Thiết kế hệ thống phân loại bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay robot

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, tự động hóa sản xuất hầu hết công ty quan tâm đầu tư phát triền nhằm nâng cao suất chất lượng sản phầm, robot thiết bị giúp tự động hóa q trình sản xuất phân loại Trong luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng robot Barcode Reader thay người cơng đoạn quy trình phân loại, cụ thể cơng đoạn phân loại hàng hóa theo mã code Luận văn tập trung lập trình điều khiển thiết kế phần cứng hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot Barcode reader Tìm hiểu điều khiển robot bậc tự RH-3F Barcode reader CF26-LR hãng Mitsubishi, thiết kế cụm hút sản phẩm gắn tay máy, thiết kế hệ thống vận chuyển sản phẩm trình phân loại Áp dụng vào hệ thống thực tế đánh giá chất lượng hệ thống Luận văn gồm có chương liệt kê Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương 4: Thiết kế phần mềm Chương 5: Kết đạt Chương 6: Kết luận v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv LỜI MỞ ĐẦU v Danh Mục Các Từ Viết Tắt ix Danh Mục Bảng x Danh Mục Các Hình Ảnh, Biểu Đồ xi Chương Error! Bookmark not defined Tổng Quan Error! Bookmark not defined 1.1 Đặt vấn đề .Error! Bookmark not defined 1.2 Mục tiêu đề tài .Error! Bookmark not defined 1.3 Nội dung nghiên cứu .Error! Bookmark not defined 1.4 Giới hạn đề tài Error! Bookmark not defined Chương Error! Bookmark not defined Cơ Sở Lý Thuyết Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu hệ thống phân loại sản phẩm .Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hệ thống phân loại theo màu sắc .Error! Bookmark not defined 2.1.2 Hệ thống phân loại theo cân nặng .Error! Bookmark not defined 2.1.3 Hệ thống phân loại theo hình dáng Error! Bookmark not defined 2.1.4 Hệ thống phân loại mã vạch .Error! Bookmark not defined 2.2 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống Error! Bookmark not defined 2.3 Cơ sở lý thyết phần cứng Error! Bookmark not defined 2.3.1 Thiết bị điều khiển Error! Bookmark not defined vi 2.3.2 Cấu hình hệ thu thập thơng tin điều khiểnError! defined Bookmark not 2.3.3 Cơ cấu giám sát Error! Bookmark not defined 2.3.4 Cơ cấu phân loại .Error! Bookmark not defined 2.3.5 Cảm biến Error! Bookmark not defined 2.3.6 Băng tải Error! Bookmark not defined 2.3.7 Động điện Error! Bookmark not defined 2.3.8 Thiết bị truyền động Error! Bookmark not defined 2.3.9 Mạng truyền thông công nghiệp Error! Bookmark not defined 2.3.10 Mạng truyền thông Ethernet Error! Bookmark not defined Chương Error! Bookmark not defined Thiết Kế Hệ Thống .Error! Bookmark not defined 3.1 Yêu cầu thiết kế .Error! Bookmark not defined 3.2 Quy trình phân loại sản phẩm Error! Bookmark not defined 3.3 Thiết kế phần cứng Error! Bookmark not defined 3.3.1 Lựa chọn cấu hình hệ thu thập thông tin điều khiểnError! not defined Bookmark 3.3.2 Thiết kế khâu nhận diện sản phẩm Error! Bookmark not defined 3.3.3 Lựa chọn cấu phân loại Error! Bookmark not defined 3.3.4 Bộ điều khiển Robot Error! Bookmark not defined 3.3.5 Lựa chọn băng tải vận chuyển Error! Bookmark not defined 3.3.6 Lựa chọn động kéo băng tải Error! Bookmark not defined 3.3.7 Lựa chọn biến tần .Error! Bookmark not defined 3.3.8 Lựa chọn thiết bị truyền động Error! Bookmark not defined 3.3.9 Lựa chọn cảm biến vật Error! Bookmark not defined 3.3.10 Lựa chọn cấu giám sát Error! Bookmark not defined 3.3.11 Lựa chọn điều khiển hệ thống Error! Bookmark not defined vii 3.3.12 Lựa chọn thiết bị cấu hình hệ thống điều khiểnError! defined Bookmark not 3.4 Mơ hình hệ thống Error! Bookmark not defined 3.5 Sơ đồ nối dây Error! Bookmark not defined 3.5.1 Sơ đồ nối dây Error! Bookmark not defined 3.5.2 Sơ đồ mạch động lực Error! Bookmark not defined Chương Error! Bookmark not defined Thiết Kế Phần Mềm .Error! Bookmark not defined 4.1 Sơ đồ trạng thái .Error! Bookmark not defined 4.2 Thiết kế giao diện HMI Error! Bookmark not defined 4.2.1 Yêu cầu thiết kế Error! Bookmark not defined 4.2.2 Yêu cầu màu sắc .Error! Bookmark not defined 4.2.3 Phân cấp hình Error! Bookmark not defined 4.2.4 Alarm .Error! Bookmark not defined 4.2.5 Phân quyền cho người dùng HMI .Error! Bookmark not defined 4.2.6 Thiết kế giao diện HMI Error! Bookmark not defined Chương Error! Bookmark not defined Kết Quả Đạt Được Error! Bookmark not defined 5.1 Kết phần cứng Error! Bookmark not defined 5.2 Kết phần mềm Error! Bookmark not defined 5.3 Quá trình thực nghiệm hoạt động .Error! Bookmark not defined Chương Error! Bookmark not defined Kết Luận Hướng Phát Triển .Error! Bookmark not defined 6.1 Kết luận Error! Bookmark not defined 6.1.1 Công việc thực Error! Bookmark not defined 6.1.2 Hướng phát triển Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined viii Phụ lục Error! Bookmark not defined Danh Mục Các Từ Viết Tắt TMTĐ: Thương mại điện tử PLC: Programable Logic Controller HMI: Human Machine Interface DAQ: Data Acquisition SCADA: Supervisor Control and Data Acquisition PC: Personal Computer ADC: Analog to Digital Converter PVC: Polyvinyl Chloride I/O: Input/Output LAN: Local Area Network TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol RS485: Recommended Standard 485 CPU: Central Processing Unit QR: Quick Response USB: Universal Serial Bus OL: Overload ix Danh Mục Bảng Bảng 3.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật điều khiển Robot Bảng 3.3 So sánh ưu nhược điểm giám sát máy tính hình HMI Bảng 3.4 Đặc điểm thương hiệu PLC Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật PLC R04CPU Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật Module I/O Bảng 3.7 Địa module Input Bảng 3.8 Bảng địa Module Output Bảng 4.1 Các loại cảnh báo alarm Bảng 5.1 Cơ cấu hệ thống Bảng 5.2: Bảng kết số lần nhận dạng hệ thống x Danh Mục Các Hình Ảnh, Biểu Đồ Hình 1.1 Hệ thống phân loại mã vạch Hình 2.1 Hệ thống phân loại cà chua Hình 2.2 Hệ thống phân loại theo cân nặng Hình 2.3 Hệ thống phân loại theo hình dáng Hình 2.4 Hệ thống phân loại theo mã vạch Hình 2.5 Cấu trúc điều khiển vào/ra tập trung Hình 2.6 Cấu trúc điều khiển phân tán Hình 2.7 Các cấp độ truyền mạng cơng nghiệp Hình 3.1 Qui trình cơng nghệ phân loại sản phẩm Hình 3.2 Mơ hình hệ thống khái quát Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thu thập liệu giám sát Hình 3.4 Code Reader CF26-LR Hình 3.5 Robot RH-3FRH Hình 3.6 Động điện Mitsubihi SF-JR 1/4HP 4P Hình 3.7 Biến tần Mitsubishi FR-A820-00046(0.4K) Hình 3.8 Xi-lanh MAL16x200 Hình 3.9 Xi-lanh TN/TDA20x100 Hình 3.10 Van 5/2 AIRTAC 4V210-08 Hình 3.11 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 Hình 3.12 Sơ đồ chân cảm biến quang E3F-DS30C4 Hình 3.13 Màn hình HMI Mitsubishi GS2110-WTBD xi Hình 3.14 Mơ mơ hình hệ thống Hình 3.15 Sơ đồ nối dây với thiết bị Input Hình 3.16 Sơ đồ nối dây với thiết bị Output Hình 3.17 Sơ đồ động lực động Hình 3.18 Sơ đồ động lực thiết bị Hình 4.1 Sơ đồ trạng thái hệ thống Hình 4.2 Màn hình đăng nhập hệ thống Hình 4.3 Màn hình tổng quan hệ thống Hình 4.4 Màn hình thể số sản phẩm cần phân loại Hình 4.5 Màn hình chế độ Auto Hình 4.6 Màn hình chế độ Manual Hình 4.7 Màn hình hiển thị số lượng sản phẩm phân loại Hình 4.8 Màn hình trends Hình 4.9 Màn hình cảnh báo Hình 5.1: Mơ hình tổng quan hệ thống Hình 5.2 Tủ điện hệ thống Hình 5.3 Trang hình đăng nhập hệ thống cấp nguồn Hình 5.4 Màn hình nhập tên tài khoản Hình 5.5 Màn hình nhập sai tên tài khoản Hình 5.6 Màn hình tổng quát hệ thống Sorting System Hình 5.7 Nhập địa khu vực cần phân loại Hình 5.8 Nhập địa sản phẩm cần phân loại Hình 5.9 Màn hình Product Area Window sau nhập xong giá trị xii Hình 5.10 Màn hình Identification Area Window chế độ Auto Hình 5.11 Màn hình Identification Area Window chế độ Manual Hình 5.12 Màn hình Sorted Area Window Hình 5.12 Màn hình Sorted Area Window Hình 5.12 Màn hình Alarm Window Hình 5.13 Hệ thống bật nguồn Hình 5.14 Màn hình Product Area sau nhập đủ thơng số Hình 5.15 Màn hình Identification hoạt động chế độ Auto Hình 5.16 Màn hình Sorting system hoạt động Hình 5.17 Màn hình Sorted Area Window hoạt động Hình 5.18 Màn hình Sorted Area Window hoạt động Hình 5.19 Hệ thống gặp phải sự cố Hình 5.20 Hệ thống báo lỗi Hình 5.21: Màn hình Alarm hiển thị lỗi Hình 5.22 Màn hình Alarm với lỗi sửa Hình 5.23 Người dùng xác nhận lỗi sửa hình Alarm Hình 5.24 Qui trình phân loại vật Hình 5.25 Qui trình phân loại vật Hình 5.26 Qui trình phân loại vật Hình 5.27 Qui trình phân loại vật Hình 5.29 Các bước thực lưu Excel xiii 14 Kết Quả Đạt Được f Thơng tin số sản phẩm Excel Hình 5.29 Các bước thực lưu Excel Bảng 5.2: Bảng kết số lần nhận dạng hệ thống (thực với 100 lần/1 sản phẩm) Khu vực Kết nhận dạng Sản phẩm khu vực 89% Sản phẩm khu vực 83% Sản phẩm khu vực 86% Sản phẩm khu vực 70% 63 Kết Luận Hướng Phát Triển Chương Kết Luận Hướng Phát Triển Chương trình bày kết công việc thực hướng phát triển cho đề tài thời gian tới 6.1 Kết luận 6.1.1 Công việc thực Qua thời gian học tập, nghiên cứu thực đề tài, nhóm hồn thành nội dung sau: - Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot với công suất 720sp/h - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát phần mềm HMI - Sao lưu liệu dạng Excel - Phân quyền cho người sử dụng - Cảnh báo Alarm hệ thống gặp cố Hệ thống cịn có số hạn chế máy đọc mã vạch chưa đọc sản phẩm gần tuyệt đối, giao diện HMI chưa hài hoà phù hợp màu sắc 6.1.2 Hướng phát triển Dựa nghiên cứu đề tài: “Phân loại sản phẩm mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot”, phát triển tính như: - Từ việc đọc ảnh Barcode Reader ta sử dụng ảnh mà Barcode Reader đọc khơng đọc từ đưa yêu cầu hợp lí phần in dán mã vạch cho sản phẩm trước đọc để giảm phần chi phí cho nhà máy - Đưa liệu hệ thống lên Web-Sever để thực điều khiển giám sát từ xa - Hoàn thiện toàn khâu cịn lại nhà máy khâu đóng thùng… 64 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] TS Hoàng Minh Sơn (2003), “Giáo trình hệ thống điều khiển phân tán”, ĐHBK Hà Nội [2] Nguyễn Quốc Toàn, Nguyễn Lê Trung Hiếu (2017), đồ án tốt nghiệp “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC Mitsubishi” [3] Phạm Tài Nam (2018), đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo cân nặng” [4] Lê Văn Thái (2019), đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng camera 3D việc phân loại sản phẩm theo hình dạng kích thước” [5] Phí Đức Tới, Nguyễn Hồng Long (2019), đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp điều khiển giám sát qui trình sản xuất sữa” [6] Theo báo cáo giá trị thương mại điện tử Việt Nam 2014- 2020 trang Web Statista.com 65 Phụ lục Chương trình Robot 66 67 Chương trình PLC 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 ... lựa chọn đề tài: ? ?Phân loại sản phẩm mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay robot? ?? 1.2 Mục tiêu đề tài Nhóm thực đồ án ? ?Phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot? ?? với mục... Thuyết 2.1.4 Hệ thống phân loại mã vạch Hệ thống phân loại mã vạch hệ thống phân loại sản phẩm dán nhãn in 1D 2D với chức tuyệt vời mã vạch nêu chương 1, ta sử dụng mã vạch cơng cụ để phân loại với... Hình ảnh 1.1 minh hoạ khâu phân loại sản phẩm hệ thống phân loại mã vạch Hình 1.1 Hệ thống phân loại mã vạch Với ưu điểm mã vạch tính u cầu cấp bách cần có hệ thống phân loại sản phẩm thay sức người