Đồ án tốt nghiệp mô hình phân loại hàng hóa theo mã vạch sử dụng Labview và Arduino. Nhận thấy yêu cầu cấp thiết đó, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình phân loại hàng hóa theo mã vạch” dựa trên các kiến thức đã học nhằm giải quyết các yêu cầu trên.
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Đại dịch COVID-19 đã tạo ra nhiều thách thức cho nền kinh tế, nhưng cũng mở ra cơ hội cho các doanh nghiệp áp dụng công nghệ 4.0 trong lĩnh vực logistics và thương mại điện tử Việc sở hữu ứng dụng hệ thống chuyển phát nhanh và phân loại bưu kiện tự động giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả giao nhận Thương mại điện tử không còn giới hạn trong lãnh thổ Việt Nam mà đã trở thành một thị trường toàn cầu, tạo ra nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng Để đáp ứng nhu cầu này, các công ty vận chuyển đã đầu tư vào công nghệ hiện đại, như IoT và Digital Twins, nhằm đảm bảo xử lý một lượng đơn hàng khổng lồ mỗi ngày mà vẫn duy trì chất lượng dịch vụ Các ứng dụng như kho thông minh và kho tự động cũng đang được triển khai để tối ưu hóa quy trình vận hành.
Trong bối cảnh đại dịch COVID-19 chưa được kiểm soát, nhu cầu vận chuyển hàng hóa tăng nhanh chóng, dẫn đến số lượng bưu phẩm và bưu kiện gia tăng đáng kể Điều này tạo ra áp lực lớn cho các doanh nghiệp vận chuyển Hiện nay, nhiều doanh nghiệp Việt Nam vẫn chủ yếu dựa vào sức lao động con người, dẫn đến năng suất thấp và tình trạng dồn ứ hàng hóa tại các điểm tiếp nhận và bưu cục.
Thời gian vận chuyển gia tăng, chất lượng dịch vụ kém và tính cạnh tranh giảm sút trên thị trường đã dẫn đến việc các nhà khai thác cần cải thiện quy trình vận chuyển để hạn chế sai sót do con người Những sai sót này thường xảy ra do sự mất tập trung, sức khỏe và ảnh hưởng tâm lý từ bên ngoài, đặc biệt trong khâu nhập liệu thủ công, nơi nhân viên dễ mắc lỗi do mệt mỏi Một số công ty như VNPost đã đầu tư vào hệ thống chia chọn tự động để cải thiện quy trình, nhưng vẫn gặp khó khăn do chi phí cao và số lượng kho vận lớn trên toàn quốc Do đó, có nhu cầu cấp thiết đối với các hệ thống chia chọn giá rẻ từ nhà sản xuất Việt Nam nhằm nâng cao hiệu suất lao động và chất lượng dịch vụ, nhất là khi khối lượng bưu phẩm ngày càng tăng, gây ùn tắc tại các điểm giao nhận.
Nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết trong việc quản lý hàng hóa, nhóm chúng em đã quyết định thực hiện đề tài "Thiết kế và chế tạo mô hình phân loại hàng hóa theo mã vạch" Dự án này được xây dựng dựa trên những kiến thức đã học, nhằm giải quyết hiệu quả các yêu cầu trong lĩnh vực phân loại hàng hóa.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch là rất cần thiết cho đội ngũ kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật viên chuyên về cơ điện tử Việc chế tạo mô hình hệ thống này trong nước không chỉ mang lại nhiều lợi ích mà còn nâng cao hiệu quả quản lý sản phẩm.
Giá thành của thiết bị nội địa rẻ hơn nhiều so với thiết bị nhập khẩu, nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ nhu cầu sản xuất Điều này chứng tỏ rằng trình độ kỹ thuật công nghệ của chúng ta đang phát triển và có khả năng theo kịp với thế giới.
Mục tiêu và đối tượng
− Tìm hiểu sơ lượt về các hệ thống phân loại trong và ngoài nước
− Thiết kế hệ thống phân loại hàng hóa theo mã vạch có công suất 5 sản phẩm/phút
− Tìm hiểu về mã vạch của hàng hóa
− Thiết kế chương trình điều khiển Labview và Arduino
− Thiết kế giao diện điều khiển bằng Labview và giám sát bằng camera
− Tính toán thiết kế băng tải có kích thước 40cm x 10cm x 12cm
− Gia công và chế tạo mô hình cơ khí, chạy thử nghiệm
− Lắp ráp, hoàn thiện mô hình phân loại được các sản phẩm bị thiếu số lượng, cũng như sai mã barcode
− Hoàn thiện mô hình và thuyết minh đề tài
Các đặt trưng cơ bản của hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch
Nghiên cứu các thiệt bị cơ bản của hệ thống tự động bao gồm: cơ cấu chấp hành, các thiết bị điều khiển…
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các công trình và sản phẩm phân loại bằng mã vạch trong và ngoài nước giúp nắm bắt tình hình thực tế, đánh giá ưu nhược điểm, từ đó đề xuất phương án phù hợp cho việc áp dụng công nghệ này.
Tham khảo tài liệu từ sách, internet và các đồ án liên quan là bước quan trọng trong quá trình thiết kế Bắt đầu từ ý tưởng và phát triển nó thành sản phẩm cuối cùng giúp giảm thiểu sai sót không mong muốn.
Giới hạn của đề tài
Trong quá trình phân loại hàng hóa, các mặt hàng có kích thước và khối lượng khác nhau được xem xét Đề tài này sẽ tập trung vào việc tính toán và thiết kế mô hình phân loại cho các sản phẩm có khối lượng tối đa 3kg và kích thước không vượt quá 10x10x10cm.
Do thời gian hạn chế và kiến thức còn thiếu, nhóm chúng em chỉ có thể giải quyết một số vấn đề nhất định liên quan đến đề tài.
− Thiết kế mô hình cơ khí hoàn chỉnh và chạy ổn định
− Mô hình phân loại sản phẩm ổn định, đáp ứng yêu cầu đặt ra
− Hoàn thành thuyết minh đề tài
TỔNG QUAN VÀ GIẢI PHÁP
Tìm hiểu mô hình trong và ngoài nước hiện nay
Hiện nay, doanh nghiệp có thể quản lý việc phân loại hàng hóa trong kho bằng sức lao động của con người hoặc thông qua hệ thống phần mềm hỗ trợ quản lý.
Mỗi doanh nghiệp có thể sở hữu một hoặc nhiều kho hàng tùy thuộc vào tính chất kinh doanh Việc sắp xếp và phân loại hàng hóa trong kho là rất quan trọng và cần được kiểm soát thường xuyên, vì nó ảnh hưởng đến nhiều bộ phận liên quan Một yếu tố quan trọng trong phân loại hàng hóa là phân loại theo nhóm sản phẩm.
Khi phân loại hàng hóa, nhân viên kho có nhiều lựa chọn như phân loại theo nhà cung cấp, loại sản phẩm, hạn sử dụng và nhóm sản phẩm, trong đó nhóm sản phẩm là cách phân loại các sản phẩm có cùng mục đích sử dụng.
Hình 2 1 Hoạt động phân loại hàng hóa trong kho
Các doanh nghiệp thường sử dụng phương pháp truyền thống trong việc phân loại hàng hóa, phụ thuộc vào sức lao động của con người, dẫn đến những thiếu sót và mất thời gian Nhân viên có thể quên thông tin sản phẩm, gây nhầm lẫn trong quá trình phân loại Để khắc phục những hạn chế này, phần mềm công nghệ hỗ trợ phân loại hàng hóa theo nhóm sản phẩm đã ra đời Hệ thống tự động tìm kiếm và sắp xếp các sản phẩm cùng nhóm, giúp nhân viên kho dễ dàng kiểm tra và điều chỉnh Phương pháp này không chỉ đảm bảo tính chuyên nghiệp và độ chính xác cao mà còn tiết kiệm thời gian lao động, nâng cao hiệu suất làm việc.
Hiện nay, sự đa dạng của hàng hóa ngày càng tăng khiến việc phân loại hàng hóa gặp nhiều khó khăn Các phương pháp truyền thống để xác định loại hàng hóa không còn hiệu quả, đòi hỏi cần có những giải pháp mới để đáp ứng nhu cầu này.
− Phân loại hàng hóa theo chiều cao:
Hệ thống phân loại này sử dụng cảm biến để xác định chiều cao của hàng hóa, từ đó có thể phân loại theo yêu cầu
Hình 2 2 Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao của sinh viên
Tuy nhiên hệ thống này cũng có một số ưu nhược điểm sau:
− Thiết kế đơn giản, dể dàng phân loại sản phẩm theo kích thước cho trước
− Tính ứng dụng chưa cao do loại hàng hóa cần phân loại theo kiểu này còn ít
− Khó thay đổi tiêu chuẩn phân loại nhiều kích thước khác nhau
− Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Hình 2 3 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc
Hệ thống phân loại sản phẩm này sử dụng cảm biến màu sắc để phân loại theo các điều kiện đã được xác định trước Công nghệ này được áp dụng hiệu quả trong dây chuyền phân loại thực phẩm và nông sản.
Hệ thống này chỉ phân loại sản phẩm dựa vào một yếu tố duy nhất là màu sắc, điều này gây khó khăn trong việc áp dụng cho các loại sản phẩm khác nhau.
− Phân loại sản phẩm theo cân nặng
Hình 2 4 Mô hình phân loại sản phẩm theo cân nặng
Hệ thống này sử dụng các cân điện tử được lắp sau băng tải để tiến hành xác định trọng lượng của hàng hóa và phân loại
Hệ thống này được sử dụng phổ biến nhờ vào độ khó thấp và tính ứng dụng cao hơn so với các hệ thống khác Tuy nhiên, độ chính xác của nó vẫn còn phụ thuộc vào cảm biến, dẫn đến một số hạn chế.
− Phân loại sản phẩm theo mã QR
Hình 2 5 Phân loại hàng hóa theo mã QR
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng mã QR cho phép máy đọc mã QR hoặc camera quét mã sản phẩm, sau đó truyền dữ liệu về máy tính để truy cập thông tin hàng hóa Từ những thông tin này, máy có khả năng phân loại sản phẩm một cách hiệu quả.
Yêu cầu lưu trữ thông tin hàng hóa trên mã QR riêng biệt dẫn đến việc phải thực hiện thêm một bước dán mã cho sản phẩm, gây tốn thời gian.
− Phân loại dựa trên mã vạch hàng hóa
Loại trừ được các khó khăn của các hệ thống trên, hệ thống phân loại dựa trên mã vạch có các ưu điểm sau đây:
Hình 2 6 Hàng hóa được dán mã vạch
− Phân loại trực tiếp trên mã vạch được dán lên sản phẩm trong quá trình vận chuyển hoặc nhập kho hàng hóa
− Đạt độ chính xác cao, áp dụng được cho nhiều loại hành hóa
− Có thể ứng dụng thành dây chuyển phân loại nhiều sản phẩm cùng lúc.
Sơ lượt về hệ thống xuất nhập
Hệ thống xuất nhập kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khác nhau, bao gồm việc sử dụng nhân công, thẻ từ, mã vạch và camera.
Đề tài này tập trung vào việc áp dụng phương pháp xuất nhập bằng vạch để phân loại sản phẩm, đồng thời giám sát và theo dõi các nguồn tài liệu đã thu thập.
Các loại hàng hóa thường được vận chuyển có các kích thước khác nhau được đóng gói thành hộp để dễ dàng vận chuyển
Hình 2 7 Hàng hóa được đóng gói theo quy cách
Mã vạch
Mã vạch là hình thức thể hiện thông tin trên bề mặt sản phẩm mà thiết bị có thể đọc được Ban đầu, mã vạch lưu trữ dữ liệu thông qua độ rộng của các vạch in song song và khoảng trống giữa chúng Hiện nay, mã vạch có thể được in theo các mẫu điểm, vòng tròn đồng tâm hoặc ẩn trong hình ảnh Chúng có thể được đọc bởi máy quét quang học hay thông qua phần mềm chuyên dụng.
Mã vạch chứa thông tin quan trọng về sản phẩm, bao gồm nước đăng ký, tên doanh nghiệp, lô sản phẩm, tiêu chuẩn chất lượng đã được đăng ký, kích thước sản phẩm và địa điểm kiểm tra.
Mã vạch là công cụ quan trọng giúp đánh số các đồ vật kèm theo thông tin liên quan, cho phép máy tính xử lý dữ liệu một cách hiệu quả Thay vì nhập liệu thủ công, người dùng chỉ cần quét mã vạch bằng thiết bị đọc mã, tiết kiệm thời gian và công sức Công nghệ này cũng hoạt động hiệu quả trong môi trường tự động hóa hoàn toàn.
Hệ thống thanh toán hiện đại giúp máy quét nhận dạng hàng hóa và giá cả một cách dễ dàng, từ đó tạo hóa đơn phục vụ khách hàng hiệu quả Điều này không chỉ nâng cao trải nghiệm mua sắm mà còn giúp quản lý hệ thống bán hàng một cách thông minh, tiết kiệm nhân lực và thời gian làm việc.
- Thông qua mã số, mã vạch có thể hỗ trợ biết được nguồn gốc hàng hóa
- Phục vụ cho hoạt động kiểm soát, kiểm đếm tự động giao nhận, vận chuyển hàng hóa
Mã vạch thể hiện mã số EAN gọi là mã vạch EAN
Mã vạch EAN có những tính chất sau : Chỉ thể hiện các con số (từ 0 đến 9) và có chiều dài cố định (13 hoặc 8 con số)
Mã vạch đa chiều rộng cho phép mỗi vạch và khoảng trống có chiều rộng từ 1 đến 4 mô-đun, tạo ra mật độ mã hóa cao Tuy nhiên, độ tin cậy của mã vạch này tương đối thấp, vì vậy cần đặc biệt chú ý khi in mã để đảm bảo chất lượng.
Khu vực bên trái bắt đầu bằng một khoảng trống không có ký hiệu, sau đó là ký hiệu bắt đầu, tiếp theo là dãy số bên trái, ký hiệu phân cách, dãy số bên phải, số kiểm tra, và cuối cùng là ký hiệu kết thúc, kết thúc bằng một khoảng trống bên phải.
Toàn bộ khu vực mã vạch EAN-13 tiêu chuẩn có chiều dài 37,29mm và có chiều cao là 25,93mm
Mã vạch EAN-8 có cấu tạo tương tự EAN-13 nhưng chỉ có chiều dài tiêu chuẩn là 26,73mm và chiều cao 21,31mm
2.3.4 Ví dụ minh họa về mã số vạch
Hình 2 9 Ví dụ 1 mã vạch thực tế trên sản phẩm Đây là mã số mã vạch của Bánh Phở bò viên
Mã vạch sản phẩm là : 8934561250319
Ba số đầu tiên là (893) tính từ bên trái qua chỉ cho ta biết Việt Nam sản xuất ra sản phẩm này
Mã số doanh nghiệp sản xuất sản phẩm là 45612, trong khi bốn con số tiếp theo, 5031, đại diện cho tên hàng hóa, phản ánh đặc điểm tiêu dùng của sản phẩm đó.
Và con số (9) ở cuối được gọi là số kiểm tra để kiểm định tính đúng đắn của việc đọc dò các sọc bởi thiết bị scanner
Hình 2 10 Ý nghĩa các số trên mã vạch
Các Cơ Sở Lý Thuyết Liên Quan
2.4.1 Ngôn Ngữ Lập Trình LABVIEW
Hình 2 11 Ngôn ngữ lập trình Labview
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là phần mềm do National Instruments phát triển, được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm và lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh và điện tử y sinh Phần mềm này đặc biệt phổ biến tại các quốc gia như Mỹ, Hàn Quốc và Nhật Bản.
Ngôn ngữ LABVIEW nổi bật với tính trực quan, cho phép lập trình viên thay vì viết các dòng lệnh bằng chữ và số như trong các ngôn ngữ lập trình truyền thống như VB, C, C++, có thể dễ dàng lập trình thông qua việc kéo thả các biểu tượng và kết nối chúng bằng dây trong môi trường phát triển mã nguồn.
LABVIEW là phần mềm phổ biến trong các phòng thí nghiệm và lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, và điện tử y sinh Hiện nay, LABVIEW không chỉ có phiên bản cho các hệ điều hành truyền thống mà còn mở rộng sang nhiều nền tảng khác.
NI đã phát triển các mô-đun LABVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA) trên cả hai hệ điều hành Windows và Linux Các chức năng chính của LABVIEW bao gồm khả năng lập trình đồ họa, thu thập và phân tích dữ liệu, cũng như điều khiển thiết bị.
• Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,
Mô phỏng và xử lý tín hiệu thu nhận là bước quan trọng nhằm phục vụ cho các mục đích nghiên cứu hoặc đáp ứng yêu cầu của hệ thống mà lập trình viên mong muốn.
• Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab,
• Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong LABVIEW
LABVIEW là một phần mềm lập trình đồ họa phổ biến trong lĩnh vực khoa học, kỹ thuật và giáo dục Phần mềm này giúp người dùng nhanh chóng và dễ dàng phát triển các ứng dụng giao tiếp máy tính, thực hiện đo lường, mô phỏng hệ thống, cũng như kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính trong thời gian thực.
− Phần mềm mô phỏng LabVIEW được cấu tạo từ 2 chương trình chính là: Block Diagram và Front Panel Trong đó, Front Panel gần gũi với người dùng hơn
Vì nó là giao diện thể hiện các tính năng được xây dựng từ Block Diagram
LabVIEW là phần mềm mô phỏng độc đáo sử dụng biểu tượng, giúp nó nổi bật hơn so với các phần mềm truyền thống khác thường dựa vào văn bản.
Để sử dụng các biểu tượng trên giao diện Front Panel, người dùng cần cài đặt mã code được tạo ra từ Block Diagram, được gọi là mã G Mã G nằm dưới dạng đồ họa và là điều kiện cần thiết để người dùng có thể sử dụng các biểu tượng Front Panel trong việc tạo ứng dụng.
LABVIEW là phần mềm phổ biến trong các phòng thí nghiệm và lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh và điện tử y sinh Ngoài phiên bản dành cho hệ điều hành Windows và Linux, NI còn phát triển các mô-đun LABVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA) Các chức năng chính của LABVIEW bao gồm khả năng lập trình trực quan, thu thập và phân tích dữ liệu hiệu quả.
• Khả năng mô phỏng giống bản gốc với độ chính xác cao
• Khả năng sử dụng biểu tượng để mô phỏng ứng dụng thay vì các ngôn ngữ lập trình văn bản truyền thống
• Khả năng mô phỏng giống bản gốc với độ chính xác cao
LabVIEW là lựa chọn lý tưởng cho những người mới bắt đầu, so với các phần mềm mô phỏng robot truyền thống Khác với việc người dùng phải nhớ các lệnh văn bản trong các chương trình truyền thống, LabVIEW sử dụng dữ liệu đồ họa dạng dòng chảy Dòng chảy này đi qua Block Diagram, tự động xây dựng và thực hiện chương trình cho người dùng Ngoài ra, LabVIEW cung cấp mã G để người dùng dễ dàng lựa chọn và điều khiển biểu tượng theo nhu cầu của mình.
• Khả năng làm việc trên nhiều nền tảng và tương thích với hầu hết hệ điều hành
2.4.2 Xử lí ảnh trên labview
Hình 2 10 Khối IMAQ Create VI
IMAQ create VI: tạo vùng nhớ tạm thời cho ảnh
• Border size: xác định chiều rộng bằng pixel để tạo biên của ảnh
• Image name: tên liên kết với ảnh đã tạo Mỗi ảnh được tạo phải có tên riêng
Trạng thái lỗi trước khi chạy VI được mô tả là "no error" (không lỗi), với trạng thái mặc định là không có lỗi Nếu có lỗi xảy ra trước khi thực hiện, mã lỗi sẽ được chuyển đến phần xử lý lỗi.
• Image type: định dạng kiểu ảnh (ảnh xám, ảnh RGB,…)
• New image: ảnh ngõ vào đã được xử lý qua các chức năng của khối
Hình 2 11 Khối IMAQdx Open Camera VI
Khối IMAQdx Open Camera VI cho phép mở máy ảnh, truy vấn khả năng của máy ảnh, tải tệp cấu hình và tạo tham chiếu duy nhất cho máy ảnh.
• Camera Control Mode: chọn chế độ điều khiển của máy ảnh được sử dụng trong quá trình phát hình ảnh
• Session In: chỉ định tên của máy ảnh bạn muốn mở
Trạng thái lỗi trước khi chạy VI được mô tả là "no error" (không có lỗi) Mặc định, trạng thái này là "no error", và nếu có lỗi xảy ra trước khi chạy, mã lỗi sẽ được chuyển đến phần error out.
• Session Out: là một tham chiếu duy nhất đến máy ảnh Session Out cũng giống như Session In
Hình 2 13 Khối IMAQdx Grab2 VI
Khối IMAQdx Grab2 VI có chức năng lấy khung hình mới nhất từ Image Out VI này chỉ nên được sử dụng sau khi đã cấu hình qua IMAQdx Định cấu hình Grab.vi Nếu loại hình ảnh không tương thích với định dạng video của máy ảnh, VI này sẽ tự động chuyển đổi hình ảnh sang định dạng phù hợp.
Hình 2 14 Khối IMAQ Read Barcode 2 VI
Khối IMAQ Read Barcode 2 VIcó tác dụng đọc các loại mã vạch 1D phổ biến, bao gồm Codabar, Mã 39, Mã 93, Mã 128, EAN 8, EAN 13,…
Cơ cấu điều khiển
Arduino là một bo mạch vi điều khiển được phát triển bởi một nhóm giáo sư và sinh viên Ý, ra mắt lần đầu vào năm 2005 Bo mạch này được sử dụng để cảm nhận và tương tác với môi trường xung quanh, mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử và lập trình.
Mạch 18 có khả năng điều khiển nhiều đối tượng khác nhau, thực hiện các nhiệm vụ từ việc nhận tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ và nhiều thiết bị khác Bên cạnh đó, mạch còn hỗ trợ liên kết với nhiều module đa dạng.
Phần cứng của Arduino bao gồm một board mạch nguồn mở, được phát triển dựa trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8-bit hoặc ARM Atmel 32-bit Hiện tại, Arduino có tổng cộng 6 phiên bản, trong đó Arduino Uno và Arduino Mega là hai phiên bản phổ biến nhất.
Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++, một ngôn ngữ phổ biến trong cộng đồng lập trình Điều này cho phép Arduino nhận dạng mọi đoạn mã C/C++, tạo điều kiện thuận lợi cho các lập trình viên trong việc thiết kế chương trình cho các bo mạch Arduino.
Arduino cung cấp một module quản lý bo mạch cho phép người dùng chọn và thay đổi bo mạch dễ dàng thông qua Menu Quá trình này tự động cập nhật dữ liệu giữa bo mạch và các lựa chọn sửa đổi, đảm bảo tính đồng nhất Ngoài ra, Arduino IDE hỗ trợ người dùng phát hiện và sửa lỗi trong code kịp thời, giúp ngăn ngừa tình trạng bo mạch hoạt động với code lỗi lâu dài, từ đó tránh hư hỏng và giảm tốc độ xử lý.
Arduino hoạt động trên 3 hệ điều hành phổ biến nhất là Windows, Mac
Hệ điều hành OS và Linux cho phép người dùng truy cập phần mềm mọi lúc, mọi nơi chỉ cần có máy tính Điều này mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong việc sử dụng công nghệ.
Hình 2 15 Bộ điều khiển Arduino
19 cụ từ đám mây giúp các nhà lập trình dễ dàng lựa chọn giữa việc tạo và lưu dự án trên đám mây hoặc phát triển chương trình trực tiếp trên máy tính trước khi tải lên bo mạch Arduino.
Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là phần mềm IDE
Hình 2 16 Cấu tạo Arduino Uno
Arduino có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong việc chế tạo các thiết bị điện tử chất lượng cao Một số ứng dụng có thể kể đến như:
Lập trình robot sử dụng Arduino đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của robot Ngoài ra, lập trình máy bay không người lái cũng đang trở thành một ứng dụng đầy tiềm năng trong tương lai.
Arduino là một giải pháp hiệu quả để điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đèn giao thông Các hiệu ứng đèn nháy được cài đặt giúp làm nổi bật các biển quảng cáo, thu hút sự chú ý của người qua lại.
• Arduino cũng được ứng dụng trong máy in 3D và nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả năng sáng tạo của người sử dụng
GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị có nguồn điện riêng biệt, các chân GND này cần phải được nối với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
• 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
• Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
Chân IOREF trên Arduino UNO cho phép bạn đo điện áp hoạt động của vi điều khiển, thường là 5V Tuy nhiên, bạn không nên sử dụng chân này để lấy nguồn 5V vì chức năng chính của nó không phải là cung cấp điện.
• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật Arduino
Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp cấp (giới hạn) 6 – 12 V
Chân I/O digital 14 ( có 6 chân xuất xung PWM)
Dòng điện mỗi chân I/O 20 mA
Bộ điều khiển lập trình (PLC) là thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình để thực hiện chuỗi sự kiện được kích hoạt bởi các tín hiệu đầu vào hoặc thông qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì và các sự kiện đếm PLC thường được sử dụng để thay thế các mạch relay, hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu vào và đầu ra, đảm bảo rằng khi có sự thay đổi ở đầu vào, đầu ra sẽ tự động điều chỉnh theo.
Tất cả các PLC đều bao gồm những thành phần chính như bộ nhớ chương trình RAM bên trong, có khả năng mở rộng với bộ nhớ ngoài EPROM Ngoài ra, PLC còn được trang bị bộ vi xử lý với cổng giao tiếp để kết nối với các module I/O và các PLC khác.
Nguyên lý hoạt động của PLC dựa vào việc quét các trạng thái đầu ra và đầu vào (I/O) để đảm bảo sự thay đổi diễn ra đồng bộ Khi thiết bị được kích hoạt ở trạng thái ON hoặc OFF, bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra Hai ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder và State Login.
Hình 2 17 PLC Mitsubishi và Siemens
CPU: thực hiện chương trình và chứa dữ liệu cho điều khiển các quá trình tự động
Power supply: Nguồn cấp điện
Inputs/Outputs: Các đầu vào ra hệ thống
Communication Port: Các cổng truyền thông
Status light: Các đèn trang thái
Programming device: Thiết bị lập trình
Một bộ PLC hoàn chỉnh bao gồm một đơn vị lập trình, có thể là bằng tay hoặc máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản thường được trang bị đủ RAM để lưu trữ chương trình một cách hoàn thiện hoặc bổ sung Đối với đơn vị lập trình xách tay, RAM thường là loại CMOS với pin dự phòng, và chương trình chỉ được truyền sang bộ nhớ PLC khi đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng.
• Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp
• Giảm đến 80% số lượng dây nối
• Sửa chữa nhanh tróng và dễ dàng
• Giảm thiểu số lượng role và timer so với hệ điều khiển cố điển
• Tốc độ và năng suất lớn
• Phát hiện lỗi của hệ thống điều khiển nhanh thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống
• Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp
• Kết nối với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, kết nối mạng internet và các module mở rộng
− Ứng dụng trong công nghiệp hiện đại:
• Từ những ưu điểm vượt trội trên nên hiện nay PLC đã được ứng dụng trong nền công nghiệp với nhiều lĩnh vực như:
• Công nghệ sản xuất: sản xuất màn hình điện thoại, sản xuất oto, sản xuất vi mạch, máy công nghiệp, đóng gói sản phẩm
• Hệ thống nâng vận chuyển
• Hệ thống giám sát quá trình trong các nhà máy xử lý giác thải, nhà máy bia.
Cơ cấu quét mã vạch
Sử dụng webcam để quét mã vạch sau đó gửi tính hiệu về cho labview để giải mã
2.6.2 Sử dụng cảm biến quét mã vạch:
Hình 2 20 Cảm biến quét mã vạch
Quét tính hiệu từ mã vạch sau đó gửi tính hiệu về Arduino để giải mã.
Phương án giải quyết
Sau khi nghiên cứu tài liệu và các mô hình thực tế, nhóm đã đề xuất phương án giải quyết vấn đề dựa trên kiến thức học được tại trường, ngân sách thực hiện đồ án và khả năng của từng thành viên trong nhóm.
Về phần điều khiển: Sử dụng vi điều khiển kết hợp mạch Arduino
Về cơ cấu quét mã vạch: Sử dụng webcam kết hợp phàn mềm labview
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Từ năm 2011, Công ty Thiết bị Bưu điện đã hợp tác với Tổng công ty Bưu chính Việt Nam nghiên cứu ứng dụng công nghệ không dây vào hệ thống khai thác mã vạch tại các trung tâm chia chọn bưu chính Kết quả là các thiết bị đọc mã vạch cầm tay đã được VN Post áp dụng hiệu quả cho tất cả các điểm khai thác Tuy nhiên, đến năm 2019, chưa có nghiên cứu nào tiếp tục về giải pháp đọc mã vạch tự động cho doanh nghiệp bưu chính Việt Nam Để khắc phục tình trạng này, VN Post đã đề xuất Công ty cổ phần Thiết bị Bưu điện (POSTEF) thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm băng tải đọc mã vạch tự động” nhằm nâng cao năng suất lao động trong khai thác Công ty POSTEF đã tìm hiểu các giải pháp từ các hãng nổi tiếng như SICK, KEYENCE, COGNEX và tiến hành nội địa hóa thiết bị Hệ thống băng tải đọc mã vạch tự động bao gồm hai thiết bị chính: băng tải chuyển hàng bưu chính và thiết bị đọc mã vạch tự động.
Công ty POSTEF đang nghiên cứu hệ thống băng tải chuyển hàng cho bưu chính với mục tiêu tối đa hóa nội địa hóa Đối với hệ thống thiết bị đọc mã vạch tự động, nhóm nghiên cứu tìm kiếm giải pháp phù hợp nhất từ các hãng nổi tiếng trên thế giới, nhằm tối ưu quy trình khai thác của VN Post với chi phí thấp nhất Để đáp ứng nhu cầu này, nhóm đã thiết kế mô hình phân loại sản phẩm bằng mã vạch cho hàng hóa có khối lượng dưới 3kg.
− Thời gian phân loại sản phẩm đạt 6 sản phẩm / phút (10s / 1 sản phẩm)
− Thời gian làm việc: 8 tiếng/ ngày
− Hiệu xuất tính năng suất phân loại: 100%
Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống
Toàn bộ quá trình điều được thực hiện tự động Công nhân chỉ có nhiệm vụ để sản phẩm vào vị trí chờ
Với hệ thống phân loại trên, sẽ có các đặc điểm như sau:
- Không phụ thuộc vào yếu tố con người
- Giảm chi phí trong sản xuất
- Tự động hóa trong sản xuất, tăng độ chính xác
Hình 3 2 Mô hình 3D hệ thống
Mô tả nguyên lý hoạt động:
Gói hàng có mã vạch được đặt lên kệ chờ và khi nhấn nút, xy lanh 1 sẽ đẩy hàng vào băng tải 1 Tại đây, camera quét mã vạch, đối chiếu với dữ liệu đã cài đặt và phân loại gói hàng Nếu mã vạch bị lỗi, sản phẩm sẽ được đưa xuống máng trượt ở cuối băng tải Ngược lại, nếu mã vạch hợp lệ, xy lanh 2 sẽ đẩy hàng vào băng tải 2 để phân loại dựa trên thông tin từ mã vạch, với dữ liệu được gửi đến máy tính đã được cài đặt trước.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Thực trạng hiện tại
Từ năm 2011, Công ty Thiết bị Bưu điện đã hợp tác với Tổng công ty Bưu chính Việt Nam nghiên cứu công nghệ không dây ứng dụng trong hệ thống mã vạch tại các trung tâm chia chọn bưu chính Kết quả nghiên cứu đã được VN Post áp dụng hiệu quả, với các thiết bị đọc mã vạch cầm tay được sử dụng tại tất cả các điểm khai thác Tuy nhiên, đến năm 2019, chưa có nghiên cứu nào tiếp theo về giải pháp đọc mã vạch tự động cho doanh nghiệp bưu chính tại Việt Nam Để khắc phục tình trạng này, VN Post đã đề xuất Công ty cổ phần Thiết bị Bưu điện (POSTEF) thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm băng tải đọc mã vạch tự động”, nhằm nâng cao năng suất lao động trong khai thác Công ty POSTEF đã tiếp cận các giải pháp từ các hãng nổi tiếng như SICK, KEYENCE, COGNEX và nội địa hóa thiết bị Hệ thống băng tải đọc mã vạch tự động bao gồm hai thiết bị chính: băng tải chuyển hàng bưu chính và thiết bị đọc mã vạch tự động.
Công ty POSTEF đang nghiên cứu hệ thống băng tải chuyển hàng cho bưu chính với mục tiêu tối đa hóa nội địa hóa Đối với hệ thống đọc mã vạch tự động, nhóm nghiên cứu sẽ tìm kiếm các giải pháp từ các hãng nổi tiếng toàn cầu để lựa chọn phương án phù hợp nhất với quy trình hiện tại của VN Post, đồng thời đảm bảo chi phí thấp nhất Để đáp ứng nhu cầu này, nhóm đã thiết kế mô hình phân loại sản phẩm bằng mã vạch cho hàng hóa có khối lượng dưới 3kg.
Năng suất hệ thống
− Thời gian phân loại sản phẩm đạt 6 sản phẩm / phút (10s / 1 sản phẩm)
− Thời gian làm việc: 8 tiếng/ ngày
− Hiệu xuất tính năng suất phân loại: 100%
Sơ đồ hệ thống
Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống
Toàn bộ quá trình điều được thực hiện tự động Công nhân chỉ có nhiệm vụ để sản phẩm vào vị trí chờ
Với hệ thống phân loại trên, sẽ có các đặc điểm như sau:
- Không phụ thuộc vào yếu tố con người
- Giảm chi phí trong sản xuất
- Tự động hóa trong sản xuất, tăng độ chính xác
Hình 3 2 Mô hình 3D hệ thống
Mô tả nguyên lý hoạt động:
Gói hàng có mã vạch được đặt lên kệ chờ và khi nhấn nút, xy lanh 1 sẽ đẩy hàng vào băng tải 1 Tại đây, camera quét mã vạch và đối chiếu với dữ liệu đã cài đặt để phân loại Nếu mã vạch bị lỗi, sản phẩm sẽ được đưa xuống máng trượt, ngược lại, nếu không có lỗi, xy lanh 2 sẽ đẩy hàng vào băng tải 2 để phân loại dựa trên thông tin từ mã vạch mà webcam quét, sau đó gửi dữ liệu đến máy tính đã được cài đặt.
4.1 Yêu cầu đầu vào của hệ thống
Mô hình hệ thống với các sản phẩm là các phôi dạng hình hộp chữ nhật có kích thước bằng nhau
Hệ thống được thiết kế nhằm phân loại các sản phẩm khối hộp có kích thước 10x10x10(mm) với bề mặt hình dạng giống nhau, nhưng gặp phải vấn đề sai mã vạch hoặc không thể nhận diện mã.
Hình 4 1 Mã vạch đúng và mã sai
Hình 4 2 Sản phẩm sai mã vạch
Hình 4 3 Sản phẩm thiếu mã vạch
Hình 4 4 Sản phẩm mã vạch bị lỗi
Hình 4 5 Sản phẩm đạt chuẩn
Việc đảm bảo phân loại sản phẩm chính xác cần đảm bảo:
− Tốc độ băng tải đạt chuẩn, hoạt động ổn định ít rung lắc khi vận hành
− Tốc độ phân loại của hệ thống phải đạt yêu cầu ban đầu đặt ra
− Sản phẩm phân loại phải đạt chuẩn
− Cung cấp đủ ảnh sáng cho hệ thống để đảm bảo việc phát hiện mã vạch được tối ưu
4.1.1 Giới thiệu về băng tải
Băng tải là thiết bị truyền tải hiệu quả, giúp di chuyển sản phẩm và nguyên vật liệu nhanh chóng giữa các vị trí Được thiết kế cho môi trường làm việc khắc nghiệt và khối lượng công việc lớn, băng tải công nghiệp có khả năng di chuyển theo nhiều hướng khác nhau Với sự đa dạng về vật liệu và chủng loại, băng tải được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển cấu kiện nhẹ, quặng, than đá và xỉ lò tại các trạm thủy điện Ngoài ra, chúng còn hỗ trợ vận chuyển hàng hóa trong kho, vật liệu hạt và sản phẩm trong ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm, hóa chất, đồng thời loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được.
Hình 4 6 Cấu tạo băng tải
Băng tải có nhiều loại với ưu nhược điểm khác nhau, nhưng nhìn chung, chúng sở hữu nhiều lợi thế nổi bật Cấu trúc của băng tải đơn giản và bền bỉ, cho phép vận chuyển hàng hóa một cách linh hoạt theo các hướng nằm ngang, nghiêng hoặc kết hợp Đầu tư ban đầu không quá lớn, đồng thời có thể tự động hóa, dễ dàng vận hành và bảo trì Ngoài ra, băng tải hoạt động êm ái, mang lại năng suất cao và tiêu tốn ít năng lượng so với các thiết bị vận chuyển khác.
Trong sản xuất và láp ráp chi tiết, băng tải được phân loại dựa vào tải trọng vận chuyển và phạm vi làm việc [11]
• Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây chuyền lắp ráp
• Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây chuyền lắp ráp
• Dùng để vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận có khoảng cách ≥ 50 m
Hình 4 8 Băng tải thanh đẩy
• Dùng để vận chuyển chi tiết lớn giữa các bộ phận có khoảng cách ≥ 50m
Hình 4 9 Băng tải con lăn
4.1.3 Chọn băng tải phù hợp
Từ yêu cầu đặt ra của khối hàng ban đầu, ta lựa chọn thiết kế hệ thống 2 băng tải đai vì:
− Khi vận hành có độ ổn định cao
− Kết cấu đơn giản dễ lắp đặt và thay đổi
Thiết kế hệ thống băng tải PVC xanh có các thông số kĩ thuật sau:
− Vật liệu khung: Nhôm định hình 30x30mm
− Chất liệu dây đai: Nhựa PVC xanh độ dày 2mm
− Kích thước mặt băng tải: 400x100mm
4.2.4 Chọn động cơ cho băng tải
Lựa chọn động cơ Động cơ giảm tốc JGB37-555 tốc độ 60 rpm làm bộ phận dẫn động cho băng tải vì:
− Băng tải chỉ có nhiệm vụ chạy 1 chiều và chuyển hàng đến vị trí yêu cầu
− Không đòi hỏi tốc độ và độ chính xác cao
− Dễ điều khiển, giá thành rẻ
Bảng 4 1 Thông số động cơ
Tỉ số truyền 1:64 Điện áp định mức 24 VDC
Tốc độ không tải 60 rpm
Tốc độ khi có tải 42 rpm
Moment định mức 10.7 kg.cm
4.2.5 Thông số băng tải và mô hình 3D
Bảng 4 2 Thông số băng tải
Chiều rộng 100 mm Đường kính trục băng tải 60 mm
Hình 4 11 Mô hình 3D băng tải chuyển hàng
(Phần tính toán băng tải xem thêm tại phụ lục 1.2)
4.3 Thiết kế máng dẫn sản phẩm
4.3.1 Chọn vật liệu cho máng dẫn
Máng dẫn được làm từ Mica, hay còn gọi là tấm Acrylic, do không yêu cầu đặc biệt về tính chất cơ học Mica có thành phần hóa học gồm K2O, Al2O3 và 6SiO2, là lựa chọn lý tưởng cho việc chế tạo các sản phẩm có độ bền và tính năng cao.
Mica là vật liệu có cấu trúc tinh thể thuộc hệ một phương, với liên kết thủy tinh chặt chẽ và xu hướng tinh thể giả hệ lục phương Loại vật liệu này có thành phần hóa học tương tự nhau và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong sản xuất.
Chọn tấm Mica Acrylic có độ dày 5 mm
Khối lượng riêng của mica 5mm: 6kg/m 2
Để đảm bảo sản phẩm không bị đẩy lệch khỏi máng do sự khác biệt về tốc độ giữa xy lanh và băng tải, cần thiết kế xy lanh liền với kích thước lớn hơn Vì vậy, việc thiết kế hai loại máng trượt, bao gồm máng trượt đơn và máng trượt đôi, là rất cần thiết.
4.3.2 Thông số kỹ thuật máng dẫn sản phẩm
Hình 4 13 Mô hình máng trượt sản phẩm đơn
Bảng 4 3 Thông số máng trượt đơn
Kích thước dẫn sản phẩm 100 ± 10 mm Trọng lượng chịu được tối đa 3 kg
Hình 4 14 Mô hình máng trượt sản phẩm đôi Bảng 4 4 Thông số máng trượt đôi
Kích thước dẫn sản phẩm 100 ± 10 mm Trọng lượng chịu được tối đa 3 kg
4.4 Thiết kế cơ cấu xy lanh phân loại
4.4.1 Xác định phương án thiết kế
Trong hệ thống phân loại hàng hóa, cơ cấu này nhận lệnh từ bộ xử lý trung tâm và thực hiện hai nhiệm vụ chính: đẩy khối hàng từ băng tải vận chuyển xuống máng trượt và chuyển khối hàng từ băng tải số 1 sang băng tải số 2.
Chọn cơ cấu phân loại sử dụng xy lanh khí nén
Yêu cầu kĩ thuật của cơ cấu:
− Sức đẩy của xylanh: khối lượng tối đa của hàng là 3kg nên chọn xylanh có lực đẩy phải lớn hơn khối lượng của vật
− Truyền động cơ cấu: dùng khí nén đề đẩy khối hàng
− Hành trình xy lanh: 100mm
− Điều khiển điện thông qua van điện khí nén
4.4.2 Sơ lược về xy lanh khí nén
Xi lanh khí nén, hay còn gọi là xi lanh khí, là thiết bị cơ học hoạt động dựa trên khí nén, chủ yếu là không khí Có hai loại xi lanh chính được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.
Xi lanh khí nén 1 chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn, sử dụng khí nén để di chuyển piston theo một hướng nhất định Piston trở về vị trí ban đầu nhờ vào lực tác động của lò xo hoặc lực đẩy từ bên ngoài.
Hình 4 15 Xy lanh tác động 1 chiều
Xi lanh khí nén 2 chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép, là loại xi lanh có cơ cấu dẫn động ở cả hai đầu Loại xi lanh này sử dụng lực đẩy của khí nén để thực hiện các chuyển động đẩy ra và rút lại Một đặc điểm nổi bật của hầu hết các xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ có ở một phía, điều này ảnh hưởng đến kích thước và thiết kế của sản phẩm.
2 đầu piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hoàn toàn
Hình 4 16 Xy lanh tác động 2 chiều
Ngoài ra còn có các loại xy lanh phổ biến như:
− Xy lanh khí nén tròn
− Xy lanh khí nén vuông
− Xy lanh kẹp, trượt, quay,…
− Xy lanh có 2 ty, 3 ty,…
Hình 4 17 Các loại xy lanh trên thị trường
Nhóm đã chọn sử dụng xy lanh tròn 1 trục ty để đẩy sản phẩm, nhờ vào cấu trúc đơn giản của hệ thống Tổng cộng, toàn bộ hệ thống sẽ bao gồm 4 xy lanh để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
4.4.3 Thiết kế gá xy lanh và cảm biến
Hệ thống xy lanh cần sử dụng cảm biến để xác định vị trí khối hàng, do đó cảm biến phải được lắp đặt ở cạnh xy lanh Tại vị trí hàng chờ và camera quét mã vạch, cần thiết kế xy lanh và cảm biến riêng biệt, dẫn đến việc cần ba loại gá khác nhau.
Chúng tôi sẽ thiết kế gá đặt cảm biến và xy lanh bằng vật liệu Mica với độ dày 10mm, nhằm đảm bảo khả năng chịu lực tác động ngược lại của xy lanh.
Hình 4 18 Thiết kế gá xy lanh và cảm biến
Hình 4 19 Mô hình 3D gá cảm biến và xy lanh
Hình 4 20 Thiết kế gá cảm biến
Hình 4 21 Mô hình 3D gá cảm biến
Hình 4 22 Thiết kế gá xy lanh
Hình 4 23 Mô hình 3D gá xy lanh
Hình 4 24 Mô hình 3D hệ thống
4.5 Thiết kế hệ thống điều khiển
Hình 4 25 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Chức năng của từng khối:
− Khối xử lý trung tâm (Arduino, Labview): Nhận dữ liệu từ khối cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra hành động cho khối xy lanh
− Khối cảm biến (Camera, cảm biến tiệm cận): Nhận diện mã vạch của hàng hóa và gửi tín hiệu về cho khối xử lý trung tâm
− Khối băng tải: Vận chuyển hàng hóa đến vị trí yêu cầu
− Khối xy lanh (van điện từ, xy lanh, relay): Nhận tín hiệu từ khối cảm biến và khối xử lý trung tâm và thực thi hành động
− Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V và 24V cho các khối
4.6 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
4.6.1 Bộ xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ các cảm biến và nút nhấn, sau đó xử lý để điều khiển các cơ cấu chấp hành như relay, van điện từ và động cơ.
Labview có nhiệm vụ xử lý hình ảnh được gửi về từ Camera, đọc mã vạch được dán trên hàng hóa, sau đó gửi tín hiệu cho Arduino
Hình 4 26 Các tính năng của Labview
Hình 4 27 Bộ điều khiển Arduino
Arduino có chức năng đọc tín hiệu từ Labview, chuyển nó thành tín hiệu điện truyền cho khối xy lanh để tiến hành phân loại
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Yêu cầu đầu vào của hệ thống
Mô hình hệ thống với các sản phẩm là các phôi dạng hình hộp chữ nhật có kích thước bằng nhau
Hệ thống được thiết kế nhằm phân loại các sản phẩm khối hộp kích thước 10x10x10(mm) có bề mặt giống nhau, nhưng bị sai mã vạch hoặc không thể nhận diện mã.
Hình 4 1 Mã vạch đúng và mã sai
Hình 4 2 Sản phẩm sai mã vạch
Hình 4 3 Sản phẩm thiếu mã vạch
Hình 4 4 Sản phẩm mã vạch bị lỗi
Hình 4 5 Sản phẩm đạt chuẩn
Việc đảm bảo phân loại sản phẩm chính xác cần đảm bảo:
− Tốc độ băng tải đạt chuẩn, hoạt động ổn định ít rung lắc khi vận hành
− Tốc độ phân loại của hệ thống phải đạt yêu cầu ban đầu đặt ra
− Sản phẩm phân loại phải đạt chuẩn
− Cung cấp đủ ảnh sáng cho hệ thống để đảm bảo việc phát hiện mã vạch được tối ưu.
Thiết kế băng tải
4.1.1 Giới thiệu về băng tải
Băng tải là thiết bị quan trọng trong việc vận chuyển sản phẩm và nguyên vật liệu nhanh chóng và hiệu quả Được thiết kế cho môi trường làm việc khắc nghiệt, băng tải công nghiệp có khả năng chịu tải lớn và di chuyển theo nhiều hướng khác nhau Với cấu tạo đa dạng từ nhiều loại vật liệu, băng tải được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất, xưởng luyện kim để vận chuyển quặng và than đá, cũng như trong các kho để di chuyển hàng hóa và vật liệu Ngoài ra, trong ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất, băng tải còn giúp vận chuyển sản phẩm giữa các công đoạn và loại bỏ sản phẩm không đạt yêu cầu.
Hình 4 6 Cấu tạo băng tải
Băng tải có nhiều loại với những ưu nhược điểm riêng, nhưng nhìn chung, chúng sở hữu nhiều lợi thế như cấu tạo đơn giản, độ bền cao và khả năng vận chuyển hàng hóa theo nhiều hướng khác nhau, bao gồm nằm ngang và nghiêng Đầu tư ban đầu không quá lớn, băng tải có thể tự động hóa, vận hành dễ dàng và bảo trì thuận tiện Hơn nữa, chúng hoạt động êm ái, mang lại năng suất cao trong khi tiêu tốn năng lượng ít hơn so với các thiết bị vận chuyển khác.
Trong sản xuất và láp ráp chi tiết, băng tải được phân loại dựa vào tải trọng vận chuyển và phạm vi làm việc [11]
• Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây chuyền lắp ráp
• Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây chuyền lắp ráp
• Dùng để vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận có khoảng cách ≥ 50 m
Hình 4 8 Băng tải thanh đẩy
• Dùng để vận chuyển chi tiết lớn giữa các bộ phận có khoảng cách ≥ 50m
Hình 4 9 Băng tải con lăn
4.1.3 Chọn băng tải phù hợp
Từ yêu cầu đặt ra của khối hàng ban đầu, ta lựa chọn thiết kế hệ thống 2 băng tải đai vì:
− Khi vận hành có độ ổn định cao
− Kết cấu đơn giản dễ lắp đặt và thay đổi
Thiết kế hệ thống băng tải PVC xanh có các thông số kĩ thuật sau:
− Vật liệu khung: Nhôm định hình 30x30mm
− Chất liệu dây đai: Nhựa PVC xanh độ dày 2mm
− Kích thước mặt băng tải: 400x100mm
4.2.4 Chọn động cơ cho băng tải
Lựa chọn động cơ Động cơ giảm tốc JGB37-555 tốc độ 60 rpm làm bộ phận dẫn động cho băng tải vì:
− Băng tải chỉ có nhiệm vụ chạy 1 chiều và chuyển hàng đến vị trí yêu cầu
− Không đòi hỏi tốc độ và độ chính xác cao
− Dễ điều khiển, giá thành rẻ
Bảng 4 1 Thông số động cơ
Tỉ số truyền 1:64 Điện áp định mức 24 VDC
Tốc độ không tải 60 rpm
Tốc độ khi có tải 42 rpm
Moment định mức 10.7 kg.cm
4.2.5 Thông số băng tải và mô hình 3D
Bảng 4 2 Thông số băng tải
Chiều rộng 100 mm Đường kính trục băng tải 60 mm
Hình 4 11 Mô hình 3D băng tải chuyển hàng
(Phần tính toán băng tải xem thêm tại phụ lục 1.2)
Thiết kế máng dẫn sản phẩm
4.3.1 Chọn vật liệu cho máng dẫn
Máng dẫn thường được làm từ Mica, hay còn gọi là tấm Acrylic, nhờ vào đặc tính cơ học không yêu cầu quá cao Mica có thành phần hóa học chính là K2O, Al2O3 và 6SiO2, giúp đảm bảo độ bền và tính linh hoạt cho sản phẩm.
Mica là vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc trưng thuộc hệ một phương, với liên kết thủy tinh chặt chẽ và xu hướng tinh thể giả hệ lục phương Nhờ vào thành phần hóa học tương tự nhau, mica được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất.
Chọn tấm Mica Acrylic có độ dày 5 mm
Khối lượng riêng của mica 5mm: 6kg/m 2
Để đảm bảo sản phẩm không bị đẩy lệch khỏi máng do sự khác biệt về tốc độ giữa xy lanh và băng tải, cần thiết kế xy lanh liền với kích thước lớn hơn Do đó, việc phát triển hai loại máng trượt là cần thiết, bao gồm máng trượt đơn và máng trượt đôi.
4.3.2 Thông số kỹ thuật máng dẫn sản phẩm
Hình 4 13 Mô hình máng trượt sản phẩm đơn
Bảng 4 3 Thông số máng trượt đơn
Kích thước dẫn sản phẩm 100 ± 10 mm Trọng lượng chịu được tối đa 3 kg
Hình 4 14 Mô hình máng trượt sản phẩm đôi Bảng 4 4 Thông số máng trượt đôi
Kích thước dẫn sản phẩm 100 ± 10 mm Trọng lượng chịu được tối đa 3 kg
Thiết kế cơ cấu xy lanh phân loại
4.4.1 Xác định phương án thiết kế
Trong hệ thống phân loại hàng hóa, cơ cấu này nhận lệnh từ bộ xử lý trung tâm để đẩy khối hàng từ băng tải vận chuyển xuống máng trượt và chuyển khối hàng từ băng tải số 1 sang băng tải số 2.
Chọn cơ cấu phân loại sử dụng xy lanh khí nén
Yêu cầu kĩ thuật của cơ cấu:
− Sức đẩy của xylanh: khối lượng tối đa của hàng là 3kg nên chọn xylanh có lực đẩy phải lớn hơn khối lượng của vật
− Truyền động cơ cấu: dùng khí nén đề đẩy khối hàng
− Hành trình xy lanh: 100mm
− Điều khiển điện thông qua van điện khí nén
4.4.2 Sơ lược về xy lanh khí nén
Xi lanh khí nén, hay còn gọi là xi lanh khí, là thiết bị cơ học hoạt động dựa trên khí nén, thường là không khí Thiết bị này bao gồm hai loại chính.
Xi lanh khí nén một chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn, sử dụng khí nén để di chuyển piston theo một hướng cố định Piston sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ vào lực của lò xo hoặc một lực đẩy từ bên ngoài.
Hình 4 15 Xy lanh tác động 1 chiều
Xi lanh khí nén 2 chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép, là loại thiết bị có cơ cấu dẫn động ở cả hai đầu Nó sử dụng lực đẩy của khí nén để thực hiện cả hai chức năng đẩy ra và rút lại Một đặc điểm nổi bật của hầu hết các xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ nằm ở một phía, giúp tiết kiệm không gian và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
2 đầu piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hoàn toàn
Hình 4 16 Xy lanh tác động 2 chiều
Ngoài ra còn có các loại xy lanh phổ biến như:
− Xy lanh khí nén tròn
− Xy lanh khí nén vuông
− Xy lanh kẹp, trượt, quay,…
− Xy lanh có 2 ty, 3 ty,…
Hình 4 17 Các loại xy lanh trên thị trường
Nhóm đã chọn sử dụng xy lanh tròn 1 trục ty để đẩy sản phẩm do cấu trúc đơn giản của hệ thống Tổng cộng, hệ thống sẽ sử dụng 4 xy lanh để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
4.4.3 Thiết kế gá xy lanh và cảm biến
Hệ thống xy lanh cần sử dụng cảm biến để nhận biết vị trí khối hàng nhằm thực hiện thao tác chính xác Cảm biến nên được lắp đặt ở cạnh xy lanh Tại vị trí hàng chờ và camera quét mã vạch, cần có xy lanh và cảm biến riêng biệt, do đó cần thiết kế ba loại gá khác nhau.
Chúng tôi sẽ thiết kế gá đặt cảm biến và xy lanh từ vật liệu Mica với độ dày 10mm, đảm bảo gá đặt có khả năng chịu lực tác động ngược lại từ xy lanh.
Hình 4 18 Thiết kế gá xy lanh và cảm biến
Hình 4 19 Mô hình 3D gá cảm biến và xy lanh
Hình 4 20 Thiết kế gá cảm biến
Hình 4 21 Mô hình 3D gá cảm biến
Hình 4 22 Thiết kế gá xy lanh
Hình 4 23 Mô hình 3D gá xy lanh
Hình 4 24 Mô hình 3D hệ thống
Thiết kế hệ thống điều khiển
Hình 4 25 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Chức năng của từng khối:
− Khối xử lý trung tâm (Arduino, Labview): Nhận dữ liệu từ khối cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra hành động cho khối xy lanh
− Khối cảm biến (Camera, cảm biến tiệm cận): Nhận diện mã vạch của hàng hóa và gửi tín hiệu về cho khối xử lý trung tâm
− Khối băng tải: Vận chuyển hàng hóa đến vị trí yêu cầu
− Khối xy lanh (van điện từ, xy lanh, relay): Nhận tín hiệu từ khối cảm biến và khối xử lý trung tâm và thực thi hành động
− Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V và 24V cho các khối.
Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
4.6.1 Bộ xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến và nút nhấn, sau đó xử lý để điều khiển các cơ cấu chấp hành như relay, van điện từ và động cơ.
Labview có nhiệm vụ xử lý hình ảnh được gửi về từ Camera, đọc mã vạch được dán trên hàng hóa, sau đó gửi tín hiệu cho Arduino
Hình 4 26 Các tính năng của Labview
Hình 4 27 Bộ điều khiển Arduino
Arduino có chức năng đọc tín hiệu từ Labview, chuyển nó thành tín hiệu điện truyền cho khối xy lanh để tiến hành phân loại
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại board Arduino như UNO, Mega với những ưu nhược điểm khác nhau Đối với dự án có yêu cầu xử lý không quá phức tạp, nhóm đã quyết định chọn sử dụng board Arduino UNO.
Hình 4 28 Datasheet của Arduino UNO
Hình 4 29 Sơ đồ chân Arduino UNO
Bảng 4 5 Thông số Arduino UNO
Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 7 – 12 V
Chân I/O digital 14 ( có 6 chân xuất xung PWM)
4.5.2 Camera quét mã vạch và cảm biến a) Camera quét mã vạch Để nhận diện mã barcode nhóm sử dụng camera logitech C270
Hình 4 30 Camera ghi hình ảnh
Camera có nhiệm vụ quét hình ảnh trực tiếp của hàng hóa, bao gồm cả mã vạch được dán từ trước, sau đó truyền về cho Labview
Thông số kỹ thuật Độ phân giải HD (1280 x 720 pixels)
Kết nối USB b) Cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 là thiết bị điện tử tiên tiến, sử dụng bức xạ hồng ngoại để phát hiện vật cản phía trước Với máy phát và máy thu hồng ngoại, cảm biến này hoạt động hiệu quả trong việc xác định và đo lường, đồng thời có khả năng chống nhiễu tốt nhờ vào dải tần số chuyên biệt.
Hình 4 31 Cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến NPN được kết nối với điện trở nội 10k lên VCC, do đó, điện áp cao của chân tín hiệu sẽ tương đương với điện áp cấp cho cảm biến Khi cảm biến phát hiện vật cản, chân tín hiệu sẽ chuyển về mức thấp.
Hình 4 32 Cấu tạo cảm biến
Bảng 4 7 Thông số cảm biến
Kích thước đường kính 18 mm Điện áp làm việc 6-36VDC
Khoảng cách phát hiện 60-300 mm Điều chỉnh khoảng cách Biến trở
Sản phẩm có trọng lượng nhẹ và hình dạng hộp, vì vậy nhóm đã chọn sử dụng xilanh khí nén MAL16-100 dạng tròn để đẩy sản phẩm Chi tiết tính toán cụ thể được trình bày trong phụ lục 1.1.
Bảng 4 8 Thông số xy lanh
Phương pháp tác động Tác động đơn Đường kính trục ty 16 mm
Hành trình 100 mm Độ dày 10 mm
Vận tốc tối đa 200 mm/s
Hệ thống sử dụng tổng cộng 4 xy lanh khí nén có áp suất tối đa 0.7Mpa nên nhóm sử dụng 4 van điện từ khí nén Airtac 4V210-08 sử dụng điện 24V
4.5.5 Nguồn cấp cho toàn hệ thống
Các thiết bị trong hệ thống sử dụng nguồn 24VDC và 5VDC để hoạt động, tuy nhiên điện sử dụng là điện lưới 220VAC
Hệ thống sử dụng động cơ giảm tốc băng tải, van khí nén và đèn tín hiệu với điện áp 24VDC, do đó nhóm đã thiết lập hai nguồn tổ ong: một nguồn 24VDC 5A để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống, và một nguồn 5VDC 10A để cấp điện cho Arduino, hệ thống cảm biến và module Relay.
4.5.6 Mạch điều khiển động cơ băng tải
Hệ thống bao gồm hai băng tải hoạt động độc lập, đòi hỏi động cơ phải được điều chỉnh với tốc độ khác nhau Do đó, nhóm đã sử dụng hai mạch điều khiển động cơ riêng biệt cho từng băng tải.
Chọn mạch băm xung PWM V6 24VDC 10A
Hình 4 37 Mạch điều khiển động cơ
Bảng 4 11 Thông số mạch điều khiển động cơ
Chu kì làm việc PWM 10% - 100%
Arduino UNO điều khiển việc đóng ngắt các van điện từ cho xy lanh, nhưng do van sử dụng điện áp 24VDC trong khi chân Output chỉ có 5VDC, nên cần lắp đặt Relay trung gian để điều khiển tín hiệu.
Nhóm đã chọn sử dụng module Relay 2 kênh kích mức thấp 5V để nhận tín hiệu từ board Arduino và cảm biến hồng ngoại, đảm bảo tính an toàn cho thiết bị và bảo vệ bộ điều khiển Relay hoạt động như thiết bị trung gian, giúp cách ly bộ điều khiển và thiết bị khi có sự cố, đồng thời dễ dàng điều khiển và phân chia nguồn kết nối Các relay này nhận tín hiệu đóng/ngắt từ bộ điều khiển và thực hiện việc cấp hoặc ngắt điện cho thiết bị chấp hành, với yêu cầu phải đáp ứng nhanh và chịu được điện áp, dòng lớn.
Bảng 4 12 Thông số module Relay
Nguồn cấp 5VDC Điện thế đóng ngắt tối đa AC 30-250V Dòng tiêu thụ trên mỗi Relay 80mA
MCB tổng là thiết bị tự động cắt điện khi xảy ra sự cố quá tải hoặc ngắn mạch, giúp bảo vệ an toàn cho người và thiết bị điện Nhóm đã chọn MCB Vanlock PS45N-C16 làm thiết bị đóng cắt cho hệ thống này.
Nút nhấn Start và Stop được sử dụng để bật và tắt hệ thống, trong khi nút Emergency giúp xử lý các tình huống khẩn cấp Thiết bị LA38/203-209B đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
PBCY090-LAY37 làm nút nhấn dừng khẩn cấp
Bảng 4 13 Thông số nút nhấn
Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 440V
Chất liệu Nhựa, kim loại
Nắp kính đường 22mm 22mm
Nhiệt độ làm việc -5 độ - 50 độ C
Hình 4 41 Nút dừng khẩn cấp
Bảng 4 14 Thông số nút dừng khẩn cấp
Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 660V
Chất liệu Nhựa, kim loại
Nắp kính đường 22mm 22mm
Bảng 4 15 Thông số công tắc xoay
Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 660V
Chất liệu Nhựa, kim loại
Nắp kính đường 22mm 22mm
− Đèn báo Start, Stop Để báo hiệu cho người dùng trạng thái của hệ thống, nhom sử dụng đèn Start, Stop nguồn 24V AD16-22DS
4.5.9 Sơ đồ nối dây toàn hệ thống
Hình 4 44 Sơ đồ nối dây hệ thống điều khiển
Hình 4 45 Sơ đồ nối dây van điện từ xy lanh và Driver băng tải
Lưu đồ giải thuật
Hình 4 46 Lưu đồ giải thuật
(Giao diện điều khiển và code hệ thống xem thêm tại phụ lục 2)
Quy trình quét vầ kiểm tra mã vạch của Labview:
Trước khi được đưa vào hệ thống, mỗi sản phẩm sẽ được gán một mã vạch chứa thông tin quan trọng, bao gồm mã sản phẩm và khối lượng của nó.
− Labview sau khi quét được mã vạch gồm 13 chữ số của mã vạch sản phẩm sẽ tiến hành tách mã thành 2 thông tin
Mã sản phẩm được phân loại bằng 5 chữ số, bắt đầu từ chữ số thứ 2 tính từ bên phải của dãy 13 chữ số trong mã vạch Những 5 chữ số này sẽ được Labview đối chiếu với 5 chữ số mà người dùng nhập vào trên giao diện Labview.
Khối lượng sản phẩm, được làm tròn đến kilogram, được tích hợp vào chữ số đầu tiên của mã sản phẩm Phần mềm Labview sẽ tách chữ số này và thực hiện cộng dồn sau mỗi lần sản phẩm cùng mã vạch được phân loại.
Quy trình hoạt động của toàn hệ thống:
− Sau khi đóng công tắc xoay, băng tải 1 và 2 chạy, đèn báo chuyển từ đỏ sang xanh, hệ thống sẵn sàng cho việc phân loại
Khi nhấn nút Start, xy lanh 1 sẽ đẩy sản phẩm đầu tiên vào băng tải 1 Cảm biến quang 1 sẽ nhận diện sản phẩm, trong khi Camera thực hiện việc quét mã vạch và kiểm tra thông tin sản phẩm.
• Nếu sản phẩm đúng loại mã 1, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1, cảm biến quang 2 nhận, xy lanh 2 tiến hành đẩy sản phẩm vào băng tải
Khi cảm biến quang 3 nhận diện sản phẩm di chuyển, xy lanh 3 sẽ đẩy sản phẩm vào máng trượt 2 Đồng thời, hệ thống sẽ đếm số lượng sản phẩm 1 và cộng dồn khối lượng của chúng Xy lanh 1 cũng sẽ đẩy sản phẩm mới trở lại băng tải 1.
• Nếu sản phẩm đúng loại mã 2, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1, cảm biến quang 2 nhận, xy lanh 2 tiến hành đẩy sản phẩm vào băng tải
Khi cảm biến quang 4 nhận diện sản phẩm, xy lanh 4 sẽ đẩy sản phẩm vào máng trượt 3 Đồng thời, bộ đếm sẽ ghi nhận số lượng sản phẩm 2 và cộng dồn khối lượng của chúng Xy lanh 1 sau đó sẽ đẩy sản phẩm mới vào băng tải 1.
• Nếu sản phẩm đúng loại mã 3, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1, cảm biến quang 2 nhận, xy lanh 2 tiến hành đẩy sản phẩm vào băng tải
Sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 2 và vào máng trượt 4, trong khi đó, counter sẽ đếm số lượng sản phẩm 3 và cộng dồn khối lượng của chúng Đồng thời, xy lanh 1 sẽ đẩy sản phẩm mới quay trở lại băng tải 1.
Nếu sản phẩm có mã sai hoặc không được nhận diện qua mã vạch, nó sẽ di chuyển đến cuối băng tải 1 và rơi vào máng trượt 1 Trong quá trình này, xy lanh 1 sẽ đẩy sản phẩm mới vào lại băng tải 1.
− Mỗi khi có sản phẩm đúng mã được phân loại, Counter của sản phẩm đó sẽ đếm lên
− Sản phẩm mới sẽ được phân loại liên tục và tuần tự khi sản phẩm trước đó được phân loại xong
− Khi gặp sự cố, nhấn nút Emergency thì toàn hệ thống sẽ ngắt điện.
5.1.1 Thi công máng trượt sản phẩm
Hình 5 1 Cắt mica theo kích thước đã có
Hình 5 2 Máng trượt sản phẩm hoàn thiện
Hình 5 3 Băng tải đã lắp hoàn thiện
Bộ phận đầu tiên của hệ thống bao gồm khung máy và tủ điện điều khiển, được lắp đặt hoàn thiện trước Khung máy có kích thước 70x70x55cm, phần trên được trang bị tấm nhựa Mica dày 5mm, tương ứng với kích thước của bàn.
Hình 5 4 Lắp khung máy và tủ điện
− Khung máy được lắp bằng nhôm định hình 20x20 và 40x20 Các thanh nhôm được lắp vào nhau bằng các ke góc và ốc lục giác 6mm.
Hình 5 5 Ke góc, Tán luồng và ốc lục giác
Bước tiếp theo trong quy trình là lắp đặt hệ thống van điện từ khí nén điều khiển xy lanh vào mặt sau của tủ điện Các van sẽ được kết nối với dây điện điều khiển và tiến hành kiểm tra Sau đó, lắp đặt các đầu ống để kết nối ống khí và gắn chúng vào mặt sau của tủ điện điều khiển.
Hình 5 6 Lắp cái đầu ống đồng và đầu xả khí cho van
− Ta tiến hành lắp 4 van điện từ điều khiển 4 xy lanh vào tủ,
Hình 5 7 Lắp cụm van điện từ khí nén
− Sau khi thi công băng tải, ta tiến hành lắp 2 băng tải vào hệ thống mỗi băng tải sử dụng 4 ốc 5mm để lắp vào máy.
Hình 5 8 Lắp băng tải vào hệ thống
Hình 5 9 Băng tải 1 và 2 sau khi lắp hoàn chỉnh
− Tiếp đến ta sẽ lắp khung Camera Khung được lắp bằng nhôm định hình 20x20, khung có chiều cao 20cm từ băng tải
Lắp gá đặt sản phẩm chờ được thực hiện bằng tấm Mica dày 10mm và hai thanh nhôm 20x20 để đảm bảo khả năng chịu lực Tấm Mica còn được trang bị hai thanh dẫn hướng, giúp sản phẩm được định hướng chính xác khi di chuyển vào băng tải, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc quét mã vạch.
Hình 5 11 Ráp gá đặt sản phẩm chờ
− Sau đó ta lắp khung Camera và gá đặt sản phẩm chờ vào hệ thống.
Hình 5 12 Siết ốc sau khi lắp gá vị trí chờ sản phẩm
Hình 5 13 Lắp gá Camera và gá đặt sản phẩm chờ
− Ta tiến hành lắp các cụm xy lanh và gá cảm biến.
Hình 5 14 Lắp gá xy lanh số 1
Hình 5 15 Lắp gá xy lanh số 2 và cảm biến quang
Hình 5 16 Lắp gá xy lanh số 3 và cảm biến
Hình 5 17 Lắp gá xy lanh số 4 và cảm biến quang
− Tiếp đến là lắp hệ thống ống dẫn khí nén vào van điện từ.
Hình 5 18 Lắp ống dẫn khí vào van
Hình 5 19 Lắp ống dẫn khí từ van đến xy lanh
− Các ống dẫn khí được lắp là ống phi 6mm, dẫn khí từ van đến xy lanh và từ nguồn khí chình đến các van điện từ.
Hình 5 20 Hệ thống ống khí vào van điện từ sau khi lắp hoàn thiện
Hình 5 21 Lắp máng trượt lên khung máy
Hình 5 22 Lắp cụm xy lanh số 2
Hình 5 23 Lắp cụm xy lanh 3 và 4
Khi lắp đặt các xy lanh và cảm biến, có thể xảy ra sai số, dẫn đến kết quả không đạt yêu cầu Do đó, sau khi lắp đặt vào hệ thống, cần tiến hành hiệu chỉnh các thông số như góc quét của cảm biến, độ dài quét và tốc độ của xy lanh để đảm bảo đạt được kết quả mong muốn ban đầu.
Hình 5 24 Lắp cảm biến và hiệu chỉnh
Hình 5 25 Lắp cụm xy lanh 1
Hình 5 26 Toàn hệ thống sau khi lắp hoàn thiện
Hình 5 27 Lắp dây dẫn vào Driver điều khiển băng tải
Hình 5 28 Lắp dây dẫn vào hệ thống đèn và nút điều khiển
Hình 5 29 Lắp dây dẫn vào các thành phần của từ điện
Hình 5 30 Kiểm tra các mối nối dây điện
Hình 5 31 Lắp tủ điện hoàn chỉnh
Hình 5 32 Cắt giấy ghi thông tin cho các nút nhấn và đèn báo
Hình 5 33 Dán giấy chú thích và lắp núm lắp vặn Driver băng tải
Hình 5 34 Tủ điện lắp hoàn chỉnh
Hình 5 35 Thành phần tủ điện
Hình 5 36 Thành phần tủ điện
Hình 5 37 Thành phần tủ điện
5.4 Thiết kế giao diện điều khiển
Hình 5 39 Chương trình Labview quét mã và phân loại sản phẩm
Hình 5 40 Chương trình Labview đếm số lượng sản phẩm
Hình 5 41 Chạy thử với sản phẩm loại 1
Hình 5 42 Chạy thử sản phẩm 2
Hình 5 43 Chạy thử sản phẩm 3
Hình 5 44 Chạy thử với sản phẩm lỗi
Bảng 5 1 Kết quả chạy thử
Sản phẩm loại 1 Sản phẩm loại 2 Sản phẩm loại 3
THI CÔNG
Thi công cơ khí
5.1.1 Thi công máng trượt sản phẩm
Hình 5 1 Cắt mica theo kích thước đã có
Hình 5 2 Máng trượt sản phẩm hoàn thiện
Hình 5 3 Băng tải đã lắp hoàn thiện
Lắp đặt hệ thống
Bộ phận đầu tiên trong hệ thống là khung máy và tủ điện điều khiển, được lắp ráp hoàn thiện trước Khung máy có kích thước 70x70x55cm, và phần trên được trang bị một tấm nhựa Mica dày 5mm, có kích thước tương ứng với bàn.
Hình 5 4 Lắp khung máy và tủ điện
− Khung máy được lắp bằng nhôm định hình 20x20 và 40x20 Các thanh nhôm được lắp vào nhau bằng các ke góc và ốc lục giác 6mm.
Hình 5 5 Ke góc, Tán luồng và ốc lục giác
Bước tiếp theo là lắp đặt hệ thống van điện từ khí nén điều khiển xy lanh vào mặt sau của tủ điện Các van cần được kết nối với dây điện điều khiển và tiến hành kiểm tra Sau đó, lắp các đầu ống đống để kết nối ống khí và gắn chúng vào mặt sau của tủ điện điều khiển.
Hình 5 6 Lắp cái đầu ống đồng và đầu xả khí cho van
− Ta tiến hành lắp 4 van điện từ điều khiển 4 xy lanh vào tủ,
Hình 5 7 Lắp cụm van điện từ khí nén
− Sau khi thi công băng tải, ta tiến hành lắp 2 băng tải vào hệ thống mỗi băng tải sử dụng 4 ốc 5mm để lắp vào máy.
Hình 5 8 Lắp băng tải vào hệ thống
Hình 5 9 Băng tải 1 và 2 sau khi lắp hoàn chỉnh
− Tiếp đến ta sẽ lắp khung Camera Khung được lắp bằng nhôm định hình 20x20, khung có chiều cao 20cm từ băng tải
Lắp gá đặt sản phẩm chờ sử dụng tấm Mica 10mm và hai thanh nhôm 20x20 để đảm bảo khả năng chịu lực Tấm Mica còn được trang bị hai thanh dẫn hướng, giúp định hướng sản phẩm khi được đưa vào băng tải, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc quét mã vạch.
Hình 5 11 Ráp gá đặt sản phẩm chờ
− Sau đó ta lắp khung Camera và gá đặt sản phẩm chờ vào hệ thống.
Hình 5 12 Siết ốc sau khi lắp gá vị trí chờ sản phẩm
Hình 5 13 Lắp gá Camera và gá đặt sản phẩm chờ
− Ta tiến hành lắp các cụm xy lanh và gá cảm biến.
Hình 5 14 Lắp gá xy lanh số 1
Hình 5 15 Lắp gá xy lanh số 2 và cảm biến quang
Hình 5 16 Lắp gá xy lanh số 3 và cảm biến
Hình 5 17 Lắp gá xy lanh số 4 và cảm biến quang
− Tiếp đến là lắp hệ thống ống dẫn khí nén vào van điện từ.
Hình 5 18 Lắp ống dẫn khí vào van
Hình 5 19 Lắp ống dẫn khí từ van đến xy lanh
− Các ống dẫn khí được lắp là ống phi 6mm, dẫn khí từ van đến xy lanh và từ nguồn khí chình đến các van điện từ.
Hình 5 20 Hệ thống ống khí vào van điện từ sau khi lắp hoàn thiện
Hình 5 21 Lắp máng trượt lên khung máy
Hình 5 22 Lắp cụm xy lanh số 2
Hình 5 23 Lắp cụm xy lanh 3 và 4
Khi lắp đặt các xy lanh và cảm biến, có thể xảy ra sai số dẫn đến kết quả không chính xác Để khắc phục điều này, sau khi lắp lên hệ thống, cần tiến hành hiệu chỉnh các thông số như góc quét của cảm biến, độ dài quét và tốc độ của xy lanh, nhằm đảm bảo đạt được kết quả mong muốn.
Hình 5 24 Lắp cảm biến và hiệu chỉnh
Hình 5 25 Lắp cụm xy lanh 1
Hình 5 26 Toàn hệ thống sau khi lắp hoàn thiện
Thi công tủ điện
Hình 5 27 Lắp dây dẫn vào Driver điều khiển băng tải
Hình 5 28 Lắp dây dẫn vào hệ thống đèn và nút điều khiển
Hình 5 29 Lắp dây dẫn vào các thành phần của từ điện
Hình 5 30 Kiểm tra các mối nối dây điện
Hình 5 31 Lắp tủ điện hoàn chỉnh
Hình 5 32 Cắt giấy ghi thông tin cho các nút nhấn và đèn báo
Hình 5 33 Dán giấy chú thích và lắp núm lắp vặn Driver băng tải
Hình 5 34 Tủ điện lắp hoàn chỉnh
Hình 5 35 Thành phần tủ điện
Hình 5 36 Thành phần tủ điện
Hình 5 37 Thành phần tủ điện
Thiết kế giao diện điều khiển
Hình 5 39 Chương trình Labview quét mã và phân loại sản phẩm
Hình 5 40 Chương trình Labview đếm số lượng sản phẩm
Hình 5 41 Chạy thử với sản phẩm loại 1
Hình 5 42 Chạy thử sản phẩm 2
Hình 5 43 Chạy thử sản phẩm 3
Hình 5 44 Chạy thử với sản phẩm lỗi
Bảng 5 1 Kết quả chạy thử
Sản phẩm loại 1 Sản phẩm loại 2 Sản phẩm loại 3
