XÂY DỰNG HỆ THỐNG
TỔNG QUAN HỆ THỐNG
2.1.1 Tổng quan về dây chuyền phân loại sản phẩm
Dây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó các bộ phận thiết bị được thực hiện kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước.
Dây chuyền phân loại sản phẩm là hệ thống phân loại các sản phẩm theo yêu cầu riêng biệt, hiện nay đã được tự động hóa Các hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm phân loại theo kích thước, khối lượng, vật liệu, màu sắc và mã vạch Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước, cụ thể là chiều cao.
2.1.2 Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm
Từ xa xưa, con người đã phân loại sản phẩm không chỉ để phục vụ nhu cầu sinh hoạt mà còn cho việc buôn bán và trao đổi hàng hóa Tuy nhiên, phương pháp phân loại này chủ yếu dựa vào sức lao động thủ công Khi nền kinh tế phát triển và khoa học kỹ thuật bùng nổ, con người đã bắt đầu áp dụng công nghệ vào sản xuất, dẫn đến việc máy móc dần thay thế sức lao động Do đó, các hình thức phân loại sản phẩm đã phát triển mạnh mẽ.
Phân loại sản phẩm là một nhiệm vụ quan trọng và phổ biến trong thực tế hiện nay Việc thực hiện công việc này bằng sức người đòi hỏi sự tập trung cao và tính lặp lại, khiến cho công nhân khó có thể đảm bảo độ chính xác Hơn nữa, nhiều sản phẩm cần phân loại dựa trên các chi tiết nhỏ mà mắt thường khó nhận diện, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất.
Hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc phân loại sản phẩm Tùy thuộc vào độ phức tạp của yêu cầu phân loại, các hệ thống này có thể được thiết kế với quy mô lớn hoặc nhỏ khác nhau.
2.1.3 Các hệ thống phân loại sản phẩm trong công nghiệp hiện nay
Tùy vào yêu cầu của nhà sản xuất và đối tượng cần phân loại là gì mà ta sẽ có những hệ thống phân loại khác nhau như:
Phân loại sản phẩm theo kích thước ở Intech
Hình 1: Băng tải phân loại sản phẩm theo kích thước ở Intech
Phân loại bưu phẩm theo khối lượng ở Viettel Post
Hình 2: Băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng ở Viettel Post
Phân loại cà chua theo màu sắc
Hình 3: Băng tải phân loại cà chua theo màu sắc
Phân loại bưu phẩm theo mã vạch và khối lượng ở LAZADA
Hình 4: Hệ thống phân loại bưu phẩm ở LAZADA.
CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM
Hình 5: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống
Khối nguồn: nhiệm vụ cấp nguồn hoạt động cho các khối: cảm biến, xử lý trung tâm, cơ cấu chấp hành và khối hiển thị.
Khối cảm biến: thu thập tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu đó thành tín hiệu điện áp để gửi về khối xử lý trung tâm.
Khối khuếch đại tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tín hiệu thu thập được, vốn có giá trị rất nhỏ Nhờ vào khối này, tín hiệu được khuếch đại đủ lớn để khối xử lý trung tâm có thể nhận biết và thực hiện các bước xử lý cần thiết.
Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ khối cảm biến, sau đó xử lý và chuyển đổi tín hiệu thành dạng mà PLC S7-1200 có thể hiểu Nó thực hiện tính toán dựa trên chương trình đã lập trình sẵn để xuất kết quả và hiển thị Đồng thời, khối này cũng điều khiển động cơ giảm tốc của băng tải để đưa sản phẩm đến tay gạt phân loại sản phẩm.
Khối cơ cấu chấp hành hoạt động dựa trên tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, điều khiển động cơ giảm tốc của băng tải phân loại sản phẩm và băng tải con lăn Ngoài ra, nó cũng kích hoạt động cơ của tay gạt sản phẩm, đảm bảo phân loại chính xác các loại sản phẩm.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Nhấn nút START băng tải 1 (Main 1) bắt đầu chạy, đèn báo trạng thái bật của nút START là đèn màu xanh lá cây sẽ sáng
Main 1 sẽ dừng lại khi nhấn nút STOP và đèn báo trạng thái bật của nút STOP là đèn màu đỏ sẽ sáng
Trong trường hợp xảy ra sự cố khẩn cấp, hãy nhấn nút EMERGENCY STOP (E-stop) để ngừng ngay lập tức toàn bộ hệ thống Khi nút này được kích hoạt, đèn cảnh báo trên tủ điều khiển sẽ tự động sáng lên.
Để reset lại toàn bộ hệ thống, ta sẽ nhấn nút RESET khi đó đèn trạng thái bật của nút này là đèn màu vàng sẽ sáng.
Phân loại sản phẩm lỗi:
Khi băng tải 1 hoạt động, sản phẩm sẽ được đưa vào và di chuyển đến khu vực kiểm tra độ cao thông qua hai cảm biến quang (CB1 và CB2) Nếu sản phẩm có chiều cao đạt yêu cầu, cả hai cảm biến CB1 và CB2 sẽ được kích hoạt, xác nhận rằng sản phẩm không bị lỗi và tiếp tục được chuyển đến giai đoạn tiếp theo.
Sản phẩm chỉ tác động lên CB1 sẽ bị coi là lỗi và loại bỏ trong quá trình kiểm tra Tín hiệu từ CB1 được ghi nhận và sau một khoảng thời gian trễ, chân điều khiển Pusher sẽ được thiết lập lên mức 1 để đẩy sản phẩm lỗi ra ngoài Sau khi hoàn tất việc đẩy, Pusher sẽ được reset về mức 0 để trở về vị trí ban đầu, sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ khi có sản phẩm lỗi tiếp theo.
Phân loại sản phẩm nhỏ:
Sản phẩm không bị lỗi được băng tải đưa vào khâu xử lý tiếp theo
Lưu ý: Ở cuối Main 1 có đặt một cảm biến quang phát hiện vật để khi có sản phẩm qua nó thì mới kích hoạt băng tải 2 ( Main 2 ) chạy
Tại khâu này, sản phẩm được phát hiện thông qua hai cảm biến quang CB3 và CB4 Nếu sản phẩm có chiều cao tác động lên cả hai cảm biến, nó sẽ được chuyển đến khâu tiếp theo Ngược lại, nếu chỉ tác động lên CB3 mà không tác động lên CB4, sản phẩm sẽ được phân loại là sản phẩm nhỏ và xử lý tại khâu này.
Sau khi hệ thống trải qua thời gian delay, chân điều khiển thanh gạt sẽ được thiết lập lên mức 1 để chuyển sản phẩm sang băng tải phân loại sản phẩm nhỏ Khi quá trình gạt sản phẩm nhỏ hoàn tất, hệ thống sẽ tiếp tục delay và reset chân điều khiển của thanh gạt về mức 0.
Phân loại sản phẩm lớn
Quy trình phân loại sản phẩm lớn tương tự như sản phẩm nhỏ, sau khi được chuyển đến giai đoạn tiếp theo, sản phẩm lớn sẽ được phân loại và thanh gạt qua băng tải chuyên dụng.
Đếm và đóng gói sản phẩm nhỏ, lớn:
Cuối mỗi băng tải phân loại sản phẩm, có một cảm biến được lắp đặt để đếm số lượng sản phẩm đi qua Thông tin này sẽ được hiển thị trên một màn hình LCD đặt ở cuối băng tải.
Băng tải con lăn đưa Pallet vào vị trí rơi của sản phẩm để đóng gói Khi đến vị trí rơi, cảm biến được lắp đặt sẽ phát hiện và dừng băng tải, cho phép sản phẩm rơi xuống Pallet.
Khi đếm đủ 5 sản phẩm thì cho băng tải con lăn tiếp tục hoạt động đưa Pallet tiếp theo vào và tiếp tục thực hiện quy trình
Hệ thống hoạt động liên tục theo chu kỳ cho đến khi người vận hành nhấn nút dừng (STOP) Trong trường hợp khẩn cấp, người dùng có thể nhấn nút dừng khẩn cấp (E-stop) để ngừng toàn bộ hoạt động của hệ thống.
GIỚI THIỆU VỀ 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 dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa nhờ thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ Những đặc điểm này giúp cung cấp giải pháp tối ưu cho các ứng dụng sử dụng 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 trang bị cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP, cho phép kết nối linh hoạt Bên cạnh đó, người dùng có thể sử dụng các module truyền thông mở rộng để kết nối qua RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình chính là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal V15 của Siemens, mang đến sự tiện lợi cho người dùng trong việc lập trình và quản lý hệ thống tự động hóa.
Để thực hiện một dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 6: Sự khác biệt giữa PLC S7 – 200 và PLC S7 – 1200 của Siemens
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Hình 7: Cấu tạo của bộ điều khiển S7 – 1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau….
2.3.2 Các dòng chính của PLC S7 – 1200
S7 - 1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
PLC S7 - 1200 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc 50KB work memory
PLC S7-1200 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc 75KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory.
Bảng 1: Các dòng chính của PLC S7-1200
Làm việc 50 KB 75 KB 100 KB 125 KB 150 KB
Digital 6DI–4DO 8DI–6DO 14DI–10DO
Module tín hiệu mở rộng 0 2 8
Module truyền thông 3 (Mở rộng về bên trái)
Profinet 1 cổng truyền thông Ethernet 2 cổng truyền thông
Ethernet Tốc độ thực thi tính toán toán học 2.3 μ s/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0.08 μ s/lệnh
2.3.3 Tính năng nổi bật của S7 - 1200
Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC
Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz.
Hai ngõ ra PTO 100kHz được sử dụng để điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ bước hoặc bộ lái servo Ngõ ra này cung cấp tín hiệu PWM, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ, vị trí van, và cả việc kiểm soát nhiệt độ.
16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto- tune functionality)
Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board) được gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp tăng cường khả năng kết nối mà không làm thay đổi kích thước của hệ điều khiển.
Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra
Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU
3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, ví dụ module RS232 hay RS485
Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware
Chẩn đoán lỗi online / offline
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO ĐỀ TÀI
Yêu cầu của hệ thống như sau:
Hệ số ma sát = 0,1 (Hệ số ma sát lúc bắt đầu = 0,15)
Khối lượng truyền tải W = 45 Kg ( 3x15 Kg)
Tốc độ truyền tải băng chuyền V = 0,6 m/s = 36 m/phút
⇒ tốc độ tại trục động cơ: vòng/phút
Tốc độ động cơ: N min = 1,3 đến N max = 500 vòng/phút
2.4.1 Hệ thống băng tải 2.4.1.1 Giới thiệu về băng tải
Băng tải là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong ngành luyện kim để chuyển quặng và xỉ lò, cũng như trong các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi, việc vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và sản phẩm khác là rất quan trọng Trong ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất, các phương tiện này được sử dụng để di chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn và phân xưởng, đồng thời hỗ trợ trong việc loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được.
Hình 8: Hình ảnh băng tải trong công nghiệp
2.4.1.2 Một số loại băng tải trong công nghiệp
Băng chuyền có nhiều loại, mỗi loại được thiết kế để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau Việc lựa chọn băng chuyền phù hợp phụ thuộc vào mục đích sử dụng và loại vật liệu cần tải.
Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn.
Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững chắc.
Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng
Băng tải PVC: Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế
Băng tải góc cong: chuyển hướng sản phẩm 30 đến 180 độ
Hình 9: Một số loại băng tải trong công nghiệp
2.4.1.3 Phương án lựa chọn băng tải
Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước, băng tải đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sản phẩm để phân loại Với yêu cầu sản phẩm là các thùng ở dạng rời rạc, băng tải PVC được lựa chọn vì tính phù hợp Sử dụng băng tải PVC mang lại nhiều ưu điểm cho hệ thống, bao gồm độ bền cao, khả năng chịu tải tốt và dễ dàng vệ sinh.
Sản phẩm được dẫn trực tiếp trên băng tải
Tải trọng của băng tải không cần lớn
Thiết kế dễ dàng, dễ thi công
Vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ, thường được sản xuất kèm động cơ.
Do đó, chọn băng tải PVC GUF-P 2000 AC của hãng MK Technology Group với các thông số kỹ thuật:
Chiều dài: 6000 mm và 4000 mm
Đường kính con lăn chính: 53 mm
Tổng khối lượng tải: nhỏ hơn 75 Kg
Tốc độ truyền tải: lên đến 80 m/s
Hình 10: Kích thước của băng tải GUF-P 2000 AC
Sau khi phân loại sản phẩm, việc đóng gói để lưu kho hoặc xuất kho là rất quan trọng Để thực hiện điều này, băng tải con lăn sẽ được sử dụng Với 5 sản phẩm trong một thùng và 3 thùng trên băng tải cùng lúc, tổng khối lượng được tính là: m load roller conveyor = 5 x 3 x 15 = 225 kg.
⇒ Chọn băng tải con lăn RBS-P 2065/2066 của hãng MK Technology Group với các thông số sau:
Đường kính con lăn chính: 50 mm
Tổng khối lượng tải: nhỏ hơn 400 Kg
Tốc độ truyền tải: lên đến 30 m/s
2.4.2 Lựa chọn động cơ cho băng tải
Để chọn động cơ phù hợp, cần tính toán công suất truyền động cần thiết và mô men tải, đảm bảo rằng công suất của động cơ lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán Đồng thời, cần kiểm tra để mô men định mức của động cơ cũng phải lớn hơn hoặc bằng mô men tải.
2.4.2.1 Lựa chọn động cơ cho băng tải PVC a) Xác định công suất truyền động và mô men tải
Công suất truyền động yêu cầu P LR kW
Mô men xoắn của tải tại đầu trục động cơ T LR
N.m b) Lựa chọn công suất động cơ ( dự kiến )
Vì công suất truyền động cần thiết là 0,0311 kW nên ta chọn công suất cho động cơ là 0,2 kW
⇒ Chọn Động cơ giảm tốc Mitsubishi GM-S 0,2kW 4P 380V.
Mô men xoắn định mức của động cơ:
Kiểm tra lại công suất động cơ
Điều kiện: Mô men định mức T M > Mô men tải T LR
Theo như lựa chọn trên, T M = 3,82 Nm > T LR = 0,99 Nm ⇒ Thoả c) Đánh giá quá trình khởi động
Mô men khởi động của động cơ:
T MS : Mô men khởi động lớn nhất của động cơ (N.m)
: Hệ số mô ment khởi động tối đa (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
: Hệ số phát nóng (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
Mô men tải lúc khởi động:
Vì T MS = 2,59 > T LS = 1,49 ⇒ Thoả d) Đánh giá quá trình vận hành liên tục
Mô men động cơ hoạt động liên tục ở 300 vòng/phút (50Hz)
Với = 1 là hệ số mô men xoắn liên tục (50Hz)
2.4.2.2 Lựa chọn động cơ cho băng tải con lăn a) Xác định công suất truyền động và mô men tải
Công suất truyền động yêu cầu P LR kW
Mô men xoắn của tải tại đầu trục động cơ T LR
N.m b) Lựa chọn công suất động cơ (dự kiến)
Để đảm bảo công suất truyền động cần thiết là 0,104 kW, động cơ được chọn có công suất 0,4 kW Việc lựa chọn công suất này là cần thiết vì nếu chỉ chọn 0,1 kW hoặc 0,2 kW, mô men khởi động của động cơ sẽ thấp hơn mô men của tải quy về trục động cơ.
⇒ Động cơ giảm tốc Mitsubishi GM-S 0,4kW 4P 380V.
Mô men xoắn định mức của động cơ:
Kiểm tra lại công suất động cơ
Điều kiện: Mô men định mức T M > Mô men tải T LR
Theo như lựa chọn trên, T M = 7,64 Nm > T LR = 3,31 Nm ⇒ Thoả c) Đánh giá quá trình khởi động
Mô men khởi động của động cơ:
T MS : Mô men khởi động lớn nhất của động cơ (N.m)
: Hệ số mô ment khởi động tối đa (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
: Hệ số phát nóng (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
Mô men tải lúc khởi động:
Vì T MS = 5,2 > T LS = 4,95 ⇒ Thoả d) Đánh giá quá trình vận hành liên tục
Mô men động cơ hoạt động liên tục ở 300 vòng/phút (50Hz)
Với = 1 là hệ số mô men xoắn liên tục (50Hz)
Yêu cầu cần phát hiện vật theo chiều cao và chiều rộng nên chọn cảm biến quang khuếch tán E3AS-F1500IMN 2M của hãng Omrom có các đặc điểm sau:
Phát hiện đáng tin cậy các phôi có bề mặt gồ ghề.
Sử dụng công nghệ TOF ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi màu sắc, cung cấp khả năng phát hiện ổn định.
Phương pháp TOF (Time of Flight) đo khoảng cách dựa trên thời gian trôi qua, không phụ thuộc vào lượng ánh sáng phản xạ Điều này giúp phép đo không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi màu sắc hay chất liệu của phôi Nhờ đó, các phôi có độ phản xạ thấp, như cao su đen, vẫn có thể được phát hiện từ khoảng cách tương tự.
Hình 11: Phương pháp TOF phát hiện vật có độ phản xạ khác nhau
Thông số của cảm biến E3AS - F1500IMN 2M:
Công suất tiêu thụ tối đa: 1080 mW (dòng tiêu thụ 45 mA ở 24 VDC)
Khoảng cách phát hiện: 100 - 1500 mm
Hình 12: Cảm biến quang E3AS - F1500IMN 2M
Hình 13: Sơ đồ kết nối cảm biến E3AS – FS1500IMN 2M
2.4.4 Lựa chọn xi lanh khí nén 2.4.4.1 Chọn xi lanh khí nén
Để lựa chọn xi lanh có thể đẩy được vật cần phân loại, ta cần tính toán lực đẩy và lực kéo của xi lanh.
Lực kéo xi lanh Với D: Đường kính của xi lanh (mm) d: Đường kính thanh piston (mm) P: Áp suất (Bar)
F: Lực đẩy hoặc lực kéo xi lanh (N)
Theo yêu cầu tải trọng đáp ứng là F w = 15.9,8 = 147 N
Kết hợp bảng hướng dẫn chọn thông số xi lanh của IMI Norgen.
⇒ Chọn xi lanh RM/8020/M/250 của IMI Norgen có D = 20 mm và d = 8 mm với áp suất khí nén của máy khí nén thông dụng P = 6 Bar.
Bảng 2: Bảng chọn thông số xi lanh IMI Norgen
Tiến hành kiểm tra lại các thông số vừa chọn dựa trên công thức:
2.4.4.2 Chọn van điện từ khí nén
Bảng 3: Bảng chọn thông số van điện từ IMI Norgen
Dựa vào bảng trên, chọn van V60A417A-A2000 có thông số như sau:
Hình 15: Van điện từ khí nén V60A417A – A2000
2.4.5 Lựa chọn Linear Arm Sorter
Bảng 4: Hướng dẫn lựa chọn Linear Arm Sorter của FALCON AUTOTECH
Dựa vào bảng trên, chọn cánh tay phân loại sản phẩm Linear Arm Sorter XL của hãng FALCON AUTOTECH với các đặc điểm sau:
Kích thước sản phẩm tối thiểu: 150x50x50
Kích thước sản phẩm tối đa: 800x50x600
Tần suất sản phẩm mỗi giờ: lên đến 1800 sản phẩm
Khối lượng tối đa: lên đến 20Kg
Hình 16: Linear Arm Sorter XL.
TRIỂN KHAI TRÊN PHẦN MỀM TIA PORTAL V15.1 VÀ FACTORY I/O
Giới thiệu chung về phần mềm Factory I/O
Factory IO là phần mềm mô phỏng 3D hiện đại, dễ sử dụng, cho phép người dùng nhanh chóng xây dựng nhà máy ảo bằng các bộ phận công nghiệp phổ biến Phần mềm này hỗ trợ mô phỏng quy trình chuyên nghiệp với nhiều hãng PLC và thư viện đa dạng, giúp tạo ra những mô hình sát thực tế Nhiều ứng dụng đã sử dụng Factory IO để mô phỏng trước khi triển khai thực tế, mang lại hiệu quả cao và trải nghiệm xây dựng hệ thống giống như trong thực tế.
Factory I/O là nền tảng đào tạo PLC phổ biến nhất, nhờ vào việc PLC là bộ điều khiển chủ yếu trong các ứng dụng công nghiệp Bên cạnh đó, Factory I/O còn hỗ trợ vi điều khiển, SoftPLC, Modbus và nhiều công nghệ khác.
Cài đặt phần mềm mô phỏng Factory I/O
To access the 30-day free trial of Factory I/O, visit the website https://factoryio.com/ and select "Try for free." Please note that after the trial period ends, you will no longer be able to use the software unless you reinstall Windows to download the trial again.
Nếu không chọn phiên bản miễn phí, người dùng có thể tải bản có bản quyền với chi phí, giúp họ sử dụng phần mềm một cách thoải mái mà không lo lắng về thời gian sử dụng Hiện tại, Factory cung cấp 7 phiên bản khác nhau để đáp ứng nhu cầu của từng người dùng.
Không tìm thấy địa chỉ yêu cầu '/RZ9IcnL' trên máy chủ này Tuy nhiên, bạn có thể tải phần mềm mô phỏng Factory I/O phiên bản 2.4.3 miễn phí bằng cách truy cập đường link chính thức và sử dụng mật khẩu www.qthang.net để giải nén và sử dụng vĩnh viễn.
Lưu ý: Hiện tại phần mềm mô phỏng Factory I/O đã có phiên bản v2.5.0 nên chúng ta có thể lựa chọn để phù hợp với nhu cầu sử dụng
Bước 2: Sau khi đã tải về phần mềm, ta tiến hành các bước để cài đặt phần mềm
Giải nén file phần mềm đã tải về: Nhấn chuột phải vào file ⇒ Giải nén ở đây (Extract Here)
Hình 23: Giải nén file phần mềm Factory I/O
Chạy file “factoryio-installer-latest.exe” để cài đặt phần mềm
Hình 24: Chạy file cài đặt phần mềm Factory I/O
Copy file “Factory IO.exe” vào thư mục theo đường dẫn: “C:Program Files(x86)Real GamesFactory IO” [Ghi đè khi được hỏi]
Copy file “Assembly-CSharp.dll” vào thư mục theo đường dẫn: “C:Program Files (x86)Real GamesFactory IOFactory IO_DataManaged” [Ghi đè khi được hỏi]
Sau khi hoàn thành hai bước trước đó, biểu tượng của phần mềm mô phỏng Factory I/O v2.4.3 sẽ xuất hiện trên màn hình chính, xác nhận rằng quá trình cài đặt đã thành công.
Làm việc với Factoty I/O
Giao diện của phần mềm mô phỏng Factory I/O được chia thành ba phần chính, với những khái niệm cơ bản giúp người dùng hiểu rõ quy trình làm việc tổng thể.
Hình 25: Giao diện làm việc của phần mềm mô phỏng Factory I/O a) Toolbar (1)
Trên thanh Toolbar bao gồm các nút điều khiển mô phỏng:
Ngoài các nút điều khiển thì có các mục:
Palette hiển thị tất cả các thiết bị có sẵn trong Factory I/O, giúp người dùng dễ dàng tạo Scene bằng cách kéo và thả các phần tử vào không gian 3D Người dùng có thể chọn một danh mục từ danh sách để chỉ hiển thị các phần thuộc về danh mục đó hoặc sử dụng ô Search để lọc thiết bị theo tên.
Hình 26: Thư viện thiết bị của phần mềm Factory I/O c) Status Bar (3)
Hiển thị thông tin về trạng thái hiện tại của Factory I/O gồm: phiên bản hiện tại, tên Scene và Driver đã chọn.
Chỉ số Hiệu Suất Thấp sẽ hiển thị khi Factory I/O không thể duy trì tốc độ cập nhật mô phỏng trên 15 khung hình/giây Tình trạng này có thể dẫn đến hiện tượng trục trặc hình ảnh và sai sót trong các tính toán vật lý.
Chúng ta có thể cải thiện hiệu suất bằng cách:
Giảm độ phân giải màn hình ( Option ⇒ Video )
Giảm chất lượng video ( Option ⇒ Video )
Giảm số lượng các phần trong Scene bằng cách xóa các phần không sử dụng
Hình 27: Cải thiện hiệu suất của Factory I/O
3.2.3.2 Điều khiển trên Factory I/O a) Options
Vào File ⇒ Options để vào giao diện điều chỉnh các tùy chọn cho Factory I/O
Hình 28: Giao diện tùy chỉnh điều khiển cho Factory I/O
Trên bảng điều khiển, người dùng có khả năng tùy chỉnh các phím chức năng cho từng thao tác cụ thể Bảng điều khiển dưới đây hiển thị các phím mặc định cùng với các thao tác tương ứng của chúng.
Trên bảng Instructor, giảng viên có thể khóa Scene hiện tại khi chạy, ngăn chặn việc chỉnh sửa thiết bị và ẩn các lỗi Những tính năng này giúp người giảng dạy tạo ra thử thách cho học viên, yêu cầu họ hoàn thiện các hệ thống được xây dựng một phần và thực hiện phân tích xử lý sự cố.
Licensing: Trong mục này, ta có thể kích hoạt hoặc hủy kích hoạt giấy phép cũng như kiểm tra thông tin liên quan về giấy phép hiện tại.
Bạn có thể hủy kích hoạt giấy phép độc lập bất kỳ lúc nào và kích hoạt nó trên một máy tính khác Lưu ý rằng để thực hiện việc hủy kích hoạt, bạn cần chạy Factory I/O với quyền quản trị viên.
Factory I/O có hai chế độ hoạt động: Edit và Run Trong chế độ Edit, người dùng có thể tùy chỉnh hệ thống theo nhu cầu, trong khi chế độ Run cho phép mô phỏng hệ thống theo thời gian thực Để chuyển đổi giữa hai chế độ này, chỉ cần nhấp vào nút Phát trên thanh công cụ hoặc nhấn phím F5.
Edit Mode: Trong chế độ này, ta có thể mở, lưu, tạo mới và chỉnh sửa hệ thống tùy ý
Creating: Các phần được tạo bằng cách kéo chúng từ Palette vào môi trường
Chúng ta có thể tạo ra một thiết bị mới trong môi trường 3D bằng cách sao chép một thiết bị hiện có Để thực hiện điều này, hãy chọn thiết bị mong muốn, nhấn và giữ phím Alt.
Kéo thiết bị đã sao chép đến vị trí mới hoặc sử dụng phím tắt Ctrl + C để sao chép và Ctrl + V để dán thiết bị hoặc nhóm thiết bị trong cùng một Scene hoặc giữa các Scene khác nhau Lưu ý, nếu thiết bị được bao quanh bởi màu đỏ, điều này cho thấy nó đang trùng lặp với thiết bị khác và sẽ bị xóa nếu không được đặt đúng cách.
Hình 29: Thao tác lấy thiết bị từ thư viện Factory I/O
Để di chuyển một thiết bị, bạn chỉ cần nhấp chuột trái vào thiết bị đó và kéo chuột đến vị trí mới Bạn cũng có thể chọn nhiều thiết bị cùng lúc bằng cách nhấp chuột trái vào nền Scene và kéo chuột để bao gồm tất cả các thiết bị cần di chuyển Thêm vào đó, bạn có thể thêm hoặc xóa thiết bị khỏi vùng chọn bằng cách giữ phím Ctrl trong khi thực hiện thao tác chọn.
Hình 30: Di chuyển một cụm các thiết bị
Deleting: Xóa các thiết bị không sử dụng đến bằng cách chọn thiết bị đó và nhấn Delete
Để di chuyển các thiết bị trong Factory I/O, người dùng chỉ cần nhấp và giữ LMB Mặc định, các thiết bị sẽ được di chuyển theo phương ngang; để di chuyển theo phương dọc, hãy nhấn phím V đồng thời giữ LMB và kéo lên hoặc xuống Factory I/O tích hợp một thuật toán va chạm thông minh, đảm bảo rằng các bộ phận chỉ được đặt ở những vị trí hợp lệ, giúp việc xây dựng mô hình 3D trở nên dễ dàng và thực tế hơn.
Hình 31: Di chuyển các vật liệu theo trục dọc
Khi sử dụng Factory I/O, việc điều chỉnh vị trí thiết bị là rất quan trọng để đảm bảo chúng được lắp đặt đúng cách Phần mềm cho phép người dùng xoay các thiết bị theo yêu cầu, tăng tính thực tế cho quá trình mô phỏng Để thực hiện việc này, người dùng có thể nhấn phím Y để xoay quanh trục đứng (Yaw), phím R để cuộn (Roll) và phím T để điều chỉnh Pitch Cần lưu ý rằng hầu hết các bộ phận chỉ cho phép xoay 90 độ, trong khi cảm biến có thể xoay tự do quanh trục đứng.
Grouping thiết bị giúp dễ dàng thực hiện nhiều thao tác chỉnh sửa cùng lúc Để nhóm các thiết bị, hãy chọn chúng và nhấn Ctrl + G Để tách nhóm, chọn nhóm đó và nhấn Ctrl + G lần nữa.
Một số thiết bị có nhiều kiểu cấu hình khác nhau có thể được chọn từ Menu Ngữ cảnh Các cấu hình này thường liên quan đến cách hoạt động của thiết bị, như monostable hoặc bistable, cũng như hình ảnh đại diện với các màu sắc khác nhau.
Context Menu: Hầu hết các lệnh trước đó có thể được thực hiện thông qua Context Menu Nhấp chuột phải vào một thiết bị để hiển thị Context Menu
Hình 32: Giao diện Context Menu
Trong chế độ Run, Scene được mô phỏng theo thời gian thực và có thể điều khiển bằng tay hoặc bộ điều khiển bên ngoài như PLC Người dùng có thể tương tác với các thiết bị bằng cách sử dụng chuột, nhấp chuột trái và kéo để di chuyển đối tượng Để khóa các thao tác xoay trong khi di chuyển, người dùng cần giữ phím Shift.
Hình 33: Di chuyển vật thể trong chế độ Run Mode
Thư viện thiết bị trong Factory I/O
Factory I/O cung cấp một bộ sưu tập chi tiết phong phú dựa trên các thiết bị công nghiệp phổ biến Các chi tiết này được phân loại thành tám nhóm chính: items, bộ phận tải nặng, bộ phận tải nhẹ, sensors, operators, stations, thiết bị cảnh báo và walkways Mỗi loại đều có thông tin chi tiết, giúp người dùng dễ dàng tìm hiểu và áp dụng trong các tình huống thực tế.
Emitter là một giải pháp linh hoạt cho việc quản lý nguồn sản phẩm đầu vào, bao gồm các thùng giấy và pallet Người dùng có thể dễ dàng chọn lựa loại sản phẩm đầu vào phù hợp với hệ thống của mình, đồng thời kiểm soát thời gian và loại sản phẩm được đưa vào một cách ngẫu nhiên.
Hình 40: Emitter và Menu điều khiển
The emission base can consist of pallets, square pallets, stackable boxes, or none at all If multiple options are selected, the emitter will randomly activate one of them Conversely, if only one option is chosen, it will emit that specific option If "none" is selected, there will be no emissions in this category.
Part to Emit là các Box (S), Box (M), Box (L), Palletizing Box,… Cơ chế phát sản phẩm cũng giống như phần Base to Emit
Thời gian tối đa và tối thiểu (Max/Min Time) là khoảng thời gian để phát sản phẩm, trong đó emitter sẽ phát ngẫu nhiên giữa hai giá trị Min và Max Nếu cả hai giá trị này được đặt thành 0, emitter sẽ phát ra ngay khi có item trong phạm vi chuyển động của nó Để có thời gian phát sản phẩm cố định, bạn chỉ cần đặt Min và Max bằng nhau.
Up to: Số lượng các item sẽ phát ra Nếu được đặt thành 0, nó sẽ cứ liên tục phát ra tối đa số item được phép trong một Scene (500)
Random Part Position / Ortentation: Mỗi sản phẩm được phát ra sẽ xuất hiện ở một vị trí hoặc hướng ngẫu nhiên.
Remover, trái ngược với Emitter, được coi là đầu ra của hệ thống, cho phép loại bỏ một hoặc nhiều vật phẩm như hộp bìa, pallet hay nắp sản phẩm khi chúng giao nhau với phần thể tích của Remover Người dùng có khả năng bật hoặc tắt công cụ xóa bằng cách điều chỉnh tag của nó.
Base To Remover: Tương tự như thành phần của Emitter, Base to Remover sẽ loại bỏ các Pallet, Square Pallet or Stackable box.
Parts To Remover: loại bỏ Box (S), Box (M), Box (L), Palletizing Box, …
Hình 42: Các sản phẩm có trong Factory I/O
Boxes: Có bốn loại hộp khác nhau, mỗi loại có kích thước và trọng lượng khác nhau.
Hình 43: Kích thước các sản phẩm dạng hộp
Pallets: được làm bằng gỗ dùng để xếp và vận chuyển các loại hàng hóa.
Hình 44: Kích thước pallet gỗ
Stackable Box: dạng hộp có thể xếp chồng lên nhau được sử dụng để vận chuyển các mặt hàng như Raw Material, Product Base and Product Lid.
Hình 45: Dạng hộp chứa các sản phẩm khác
Raw Material: được sử dụng để sản xuất Nắp và Đế sản phẩm trong
Machining Center Có 2 loại vật liệu khác nhau: nhựa ( màu xanh lam hoặc xanh lá cây ) và kim loại ( màu xám ).
Hình 46: Kích thước các loại Raw Material
Product Lid: Bộ phận có thể được lắp ráp thành Product Base để tạo ra Final
Hình 47: Kích thước các loại Product Lid
Product Base: Một nửa để lắp ráp với Product Lit để tạo ra Final Product.
Hình 48: Kích thước các loại Product Base
Sản phẩm cuối cùng được hình thành từ việc lắp ráp giữa phần Base và Lid Lưu ý rằng sản phẩm này không có sẵn trên Pallet, mà cần được thiết kế để kết hợp hai phần này.
Hình 49: Kích thước các dạng của Final Product
Loại thiết bị này được thiết kế đặc biệt để xếp dỡ hàng hóa nặng, với đặc điểm mạnh mẽ, bề rộng lớn và chiều cao thấp, đồng thời hoạt động ở tốc độ chậm.
Hình 50: Các loại băng tải nặng
Roller Conveyor ( băng tải con lăn ): Băng tải con lăn hạng nặng, có thể được điều khiển bằng các giá trị digital và analog theo cấu hình đã chọn.
Chiều dài có sẵn: 2 m, 4 m và 6 m
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s (digital); 0,8 m / s (analog)
Hình 51: Băng tải con lăn
Chu vi bên ngoài (tại mép con lăn): 2,94 m
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s (digital); 0,8 m / s (analog)
Hình 52: Băng tải con lăn cong
Loading conveyor: chủ yếu được sử dụng để tải / dỡ hàng lên cẩu xếp Có thể được điều khiển bằng các giá trị digital hoặc analog.
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s (digital); 0,8 m / s (analog)
Roller Stop: Thiết bị được truyền động bằng khí nén này có thể được sử dụng để dừng, ngăn chặn va chạm vật liệu trên băng tải.
Free Roller: kiểu con lăn này không có định hướng Nó được sử dụng để lắp và điều chỉnh độ dài cho băng tải.
Chain Transfer là hệ thống chuyển hàng hóa lên băng tải liền kề, hoạt động hiệu quả nhất với các pallet vuông và có chiều cao tương đương với các cuộn hàng Hệ thống này được thiết kế với ba rãnh xích, giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển.
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s
Tốc độ dây chuyền tối đa: 0,45 m / s
Bàn xoay hạng nặng được cấp nguồn là thiết bị lý tưởng cho việc phân loại pallet, với thiết kế chắc chắn và hiệu suất cao Nó được trang bị các cuộn bi xung quanh và cảm biến đã được cài đặt sẵn, giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và xử lý hàng hóa.
Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m / s
Phạm vi cảm biến điện dung: 0 - 0,1 m
Chute Conveyor Low: thường được sử dụng để nhận pallet tại đầu ra.
Danh mục thiết bị tải trọng nhẹ bao gồm các bộ phận chuyên dụng cho việc xếp dỡ hàng hóa nhẹ Những thiết bị này được thiết kế nhằm tối ưu hóa tốc độ làm việc, giúp thực hiện công việc nhanh chóng và hiệu quả trong các quy trình làm việc bận rộn.
Hình 59: Các loại băng tải nhẹ
Belt Conveyors: Băng tải được sử dụng để vận chuyển hàng hóa có tải trọng nhẹ và có thể được điều khiển bằng các giá trị digital hoặc analog
Max conveying speed: 0.6 m/s (digital); 3 m/s (analog)
Băng tải cong là giải pháp lý tưởng cho việc vận chuyển hàng hóa nhẹ, được điều khiển thông qua các giá trị digital hoặc analog.
Cổng băng tải được thiết kế để tạo lối đi cho nhân viên, đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc Thiết bị này được trang bị cảm biến đóng và có khả năng điều khiển thông qua các giá trị digital hoặc analog, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong hoạt động.
Max conveying sped: 0.6 m/s (digital), 3 m/s (analog)
Băng tải nghiêng là thiết bị lý tưởng để vận chuyển hàng hóa nhẹ, có khả năng điều khiển thông qua các giá trị digital hoặc analog.
Cân băng tải định lượng tự động là thiết bị dùng để kiểm soát trọng lượng hàng hóa, cho phép đo lường các phạm vi trọng lượng khác nhau tùy theo cấu hình Loại cân này hiện đang được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong việc phân loại sản phẩm dựa trên khối lượng.
Hình 63: Băng tải định lượng
Băng tải Spur thẳng thường được sử dụng để kết hợp chính xác nhiều dòng sản phẩm vào hệ thống băng tải Thiết bị này có thể được điều khiển thông qua các giá trị số hoặc tương tự.
Max conveying speed: 0.8 m/s (digital); 3 m/s (analog)
ỨNG DỤNG TIA PORTAL V15.1 VÀ FACTORY I/O TRONG ĐỀ TÀI
Hình 98: Lưu đồ thuật toán của hệ thống
3.3.2 Ứng dụng Tia Portal v15.1 Để có thể kết nối phần mềm lập trình Tia Portal v15.1 với phần mềm mô phỏng Factory I/O v2.4.3, ta cần sử dụng một file template Hiểu nôm na, file template là một chương trình mẫu đã được lập trình sẵn các giao thức để kết nối Factory I/O với các phần mềm lập trình như Tia Portal và được biểu thị thông qua S7 - PLCSIM, có như vậy các hệ thống được xây dựng trong Factory I/O mới có thể được lập trình và điều khiển một cách chính xác nhất, giúp người dùng có cái nhìn trực quan nhất về hệ thống của mình thiết kế.
To access the appropriate Factory I/O Template for your version of TIA Portal and S7 PLC, double-click on the following link: https://docs.factoryio.com/tutorials/siemens/setting-up-s7-plcsim-v13/.
Hình 99: File template cho các phiên bản của Tia Portal
Bước 2: Sau khi tải về ta tiến hành giải nén
Bước 3: Mở phần mềm Tia Portal v15.1
Chọn Browse ⇒ Chọn file FactoryIO_Template đã giải nén ⇒ Chọn Open
Bước 4: Nháy đúp chuột chọn PLC_1
Bước 5: CPU mặc định cho PLC S7 – 1200 bản Tia Portal v15.1 là CPU 1212C
Hình 103: Giao diện CPU 1212C DC/DC/DC
Bước 6: Chọn PLC_1 [CPU 1212C DC/DC/DC] ⇒ Program blocks ⇒ Main [OB1] để vào giao diện lập trình cho hệ thống
Hình 104: Chọn Main [OB1] để vào giao diện lập trình
Bước 7: Trong Network 1, có file %FC9000 đã được lập trình sẵn các giao thức kết nối giữa Tia Portal v15.1 và Factory I/O Từ đây, chúng ta sẽ bắt đầu lập trình từ Network 2 trở đi.
Hình 105: Giao diện lập trình Tia Portal v15.1 đã kết nối với file Template
Bước 8: Lưu project với tên phù hợp
3.3.2.2 Chương trình của hệ thống
Chương trình chính gồm 7 network, mỗi network giải quyết một giai đoạn trong hệ thống bao gồm:
Loại bỏ sản phẩm lỗi
Phân loại sản phẩm nhỏ
Phân loại sản phẩm lớn
Đếm và đóng gói sản phẩm nhỏ
Đếm và đóng gói sản phẩm lớn
Network 2: Loại bỏ sản phẩm lỗi
Network 3: Cho băng tải 2 (Main 2) chạy
Network 4: Phân loại sản phẩm nhỏ
Network 5: Phân loại sản phẩm lớn
Network 6: Đếm sản phẩm nhỏ
Network 7: Đếm sản phẩm lớn
3.3.3 Ứng dụng Factory I/O v2.4.3 3.3.3.1 Xây dựng hệ thống trên Factory I/O
Chi tiết mô tả và xây dựng hệ thống:
3.3.2 Kết nối Factory với Tia Portal
Bước 1: Sau khi đã viết code cho hệ thống xong ta sẽ chọn CPU và bật mô phỏng bằng cách nhấn vào Start Simulation
Hình 107: Bật chế độ mô phỏng PLCSIM
Để bắt đầu, chọn PN / IE làm giao diện PG / PC, sau đó trong giao diện PG / PC, chọn PLCSIM S7-1200 / S7-1500 Tiếp theo, nhấn "Start search" Khi quá trình quét hoàn tất, hãy chọn thiết bị và nhấn "Load".
Hình 108: Cài đặt địa chỉ cho PLC
Bước 3: Trên S7-PLCSIM, chọn RUN để bật CPU lên chế độ Run mode.
Bước 4: Thực hiện kết nối Factory I/O với S7 – PLCSIM
Trên Factory I/O, chọn File ⇒ Driver Configuration ( F4 )
Chọn CONFIGURATION để định cấu hình cho PLC.
Chọn PLC tương ứng với PLC đã chọn ở Tia Portal (S7-1200 hoặc S7-1500)
Hình 112: Tùy chọn cấu hình cho PLC
Để quay lại cửa sổ điều khiển chính, nhấn phím Esc Tiếp theo, nhấn CONNECT để kết nối với Simulator Khi kết nối thành công, biểu tượng dấu tích màu xanh lá cây sẽ xuất hiện bên cạnh Driver đã chọn.