino là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và
bộ nhớ. Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng được lập trình để ứng dụng trong các
thiết bị điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi,
đồ dùng điện lạnh trong gia đình… Do đó, còn có tên gọi khác là “Bộ điều khiển
nhúng”.
Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta
thường nói tới chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới
thế hệ thứ 3 (R3).
Hình 2. 5. ARDUINO UNO R3

Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3


 Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển

ATmega328.

 Mạch Arduino UNO R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.
Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi
chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay
trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được
kết nối).

 Arduino UNO Broad có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải
tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.
Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi
sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì
bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V
với độ phân giải vẫn là 10bit.

 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.

Bảng 2. 3 Thông số của Mạch Arduino UNO R3
Vi điều khiển Atmega328
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp đầu vào (khuyên 7-12V
dùng)
Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Chân Digital I/O 14 (Với 6 chân PWM
output)
Chân PWM Digital I/O 6
Chân đầu vào Analog 6
Dòng sử dụng I/O Pin 20 mA
Dòng sử dụng 3.3V Pin 50 mA
Bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328)
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock Speed 16 Mhz
LED_BULTIN 13
Chiều dài 68.6 mm
Chiều rộng 53.4 mm
Trọng lượng 25g
2.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN- KHÍ NÉN
2.5.1 Những đặc điểm cơ bản
Hệ thống khí nén gồm nhiều thiết bị nhưng quan trọng nhất là máy nén khí và
bình tích áp, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến đặc biệt ở
những lĩnh vực cần đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường độc hại. Ví
dụ như lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, các khâu phân loại, đóng gói
sản phâm thuộc dây chuyền sản xuất tự động, trong công nghiệp gia công cơ khí,
trong công nghiệp khai khoáng, ...
Các dạng truyền động sử dụng khí nén
- Truyền động thẳng là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và linh
hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị gá kẹp các
chi tiết khi gia công các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm.
- Truyền động quay: trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động
rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng truyền
động sử dụng các năng lượng khác. Ở những hệ truyền động quay công suất lớn, chi
phí cho hệ thống sẽ rất cao so với truyền động điện.
Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén
Ưu điểm
- Do không khí có khả năng chịu nén nên có thể nén và trích chứa trong bình
chứa với áp suất cao thuận lợi, như là một kho chứa năng lượng. Trong vận hành,
người ta thường xây dựng trạm khí nén dùng chung cho nhiều mục đích khác nhau
như công việc làm sạch, truyền động trong các máy móc.
- Có khả năng truyền tảu đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ.
- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại
cho môi trường.

- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt.
- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác.
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả.
Nhược điểm
- Công suất chuyển động không lớn.
- Do khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn nên khi tải trọng thay đổi thì vận
tốc truyền động có xu hướng thay đổi. Vì vậy khả năng duy trì chuyển động thẳng
đều hoặc quay đều thường là khó thực hiện.
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn.
2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý
khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)
- Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều
khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành.
- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút.
Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ
thống khí nén:
- Hệ thống điều khiển bằng khí nén trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén
và do đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén.

Hình 2. 6. Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén
- Hệ thống điều khiển điện - khí nén các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín
hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén.
Hình 2. 7. Hệ thống điện - khí nén

2.6 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN MÀU SẮC TCS3200
2.6.1 Tổng quan
Cảm biến màu hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ và phản xạ ánh sáng.
Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số hoặc giá trị điện áp. Sau đó tần số, giá
trị điện áp này được đưa qua một bộ chuyển đổi. Chính tần số hoặc giá trị điện áp
này sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được.
Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu, nó chỉ cho phép nhận biết một màu và các
màu khác sẽ bị chặn lại. Ví dụ khi lựa chọn các bộ lọc màu đỏ thì chỉ có ánh sáng
tới là màu đỏ mới có thể được thông qua, màu xanh và màu xanh lá cây sẽ được
ngăn chặn, nên chúng ta nhận được ánh sáng đỏ và tương tự các màu khác cũng vậy
Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định. sau đó tần
số này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số. Tần số được tạo ra, tương ứng với
màu sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhất định. tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết
định màu sắc đã cảm nhận được. Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã được chuyển đổi
thành một tần số. Mỗi màu sắc có tần số riêng của nó. Vì vậy, đây là cách cảm biến
này có thể phân biệt giữa các màu sắc.
Hình 2. 8. Cảm biến màu sắc TCS 3200
2.6.2 Đặc điểm
 Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao.

 Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra.

 Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển.

 Điện áp đầu vào 2.7-5.5V.
Bảng 2. 4. Bảng sơ đồ chân
GND GND
OE Enable (Mức Thấp)
OUT Đầu ra tín hiệu tần số
VCC 2.7V đến 5.5V
S0 Dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số
S1 Dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số
S2 Lựa chọn kiểu photodiode
S3 Lựa chọn kiểu photodiode
2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200

Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:

Hình 2. 9. Cấu tạo cảm biến TCS3200
+ Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode. Bao gồm 16
photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ
(Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (Green) và 16 photodiode trắng không

lọc (Clear). Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau và được
đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu.
+ Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc
khác nhau. Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode
tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác.
Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3:
Bảng 2. 5. Bảng lựa chọn 4 loại photodiode
S2 S3 Loại photodiode
Low Low Màu đỏ
Low High Màu xanh da trời
High Low Clear ( Không có bộ lọc)
High High Màu xanh lá
Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số:
Bảng 2. 6. Bảng chọn mở rộng tần số đầu ra
S0 S1 Mở rộng tần số đầu ra
Low Low Năng lượng thấp
Low High 2%
High Low 20%
High High 100%
Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ~500KHZ.
Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau
và cường độ sáng là khác nhau.
Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho
phù hợp với phần cứng đo tần số.

2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu sắc TCS3200
Kết nối cơ bản giữa module TCS3200và Arduino như bảng bên dưới:
Bảng 2. 7. Cách kết nối Arduino với module TCS3200
TCS3200 Arduino
VDD 5V
GND GND
S0 8
S1 9
S2 11
S3 12
OUT 10
2.7 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI
Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thu
phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra với
tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào
LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có vật
cản, LED sẽ tắt.
2.7.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4
a. Giới thiệu
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác
định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt
nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng
cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở.

Hình 2. 10. Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 2. 11. Sơ đồ kết nối cảm biến vật cản hổng
ngoại b. Đặc điểm

Thông số kỹ thuật:


 Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.

 Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.

 Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

 Dòng kích ngõ ra: 300mA.

 Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở
treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.

 Chất liệu sản phẩm: nhựa.

 Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

 Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).

 Sơ đồ dây:

- Nâu: VCC.
- Đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN.
- Xanh dương: GND.
Hình 2. 12. Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4.
c. Giao tiếp với PLC S7-1200
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C4 có ngõ ra ở dạng cực thu để hở,
tích cực mức 0. Trong khi đó ngõ vào của PLC cần mức 1 (24VDC), do đó để tác
động mức 1 khi có phát hiện vật cản thì ngõ ra cảm biến phải thông qua một mạch
công suất nhỏ để làm ngõ vào cho PLC.
2.7.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK
a. Giới thiệu
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác
định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt
nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng
cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở.
b. Đặc điểm



 Nguồn điện cung cấp: 5 VDC.

 Khoảng cách phát hiện: 3-80 cm.

 Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

 Dòng kích ngõ ra: 300mA.

 Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở
treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.

 Chất liệu sản phẩm: nhựa.

 Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.


 Sơ đồ dây:

- Nâu: VCC.
- Đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN.
- Xanh dương: GND.
Hình 2. 13. Cảm biến vật cản hồng ngoại E18- D80NK.
c. Giao tiếp với Arduino
Kết nối cơ bản giữa cảm biến E18 – D80NK và Arduino như bảng bên dưới:
Bảng 2. 8. Cách kết nối Arduino với cảm biến E18- D80NK
E18- D80NK Arduino
Dây nâu 5V
(VCC)
Dây xanh GND

(GND)
Dây đen 3
(OUT)
2.8 MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
2.8.1 Động cơ DC
Hình 2. 14. Động cơ DC giảm tốc 12V



- Điện áp định mức : 12V
- Dòng điện hoạt động: 0.27A
- Tốc độ không tải : 40 vòng/ phút
- Tỉ số truyền: 1/120
- Đường kính motor : 42mm
- Chiều dài motor : 66.5mm
- Chiều dài trục motor: 16mm
- Đường kính trục motor : 5mm
- Trọng lượng: 350gram

2.8.2 Led đơn
Hình 2. 15. Led đơn



- Chiều dài chân:> 20mm
- Đường kính: 5mm
- Điện áp tham chiếu: 3.0-3.45 V
- Dòng: 5mA - 20mA
2.8.3 Nút nhấn
Hình 2. 16. Nút nhấn

2.8.4 Nút dừng khẩn cấp
Hình 2. 17. Nút dừng khẩn cấp
2.8.5 MCB
MCB đóng vai trò đóng cắt điện cho toàn hệ thống.
Hình 2. 18. MCB
2.8.6 Opto PC817
Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led
và 1 photo diot hay 1 photo transitor. Được sử dụng đẻ các ly giữa các khối chênh
lệch nhau về điện hay công suất nhu khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn.

Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng nhỏ di qua 2 đầu của led có trong opto làm
cho led phát sáng. Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot, mở cho dòng
điện chạy qua.
Hình 2. 19. Sơ đồ chân PC817.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG
3.1.1 Giới thiệu về hệ thống
Hệ thống phân loại sẽ thực hiện nhận biết màu sắc của cà chua ở đầu vào sau
đó truyền tín hiệu màu đã qua xử lý đến khối xử lý để thực hiện tác vụ phân loại.
Trong suốt quá trình phân loại thì sự tác động của các xi lanh, số lượng quả đã được
tác động sẽ được thể hiện trên giao diện điều khiển. Dưới đây là mô hình chung của
hệ thống:
Hình 3. 1. Mô hình chung của hệ thống
3.1.2 Chức năng từng phần
Xử lý màu sắc: Xử lý tín hiệu nhận được từ cảm biến màu sắc và tạo ra tín
hiệu đưa về PLC để thực hiện các tác vụ khác.
Phân loại cà chua: nhận các tín hiệu từ khối xử lý màu sắc và giao diện điều
khiển để thực hiện các tác vụ phân loại cà chua theo các yêu cầu mà hệ thống đã
đưa ra.
Giao diện điều khiển: Thực hiện việc điều khiển tắt mở hệ thống và xử lý và
hiển thị dữ liệu.
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Với giới hạn và yêu cầu mà đề tài đưa ra, nhóm tiến hành thiết kế sơ đồ khối
hệ thống như sau:

KHỐI CẢM
KHỐI XỬ LÝ BIẾN
MÀU SẮC
KHỐI
KHỐI XỬ LÝ
NGUỒN
TRUNG TÂM
KHỐI HỆ
KHỐI BĂNG THỐNG ĐIỀU
CHUYỀN KHIỂN KHÍ
NÉN
Hình 3. 2. Sơ đồ khối hệ thống.
Chức năng các khối:
 Khối xử lý màu sắc: có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc
và gửi tín hiệu đến khối xử lý trung tâm.

 Khối cảm biến: bao gồm cảm biến màu sắc và cảm biến nhận biến
vật cản. Có chức năng nhận biết màu sắc và nhận diện cà chua khi chạy qua trên
băng tải.

 Khối băng chuyền: có chức năng tải cả chua đến các khu vực xử lý
khác trong hệ thống.

 Khối hệ thống điều khiển khí nén: có chức năng chặn cà chua để
đưa cà chua được phân loại ra khỏi bang chuyền.

 Khối xử lý trung tâm: có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều
khiển các khối khác.

 Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho cả hệ thống.
3.2.2. Tính toán và thiết kế các khối
a. Khối xử lý màu sắc

Nhận biết có cà chua đến

Sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại E18- D80NK để nhận biết có cà chua
đến vị trí cần đọc màu sắc.

Trên thị trường có nhiều loại cảm biến vật cản hồng ngoại khác nhau như
SHARP, DS30C4, R2N1, E18-D80NK… nhưng nguồn sử dụng yêu cầu dùng chung
với Arduino Uno R3 cùng với tính thẩm mĩ, chúng tôi đã quyết định chọn cảm biến
E18- D80NK để nhận biết. Cảm biến chỉ có 3 dây, dễ dàng kết nối với Arduino.
Sơ đồ kết nối với Arduino:
Hình 3. 3. Kết nối cảm biến E18-D30NK với Arduino Uno R3
Chân Vcc và chân GNd của cảm biến sẽ được nối lần lược vào chân 5V và GND
của Arduino. Chân Out sẽ được nối đến chân số 3 của Arduino. Khi có vật cản, cảm
biến sẽ phát hiện và chuyển từ trạng thái High (mức 1) sang trạng thái Low (mức 0)
ở chân Out. Khi đó, Arduino sẽ xử lý và cho phép đọc màu sắc từ cảm biến màu sắc
TCS3200.

Nhận biết màu sắc cà chua

Sử dụng cảm biến màu sắc TCS3200 để nhận biết màu sắc của cà chua.
Trên thị trường có nhiều loại cảm biến màu khác nhau như TCS34725, TCS230,
TCS3200…Chúng tôi chọn cảm biến màu TCS3200 để nhận biết màu cho cà chua.
Như đã đề cập ở chương 2, sơ đồ nối dây giữa cảm biến màu TCS3200 với
Arduino như sau:

Hình 3. 4. Sơ đồ kết nối cảm biến màu TCS3200
Quá trình hoạt động của cảm biến TCS3200:
Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác
nhau, cảm biến ánh sáng hoạt động bằng cách chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể
và sau đó ghi lại màu phản xạ.
Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì, tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra
hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng. Dựa trên nguyên lý sự phản xạ, hấp thụ
ánh sáng trắng của vật thể và sự phối trộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue, Green,
Red thì TCS3200 có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode Blue, Green, Red và clear để
nhận biết màu sắc vật thể.

Xử lý màu sắc

Khối xử lý màu sắc dùng để nhận dữ liệu và xử lý màu sắc đọc từ cảm biến
E18-D30NK và cảm biến màu TCS3200, sau đó điều khiển khối công suất làm ngõ
vào cho PLC.
Có rất nhiều thiết bị, module, IC công suất khác nhau để điều khiển, thực hiện
điều khiển các thiết bị công suất như arduino, Arm, Rasbperry…
Từ những yêu cầu trên thì quyết định chọn Arduino Uno R3 vừa đáp ứng đủ
các ngõ I/O để điều khiển vừa tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đáp ứng đủ hiệu năng.

Do module đã tích hợp sẳn chip nạp và nguồn chúng ta chỉ cần cắm cáp USB
hay cấp nguồn Vin vào là có thể hoạt động bình thường. Ta có thể thấy sơ đồ kết
nối Arduino như sau:
Hình 3. 5. Sơ đồ kết nối
Arduino b. Khối cảm biến vật cản
Cảm biến vật cản hồng ngoại có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với
một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng
ngoại phát ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát
nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ
sáng, khi không có vật cản, LED sẽ tắt. Hiện nay trên thị trường có khá nhiều cảm
biến vật cản hồng ngoại như E3F - DS30C4, E18 - D50NK, TCRT5000 FC - 123,
E18 – D80NK…và theo yêu cầu của đề tài nên nhóm chọn cảm biến E3F – DS30C4
để phục vụ cho đề tài.

Hình 3. 6. Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 3. 7. Sơ đồ nối dây cảm biến vật cản hổng ngoại
Vì tín hiện ra của cảm biến vật cản sẽ đưa về ngõ vào của PLC để xử lý cùng
với đó vì cảm biến E3F- DS30C4 là loại cảm biến NPN nên khi được kích tín hiệu
đưa ra sẽ xuống mức 0V nên nhóm sẽ dùng mạch công suất để xử lý tín hiệu khi
kích thành 24V để đưa vào PLC. Dưới đây là mạch công suất giao tiếp giữa cảm
biến E3F-DS30C4 với PLC.

Hình 3. 8. Mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F- DS30C4 với PLC.
Khi có cà chua đi qua cảm biến, tín hiệu sẽ đưa ra mạch công suất và đưa vào
PLC để xử lý hoạt động của các xi lanh.
Hình 3. 9. Sơ đồ kết nối từ mạch công suất với ngõ vào PLC
c. Khối băng chuyền
Khối bằng chuyền sẽ thực hiện việc chuyển cà chua cần phân loại đến vị trí
của cảm biến màu và vị trí thực hiện phân loại trên hệ thống. Do giới hạn của hệ
thống chỉ là mô hình nhỏ nên nhóm sử dụng hai động cơ DC với điện áp 12V. Một
động cơ sử dụng cho việc lấy cà chua để đưa vào băng chuyền, động cơ còn lại
dùng để kéo băng chuyền vận hành.

Hai động cơ được điều khiển bởi PLC và được kết nối với ngõ vào PLC như
sau:
Hình 3. 10. Sơ đồ kết nối 2 động cơ với PLC.
d. Khối hệ thống điều khiển khí nén
Hệ thống điều khiển khí nén sẽ thực hiện nhiệm vụ đưa cà chua ra khỏi băng
tải để hoàn thành việc phân loại. Hệ thống sẽ gồm 2 phần chính là xi lanh và van
điện từ.
Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng
tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động.Xi lanh khí
nén hay còn được gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp
với chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén (lấy từ máy nén khí thông thường).
Hình 3. 11: Cấu tạo cấu xi lanh khí nén
Để thực hiện chức năng của mình, xi lanh khí nén truyền một lực bằng cách
chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng. Điều này đạt được bởi khí
nén có khả năng nở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nó xảy

ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Sự
giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn.
Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và
do đó, truyền tải lực trên piston. Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại xi lanh với kích thước và công dụng
khác nhau như xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh kẹp, xi lanh compact, xi lanh
xoay, xi lanh trượt… với yêu cầu của đề tài nhóm quyết định chọn xi lanh tròn để sử
dụng.
Hình 3. 12. Xilanh khí nén
Để xi lanh hoạt động được thì ta cần có van điện từ để điều khiển hành trình
của pittong.
Van điện từ còn được gọi với cái tên solenoid valve. Đây là một thiết bị cơ
điện, dùng để kiểm soát dòng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng
mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.

Hình 3. 13: Van điện từ
Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù
hợp riêng với xi lanh mà nhóm chọn thì có các loại van 4/2, 5/2 hoặc 5/3 với một
hoặc hai đầu cuộn dây. Và nhóm chọn van 5/2 hai đầu cuộn dây để thực hiện điều
khiển.
Hình 3. 14. Van điện từ 5/2
Để điều khiển được hành trình của pittong xi lanh thì ta sẽ điều khiển các cuộn
dây của van điện từ thông qua PLC. Dưới đây là sơ đồ kết nối các cuộn dây của van
với ngõ ra PLC:

Hình 3. 15. Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC
Việc đẩy xi lanh hay thu xi lanh về sẽ tùy thuộc vào việc chúng ta kích cuộn
dây nào của van và việc chúng ta kết nối đường đi của dòng khí nén trên van với xi
lanh.
e. Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm sẽ thực hiện lấy tín hiện từ khối cảm biến màu sắc, các
cảm biến vật cản để xử lý và xuất tín hiệu điều khiển ra các van điện từ để phân loại
cà chua. Ở đây khối xử lý trung tâm chính là PLC S7 – 1200. Ở phân khúc 1200 thì
có các dòng 1211, 1212, 1214, 1215… Mỗi dòng có số cổng I/O khác nhau. Ở đây
nhóm sử dụng 9 ngõ vào và 8 ngõ ra và chọn được PLC phù hợp là S7 1214C
AC/DC/Rly với 14 ngõ vào và 10 ngõ ra.
Hình 3. 16. PLC S7-1200 CPU 1214C
Với nguồn cấp cho PLC là nguồn AC 220V – 50Hz, ngõ vào 24VDC, ngõ ra
Relay.

Hình 3. 17. Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C
f. Khối nguồn
Đối với khối nguồn do ở đây chúng ta vừa cần dùng nguồn AC và DC nên nguồn
AC 220V chúng ta sẽ lấy trực tiếp từ lưới điện để cấp cho khối xử lý trung tâm.
Riêng về nguồn DC chúng ta sử dụng cho khối xử lý màu sắc và các ngoại vi
của PLC.
Với khối xử lý màu sắc ta có dòng của các linh kiện như bảng sau:
Bảng 3. 1. Bảng liệt kê các linh kiện sử dụng dòng chính
Tên linh kiện Số lượng Dòng hoạt động
Arduino UNO R3 1 30mA
TCS3200 1 20mA
Led 3 60mA
E18 – D30NK 1 300mA
Tổng dòng của các linh kiện ở khối xử lý màu sắc là 410mA. Nên ta chọn
Adapter 9VDC – 1A để cấp cho khối xử lý màu sắc.

Hình 3. 18. Adapter 9V-1A
Về phần các ngoại vi kết nối với khối xử lý trung tâm có sự khác biệt trong
mức điện áp. Với hai động cơ 12VDC – 4W ta sử dụng nguồn DC 12V – 5A để cấp
cho hai động cơ cùng với đó là 2 đèn led 12VDC.
Hình 3. 19. Nguồn 12VDC
Cuộn dây của van 5/2 sử dụng dòng 110mA. Chúng ta có 4 cuộn suy ra tổng
dòng là 440mA. Và để tiện trong việc thiết kế nhóm sử dụng nguồn DC 24V – 5A
để cấp cho các cuộn dây.

Hình 3. 20. Nguồn 24VDC
Ngoài ra, hệ thống còn sử dụng mạch giảm áp LM2596 để hạ áp 12V xuống
9v từ ngõ ra của PLC điều khiển động cơ ở khâu lấy cà chua.
Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn
đạt hiệu suất cao (92%). Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các
thiết bị như camera, motor, robot, ...Công suất 15W và dòng tối đa là 3A.
Hình 3. 21. Mạch giảm áp LM2596

3.2.3 Sơ đồ kết nối PLC với toàn hệ thống
24VDC 24VDC
24VDC 0V
DI DO 0V
L 1L
ON
I0.0 Q0.0 K11
OFF
I0.1 Q0.1 K12
E_STOP
I0.2 Q0.2 K21
Màu xanh
I0.3 Q0.3 K22
Khối xử lý Màu vàng
I0.4 Q0.4 12VDC
màu sắc
Màu đỏ
I0.5 2L
Cảm biến 1 I0.6
Q0.5 ĐC1
Cảm biến 2 I0.7 Q0.6
ĐC2
Cảm biến 3 I1.0 Q0.7
...
Q1.0
Đèn xanh
I1.7
Q1.1 Đèn đỏ
M
Hình 3. 22. Sơ đồ kết nối toàn hệ thống
Hình 3. 23. Mạch động lực xilanh

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200.doc

Similar to Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói 😊 Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói 😊 Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200.doc