Thiết kế và thi công mô hình hệ thống đóng gói nông sản tự động

Điều này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các công nghệ và quy trình, từ đó xây dựng được hệ thống máy đóng gói nông sản tự động thích hợp và thực tế.. 2.2 Truyền động khí nén trong máy đóng

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu

Hệ thống tự động hóa trong đóng gói sản phẩm thường bao gồm nhiều công đoạn khác nhau, bao gồm mở miệng bì, cân nguyên liệu và đóng miệng bì Một máy đóng gói điển hình thường được chia thành các cụm cơ cấu theo chức năng, mỗi cụm có thể được chia nhỏ hơn nữa để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể Để điều khiển hệ thống, các tín hiệu digital được sử dụng để đóng cắt động cơ và điều khiển van theo một sơ đồ logic đã được lập trình sẵn Giải pháp điều khiển phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay vẫn là sử dụng PLC (Bộ điều khiển lập trình được).

Truyền động khí nén trong máy đóng gói

2.2.1 Sơ lược về truyền động trong khí nén

Các hệ thống khí nén được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật, bao gồm chế tạo máy, luyện kim, công nghiệp thực phẩm và hóa chất Chúng thường được sử dụng dưới dạng hệ truyền động kẹp giữ, vận chuyển và nâng hạ Ưu điểm của hệ thống khí nén so với các hệ truyền động khác là lý do chính dẫn đến sự phổ biến của chúng trong các ngành công nghiệp này.

- Kết cấu, sử dụng và điều khiển đơn giản

- Độ tin cậy làm việc cao

- Độ an toàn làm việc cao trong các môi trường dễ cháy nổ, có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt

Hệ thống truyền động khí nén có khả năng đáp ứng đa số các yêu cầu của hệ thống tự động hóa trong công nghiệp Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ thống này là tính nén khí lớn, dễ gây ra va đập ở cuối hành trình Nhưng với phương pháp dừng nhẹ nhàng ở cuối hành trình, nhược điểm này có thể được giải quyết hiệu quả.

2.2.2 Truyền động khí nén trong máy đóng gói

Máy đóng gói truyền động khí nén đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo thiết bị đóng gói, đặc biệt là trong việc cấp và xả nguyên liệu Sự kết hợp giữa hệ thống điện-điện tử và khí nén cho phép mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng của các hệ thống truyền động khí nén Đây cũng là xu hướng nghiên cứu và ứng dụng mới nhất hiện nay, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích và cơ hội phát triển cho ngành công nghiệp này.

- Độ tin cậy làm việc của các cơ cấu chấp hành khí nén rất cao và ổn định

- Kết cấu truyền động khí nén đơn giản, dễ dàng tháo lắp

- Điều khiển đơn giản dễ dàng đặt biệt là kết hợp với PLC.

PLC

PLC là thiết bị điện tử quan trọng trong kiểm soát và điều khiển quy trình tự động hóa ở nhiều ngành công nghiệp như sản xuất, điện, dầu khí và nước Với khả năng lập trình linh hoạt, PLC cho phép người dùng tạo ra các chương trình điều khiển phức tạp để giám sát quy trình, xử lý dữ liệu, đồng bộ hóa và tương tác với các thiết bị khác nhau, mang lại hiệu quả cao trong quản lý và vận hành hệ thống.

Một trong những ưu điểm quan trọng của PLC là tính tin cậy cao, giúp thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt với các điều kiện làm việc như nhiệt độ cao, độ ẩm, rung động và bụi bẩn Đồng thời, PLC cũng có khả năng chống nhiễu điện từ và chịu được tác động của các yếu tố bên ngoài như sét đánh, đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của hệ thống.

Cảm biến định lượng

2.4.1 Giới thiệu về cảm biến Load cell

Loadcell là một thiết bị quan trọng trong lĩnh vực đo lường lực và trọng lượng

Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như cân điện tử, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tự động hóa và nghiên cứu khoa học

Loadcell là thiết bị có khả năng chuyển đổi lực tác động lên nó thành tín hiệu điện tương ứng thông qua nguyên lý biến đổi cơ học thành tín hiệu điện Khi một lực được áp dụng lên loadcell, thiết bị này sẽ biến đổi các yếu tố vật lý như biến dạng, áp suất hoặc chuyển động và tạo ra một tín hiệu điện tương ứng.

Trong đề tài này, nhóm sử dụng loadcell làm cảm biến lực, được bố trí dưới giá đỡ sao cho chiều biến dạng của loadcell trùng với chiều chịu tải trọng của vật cần cân, đảm bảo đo lường chính xác và hiệu quả.

2.4.2 Cấu tạo của cảm biến Loadcell

Gồm 4 điện trở Tenzo , 1 lõi thép đặc biệt

Hình dạng và cấu tạo loadcell mà nhóm đã dùng trong đề tài:

Hình 2.1 Hình dạng cảm biến loadcell

Hình 2.2 Cấu tạo của cảm biến loadcell

Một loadcell điển hình thường bao gồm 4 dây tín hiệu chính, bao gồm 2 dây nguồn vào là E+ và E-, cùng 2 dây tín hiệu ra là S+ và S- Nguồn điện cung cấp cho thiết bị này thường dao động từ 0,5 VDC đến 24 VDC, mặc dù thông thường là 10VDC, và tín hiệu đầu ra thường rất nhỏ, chỉ ở mức vài milivolt (mV).

Hình 2.3 Sơ đồ dây của Load cell

Khi lực tác động F được áp dụng lên loadcell, lõi thép sẽ bị biến dạng, dẫn đến sự thay đổi điện trở của các cảm biến điện trở Cụ thể, các điện trở ở phía trên sẽ giãn ra, tăng điện trở, trong khi các điện trở ở phía dưới sẽ co lại, giảm điện trở Sự thay đổi này sẽ làm cho điện áp đầu ra của loadcell thay đổi tương ứng.

Sự thay đổi này chính là tín hiệu ra của loadcell mà ta cần, tín hiệu này chính là tín hiệu analog

Các điện trở Tenzo trong mạch cầu được bố trí không đối xứng, tạo ra sự mất cân bằng và tăng độ lệch cầu cao ngay cả với độ co giãn nhỏ Điều này cho phép khoảng dịch chuyển của loadcell từ điểm không tải đến điểm tải lớn nhất rất bé, thường trong khoảng dưới 1mm Nhờ đặc tính này, hệ truyền lực sử dụng loadcell có thể tính theo bài toán lực tĩnh, đảm bảo toàn bộ lực đặt lên loadcell không bị tản mát, mang lại độ chính xác cao của phép đo Khi đưa một điện áp chuẩn không đổi vào hai đầu một nhánh cầu, điện áp đầu ra ở hai đầu nhánh cầu còn lại sẽ phản ánh chính xác lực tác dụng lên loadcell Để mạch cầu cân bằng, các điện trở Tenzo cần có giá trị bằng nhau, thường là 350 Ohm, và điện áp cung cấp VEX là 10V để đảm bảo dòng điện qua mỗi nhánh cầu nhỏ hơn 20mA.

Dòng qua mỗi nhánh cầu:

Ta có điện áp tín hiệu ra được tính theo công thức: out EX * *

- V out : Điện áp ra của cầu

- V EX : Điện áp cung cấp cho cầu

- k: Độ nhạy của vật làm nên điện trở Tenzo

- ΔR: Giá trị mà R bị thay đổi khí có lực tác động

Xilanh khí nén

Xi lanh khí nén là một dạng cơ cấu vận hành quan trọng, có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng, cung cấp cho các chuyển động cần thiết Với tên gọi khác là pen khí nén, thiết bị này là một cơ cấu cơ học tạo ra lực, thường đi kèm với chuyển động, và được cung cấp năng lượng bởi khí nén lấy từ máy nén khí thông thường, giúp thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi sức mạnh và độ chính xác cao.

2.5.1 Cấu tạo của xi lanh khí nén

Cấu tạo xi lanh khí nén gồm các bộ phận chính như sau:

- Lỗ cấp khí (cap-end port)

- Lỗ thoát khí (rod-end port)

Hình 2.4 Cấu tạo xi lanh khí nén 2 chiều

Hành trình xa nhất mà trục piston có thể di chuyển (được gọi là cylinder stroke) là đơn vị được thiết kế tùy biến theo yêu cầu phù hợp

2.5.2 Nguyên lý hoạt động Để thực hiện chức năng của mình, xi lanh khí nén truyền một lực lượng bằng cách chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng Điều này đạt được bởi khí nén có khả năng mở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nó xảy ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển Sự giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do đó, truyền tải lực trên piston Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của xy lanh

2.5.3.1 Xi lanh khí nén 1 chiều

Xi lanh khí nén 1 chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn, là loại xi lanh sử dụng khí nén để dịch chuyển piston theo một hướng chuyển động nhất định Khi piston di chuyển, nó sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lò xo hoặc một lực đẩy từ bên ngoài Đặc điểm của xi lanh khí nén 1 chiều là có một lỗ cấp nguồn khí nén và lỗ thoát khí nén trên thân Để điều chỉnh dòng khí nén, người ta thường sử dụng van điện từ khí nén 3/2 (van điện từ 3 cửa 2 vị trí) khi sử dụng loại xi lanh này.

Hình 2.6 Xi lanh khí nén 1 chiều

2.5.3.2 Xi lanh khí nén 2 chiều (kép)

Xi lanh khí nén 2 chiều, còn được gọi là xi lanh khí nén tác động kép, là loại xi lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu, sử dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại Cấu tạo của xi lanh khí nén 2 chiều bao gồm 2 lỗ để cung cấp khí nén, tạo ra lực đẩy piston từ cả 2 phía Để điều chỉnh lưu lượng khí nén, người ta thường sử dụng van điện từ loại 4/2, 5/2 hoặc 5/3 cho loại xi lanh khí nén này.

Hình 2.7 Xi lanh khí nén 2 chiều kép

Xi lanh khí nén hoạt động thông qua van điện từ 3/2, 5/2 hoặc 4/2, với thiết kế piston có thanh truyền tới bánh răng, cho phép góc quay linh hoạt từ 0 đến 360 độ Mô-men xoắn của xi lanh khí nén này nằm trong khoảng từ 0,5 đến 25 Nm, với áp suất vận hành tối đa là 6,1 Bar Tùy thuộc vào đường kính của piston, xi lanh khí nén có thể được thiết kế để nén khí theo các chế độ 5/3 hoặc 5/2, đáp ứng nhu cầu cấp phép nén khí đa dạng.

Hình 2.8 Xi lanh khí nén xoay

2.5.3.4 Xi lanh kẹp Đối với xi lanh kẹp thay vì kết cấu ống pít tông thông thường, bên trong chiếc xi lanh này còn cả một hệ thống bi trượt kết hợp những bánh răng rất nhỏ để thực hiện việc kẹp - nhả Đây là xi lanh có tác động kép (2 tác động) và không cần dầu bôi trơn Vì được làm bằng chất liệu tốt nên có thể chống oxy hóa, chịu được các lực va đập nhẹ và làm việc trong nhiều môi trường có nhiệt cao Xi lanh hoạt động ổn định trong các môi trường làm việc khắc nghiệt, có nhiệt độ, áp suất cao, thay đổi liên tục cho đến những môi trường làm việc yêu cầu đảm bảo vệ sinh cao, an toàn hoặc môi trường độc hại

Hình 2.9 Xi lanh khí nén kẹp

Van điện từ

Van điện từ, còn được biết đến với tên gọi solenoid valve, là thiết bị cơ điện được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của chất khí hoặc chất lỏng dựa trên nguyên lý đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ Thiết bị này thường được sử dụng kết hợp với xi lanh đối với khí nén, giúp kiểm soát dòng chảy một cách hiệu quả và chính xác.

Van được điều khiển bởi dòng điện 220V hoặc 24V hoạt động thông qua một cuộn dây, tạo ra từ trường khi được cấp điện, từ đó tác động lực lên pít tông bên trong và làm nó di chuyển Pít tông sẽ mở hoặc đóng van tùy thuộc vào thiết kế của van Khi dòng điện được ngắt khỏi cuộn dây, van sẽ trở về trạng thái ban đầu của nó.

Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động của van điện từ

Động Cơ

Động cơ AC là loại động cơ điện sử dụng dòng điện xoay chiều để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, phục vụ các công việc cơ học trong nhiều hệ thống máy móc và thiết bị Với ứng dụng đa dạng, động cơ AC được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nặng như sản xuất ô tô, luyện kim và sản xuất giấy, cũng như trong các ngành công nghiệp nhẹ như công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

Cấu tạo của một động cơ AC (Alternate Current) bao gồm:

Stator là phần tĩnh của động cơ điện, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường Thông thường, stator bao gồm một lõi từ tính hình tròn hoặc hình chữ nhật, chứa các cuộn dây điện được bố trí theo một mô hình nhất định để tạo ra từ trường mạnh mẽ và ổn định.

D được chế tạo từ vật liệu từ tính như thép không gỉ, đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn cao Cuộn dây điện được gắn trên lõi từ tính, tạo thành một cấu trúc từ trường mạnh mẽ Khi được kết nối với nguồn cung cấp điện xoay chiều, cuộn dây điện sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều, từ đó tạo ra từ trường biến thiên.

Rotor là bộ phận quan trọng của động cơ điện, nằm trong không gian của stator và thực hiện chuyển động quay Thông thường, rotor được chế tạo từ các vật liệu dẫn điện như thanh nhôm, đồng hoặc các vật liệu khác Bộ phận này chứa các thanh dẫn điện, thường được gọi là thanh gọng, được nối với các đĩa cuộn dây hoặc vòng dây Khi dòng điện chạy qua rotor, sự tương tác giữa từ tính của stator và rotor tạo ra lực quay, giúp đẩy rotor chuyển động.

Bộ gắn kết đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho stator và rotor gắn kết chặt chẽ với nhau, giúp duy trì động cơ trong trạng thái ổn định Bằng cách tích hợp các bạc đạn và hệ thống treo, bộ gắn kết có khả năng giảm thiểu ma sát và rung động, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả của động cơ.

Bộ cảm biến đóng vai trò quan trọng trong các động cơ AC, cung cấp thông tin chính xác về vị trí, tốc độ và các thông số khác của rotor Các loại cảm biến thường được sử dụng bao gồm cảm biến từ, cảm biến quang và cảm biến vị trí từ tính, giúp động cơ hoạt động hiệu quả và ổn định.

Hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định của động cơ AC Thông thường, hệ thống này bao gồm các quạt, bộ tản nhiệt và hệ thống tuần hoàn chất làm mát, giúp ngăn chặn quá nhiệt và đảm bảo hiệu suất động cơ ổn định.

Màn hình HMI

Màn hình HMI (Human Machine Interface) là thiết bị giao diện người-máy quan trọng trong tự động hóa công nghiệp, cho phép người dùng tương tác và điều khiển hệ thống một cách trực quan và hiệu quả Thông qua màn hình HMI, người dùng có thể theo dõi, điều khiển và giám sát các quy trình cũng như thiết bị công nghiệp một cách dễ dàng và chính xác.

Màn hình HMI thường được trang bị màn hình cảm ứng cho phép người dùng nhập liệu, chọn lựa chức năng và xem thông tin hệ thống một cách dễ dàng Thông qua màn hình này, người dùng có thể theo dõi và giám sát hệ thống thông qua các đồ họa, biểu đồ quá trình và biểu đồ điều khiển được hiển thị trực quan.

Nó cũng có thể hiển thị thông tin số, văn bản và hình ảnh

Một số tính năng và chức năng quan trọng của màn hình HMI bao gồm:

Màn hình HMI cho phép hiển thị các đồ họa và biểu đồ màu sắc, giúp thể hiện trạng thái và thông tin của hệ thống một cách rõ ràng và dễ hiểu, mang lại trải nghiệm trực quan cho người dùng.

Một số màn hình HMI hiện đại hỗ trợ đa ngôn ngữ, cho phép người dùng lựa chọn ngôn ngữ phù hợp với họ để tương tác với hệ thống một cách dễ dàng và tiện lợi Tính năng này giúp mở rộng khả năng sử dụng của màn hình HMI, đặc biệt là trong các môi trường đa ngôn ngữ hoặc quốc tế.

Màn hình HMI cho phép kết nối giao tiếp linh hoạt với nhiều thiết bị và hệ thống khác nhau thông qua các giao thức truyền thông phổ biến như Modbus, Profibus, Ethernet và nhiều giao thức khác Điều này cho phép truyền và nhận dữ liệu một cách hiệu quả từ các thiết bị và hệ thống khác, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và giám sát.

Màn hình HMI là công cụ điều khiển và giám sát hiệu quả, cho phép người dùng dễ dàng quản lý và theo dõi các quy trình cũng như thiết bị thông qua giao diện cảm ứng trực quan Với các nút bấm, thanh trượt và chức năng tùy chỉnh, người dùng có thể thực hiện các lệnh điều khiển một cách chính xác và theo dõi tình trạng của hệ thống một cách tức thời.

Một số lợi ích của màn hình HMI trong các ứng dụng công nghiệp bao gồm:

Màn hình HMI được thiết kế với giao diện trực quan và thân thiện với người dùng, giúp họ dễ dàng tương tác với hệ thống thông qua các phương thức nhập liệu đa dạng như giao diện cảm ứng, nút bấm hoặc bàn phím Điều này không chỉ giảm thiểu sự phức tạp trong quá trình điều khiển mà còn tăng tính linh hoạt, mang lại trải nghiệm người dùng mượt mà và hiệu quả.

Giám sát và điều khiển hiệu quả là yếu tố quan trọng trong các quá trình công nghiệp Màn hình HMI cung cấp thông tin và hình ảnh trực quan về trạng thái của các thiết bị, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và kiểm soát các thông số quan trọng như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng Nhờ đó, màn hình HMI giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và tiết kiệm thời gian, đồng thời hỗ trợ người dùng đưa ra quyết định chính xác và kịp thời.

Màn hình HMI mang đến khả năng tích hợp và kết nối mạnh mẽ với các thiết bị và hệ thống khác, bao gồm PLC, máy tính công nghiệp, cảm biến và thiết bị đo lường Điều này cho phép thực hiện việc truyền và nhận dữ liệu một cách hiệu quả, giúp thực hiện các chức năng điều khiển và giám sát một cách chính xác và linh hoạt.

Giới thiệu một số phần mềm sử dụng và ngôn ngữ lập trình

Phần mềm GX-Works2 là phần mềm được Mitsubishi nâng cấp và thay thế cho

GX Developer là một công cụ lập trình PLC mạnh mẽ với giao diện trực quan hiện đại, mang lại trải nghiệm thao tác mượt mà và linh hoạt Ngoài ra, phần mềm này còn hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, bao gồm FBD (Function Block Diagram) và SFC (Sequential Function Chart), giúp người dùng có thể lựa chọn phương pháp lập trình phù hợp nhất với nhu cầu của mình.

GX Works2 là một công cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, và duy trì chương trình trên Window

GX Works2 đã cải thiện chức năng và khả năng thao tác, với những tính năng dễ sử dụng hơn khi so sánh với GX Developer đã có

GX Works2 quản lý các chương trình và thông số đầu vào của dự án cho mỗi CPU điều khiển khả trình

Chương trình có thể được tạo ra trong một Dự án đơn giản theo cách tương tự với GX Developer

Lập trình cấu trúc trong một dự án cấu trúc cũng khả thi với GX Works2

Hình 2.13 Giao diện chương trình của Gx-Work 2

Vì những tiện ích mà phần mềm mang lại, ta sẽ sử dụng để mô phỏng cho mô hình của nhóm

Phần mềm vẽ mạch và mô phỏng mạch điện công nghiệp này là một lựa chọn lý tưởng cho các kỹ sư và nhà thiết kế nhờ vào tính gọn nhẹ và khả năng chạy trực tiếp mà không cần cài đặt Với bộ ký hiệu đầy đủ của các thiết bị công nghiệp như nguồn, cầu dao, máy cắt, động cơ 3 pha, cảm biến và nhiều hơn nữa, phần mềm này cung cấp một môi trường làm việc hiệu quả và chính xác để thiết kế và mô phỏng các mạch điện công nghiệp phức tạp.

Hình 2.14 Giao diện phần mềm Cade

Một số tính năng chính của phần mềm:

- Hỗ trợ đầy đủ các thiết bị công nghiệp như: CB, Relay, Wire, Contactor, Aptomat…

Phần mềm này đặc biệt hữu ích cho sinh viên đang học hoặc mới ra trường, giúp họ mô phỏng mạch điện công nghiệp một cách hiệu quả mà không cần phải đầu tư vào thiết bị thực tế, từ đó tiết kiệm chi phí và thời gian.

- Là phần mềm gọn nhẹ, có thể chạy trực tiếp mà không cần cài đặt

- Phần mềm là đã được việt hóa nên rất dễ sử dụng

- Phần mềm cho ta sơ đồ điều khiển trong công nghiệp khá dễ dàng Giúp kỹ sư vẽ mạch nhanh chóng và đồng thời có thể mô phỏng

FluidSim thường là một gói phần mềm mà bạn có thể sử dụng để mô phỏng, thế hệ và nghiên cứu của khí nén và thủy lực

Công cụ này không chỉ giúp xây dựng và kiểm tra mạch ảo mà còn tích hợp các chức năng độc đáo, mang lại trải nghiệm sử dụng dễ dàng Là một trình soạn thảo mạch và mô phỏng chi tiết, phần mềm này cung cấp các tính năng chi tiết về tất cả các thành phần, giúp người dùng tạo ra các mạch điện phức tạp một cách hiệu quả.

Hình 2.15 Giao diện phần mềm Fluidsim

Ta có thể sử dụng phần mềm này để vẽ các mạch liên quan đến khí nén và mô phỏng khí nén

2.9.4 Ngôn ngữ lập trình C# và C# Winform

C# là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và đa năng được phát triển bởi Microsoft, đáp ứng nhu cầu phát triển ứng dụng đa nền tảng và đa mô hình Nhờ C#, bạn có thể xây dựng các ứng dụng máy tính, ứng dụng di động, ứng dụng web, trò chơi và nhiều ứng dụng khác, giúp mở rộng khả năng phát triển ứng dụng đa dạng.

Ngôn ngữ C# sở hữu cú pháp dễ hiểu và gần gũi với ngôn ngữ tự nhiên, giúp các lập trình viên nhanh chóng tiếp thu và phát triển ứng dụng một cách hiệu quả Với hỗ trợ lập trình hướng đối tượng (OOP) và lập trình hướng sự kiện (event-driven programming), C# cho phép bạn tạo ra các đối tượng, tái sử dụng code và xử lý các sự kiện một cách linh hoạt, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn.

Phần mềm C# WinForms là một nền tảng phát triển ứng dụng Windows mạnh mẽ, kết hợp ngôn ngữ lập trình C# và công nghệ Windows Forms để tạo ra các ứng dụng Windows chuyên nghiệp Là một ngôn ngữ lập trình được phát triển bởi Microsoft, C# (C Sharp) mang lại nhiều tính năng và công cụ lập trình hiện đại, trong khi Windows Forms (WinForms) cung cấp một bộ công cụ toàn diện để xây dựng giao diện người dùng trực quan và dễ sử dụng trên nền tảng Windows.

C# WinForms cho phép bạn tạo ra các ứng dụng Windows truyền thống với giao diện người dùng dựa trên cửa sổ và các điều khiển như nút, hộp văn bản, danh sách, và hơn thế nữa Điều này cho phép bạn xây dựng các ứng dụng desktop đa dạng như ứng dụng quản lý, trò chơi, công cụ, và ứng dụng kinh doanh sử dụng C# và WinForms, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao cho các dự án phát triển ứng dụng của bạn.

 Tốc độ xử lý dữ liệu nhanh chóng

 Đảm bảo an toàn, bảo mật thông tin

 Có thể chạy trên các phiên bản Windows khác nhau

 Thao tác trên nhiều giao diện

Phần mềm chạy trên nền tảng Windows yêu cầu người dùng phải sử dụng máy tính đã cài đặt phần mềm để có thể hoạt động Điều này có nghĩa là bạn phải luôn mang theo máy tính cá nhân để phục vụ cho công việc, gây ra sự bất tiện và hạn chế trong việc di chuyển.

 Winform chỉ phù hợp các ứng dụng trên desktop: ứng dụng quản lý thông tin, ứng dụng tương tác trực tiếp với người dùng

 Đồ họa trên winform không cao nên giao diện phần mềm sẽ thiếu tính trực quan, hơi khó thao tác, không thân thiện với người dùng

SolidWorks là một phần mềm thiết kế 3D mạnh mẽ và phổ biến được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật và thiết kế sản phẩm, giúp tạo ra các mô hình 3D chính xác và tương tác với chúng Được phát triển bởi công ty Dassault Systèmes, phần mềm này cung cấp một loạt các công cụ và tính năng đa dạng, đáp ứng nhu cầu thiết kế và sản xuất của người dùng.

Với giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng, SolidWorks cho phép các kỹ sư và nhà thiết kế tạo ra các bản vẽ kỹ thuật, mô hình 3D và các bộ lắp ráp một cách nhanh chóng và dễ dàng Phần mềm này cung cấp các công cụ mạnh mẽ để thao tác trên các hình dạng khác nhau, từ các chi tiết đơn giản đến các bộ phận phức tạp, cho phép người dùng tạo ra các bề mặt cong, cắt gọt, rãnh, và các chi tiết khác để biểu diễn đầy đủ các tính năng của sản phẩm.

Hình 2.16 Giao diện của SolidWork version 2019

EasyBuilder8000 là một công cụ phát triển giao diện HMI mạnh mẽ, cho phép người dùng thiết kế và lập trình các giao diện người-máy trực quan và hiệu quả cho các hệ thống tự động hóa và điều khiển, giúp nâng cao hiệu suất và trải nghiệm người dùng.

EasyBuilder8000 cung cấp một giao diện đồ họa trực quan và dễ sử dụng, cho phép người dùng tạo ra các giao diện HMI chuyên nghiệp một cách nhanh chóng và hiệu quả Phần mềm này cho phép tạo ra các giao diện đồ họa tùy chỉnh để hiển thị thông tin, điều khiển và giám sát các thiết bị và quy trình tự động hóa, đáp ứng nhu cầu của người dùng trong việc xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại.

Dưới đây là một số tính năng chính của EasyBuilder8000:

EasyBuilder8000 mang đến một giao diện đồ họa trực quan với tính năng kéo và thả, cho phép người dùng tạo ra các giao diện HMI một cách dễ dàng và hiệu quả Với công cụ này, người dùng có thể thêm các phần tử như nút bấm, biểu đồ, văn bản, hình ảnh và các điều khiển khác vào giao diện một cách trực quan, giúp tạo ra một giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng.

EasyBuilder8000 hỗ trợ đa dạng các loại thiết bị, bao gồm HMI và bộ điều khiển từ các thương hiệu nổi tiếng như Delta, Siemens, Mitsubishi, Schneider và nhiều hơn nữa, giúp người dùng có thể lựa chọn linh hoạt thiết bị phù hợp với hệ thống tự động hóa của mình, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong việc xây dựng và vận hành hệ thống.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Yêu cầu thiết kế phần cứng và phần mềm

3.1.1 Yêu cầu thiết kế phần cứng

Nhóm báo cáo đã thiết kế phần cứng có các yêu cầu cụ thể như sau:

Hệ thống yêu cầu phải tích hợp cơ cấu khí nén để thực hiện các chức năng chính, bao gồm tách miệng bì, xả nông sản từ bồn chứa xuống bàn cân, đẩy nông sản vào túi và cuối cùng là đóng miệng bì lại một cách tự động và hiệu quả.

- Thiết kế cơ cấu khí nén có thể đẩy ra và thu về thông qua cơ cấu xilanh

- Thiết kế mạch kết nối ngõ vào ra PLC để thực hiện chương trình tương ứng

3.1.2 Yêu cầu thiết kế phần mềm

Nhóm báo cáo đã thiết kế phần mềm có các yêu cầu cụ thể như sau:

- Thể hiện được quy trình hoạt động của hệ thống

- Giao diện thân thiện với người dùng

- Hiển thị được các trạng thái báo lỗi của mô hình nếu xảy ra sự cố.

Sơ đồ khối hệ thống

Dựa trên các cơ cấu chấp hành nhóm thực hiện báo cáo đã tìm hiểu và thiết kế sơ đồ khối như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối hệ thống

Sơ đồ khối chức năng của mô hình thực nghiệm bao gồm bốn thành phần chính: màn hình điều khiển, bộ điều khiển trung tâm, Motor AC và cảm biến Loadcell Mỗi bộ phận đóng vai trò quan trọng và thực hiện chức năng riêng biệt trong hệ thống, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả.

Chọn thiết bị cho hệ thống

Như đã đề cập trong mục tổng quan, nhóm nghiên cứu đã chọn thế kế hệ thống đóng gói kiểu đứng, dạng hạt rời,năng suất 6 túi/ 1 phút

- Hình dạng: Hình chữ nhật

- Đặc điểm: Túi có cơ cấu đóng miệng được

Hình 3.2 Túi Zip đóng gói hạt

Hệ thống đóng gói nông sản hiện đại sử dụng giác hút chân không để lấy bì và tách miệng bì một cách hiệu quả Bộ giác hút chân không được thiết kế tinh tế với phụ kiện đầu giác hút phù hợp với đường ống dẫn khí Φ 6 * M5, đi kèm lò xo giảm lực nén khi hoạt động Cốc hút chân không được làm từ silicone dẻo, giúp tăng lực hút và giữ chắc vật thể khi hoạt động, thường được ứng dụng cùng với van xả điện từ Khi lựa chọn giác hút, cần xem xét ứng dụng cụ thể để chọn loại phù hợp, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình sử dụng.

Hình 3.3 Núm hút chân không chuyên dụng để hút bì

Hình 3.4 Giác hút chân không

3.3.3 Chọn van hút chân không cho giác hút

Van hút chân không là thiết bị quan trọng giúp tạo môi trường chân không cho các sản phẩm và vỏ bao bì, bảo quản tốt và giảm kích thước sản phẩm Với chất liệu nhựa cao cấp và hợp kim nhôm, van hút chân không có đa dạng kích cỡ để lắp đặt cho nhiều hệ thống và thiết bị, đặc biệt phù hợp cho hệ thống đóng gói sản phẩm và bao bì Việc ứng dụng van hút chân không cũng giúp chuyển đổi khí đẩy ra thành khí hút vào, hỗ trợ mở miệng bì hiệu quả.

Hình 3.5 Van hút chân không

Với các thông số kĩ thuật sau

- Chức năng : Tạo lực hút chân không

- Áp suât hoạt động lý tưởng: 0,1~16kg/cm²

- Ngõ cấp khí van hút chân không bằng khí nén : P

- Ngõ hút van hút chân không khí nén : A

- Các bộ phận chính van hút chân không bằng khí nén gồm : Thân nhôm, phốt chặn khí

Van hút chân không bằng khí nén được cấu tạo từ vật liệu chính là kim loại Đối với loại núm hút chân không sử dụng ở mức khí 0.8Mpa, chúng ta có thể đạt được lực hút của giác hút lên đến 40.2N, mang lại hiệu suất cao trong các ứng dụng thực tế.

3.3.4 Tính toán chọn động cơ

Do thiết bị thực tế có sẵn nên nhóm báo cáo chọn Motor S9I90GBH-V12

- Momen xoắn lớn nhất trên trục ra của Motor là: max

- P là công suất của Motor

- T là Momen xoắn lớn nhất trên trục Motor

- n là tốc độ lớn nhất của Motor

- r là bán kính trục động cơ

Hình 3.6 Motor S9I90GBH-V12 Động cơ S9I90GBH-V12 có những thông số sau:

3.3.5 Tính toán chọn hộp số

Nhóm báo cáo đã quyết định sử dụng hộp số để giảm tốc độ của Motor do sự chênh lệch lớn về tốc độ giữa Motor thực tế (1700RPM) và Motor tính toán.

⇒ Do yêu cầu trên và thiết bị thực tế nên nhóm báo cáo chọn hộp số S9KC20BH

Hình 3.7 Hộp số S9KC20BH SPG

Thông số kỹ thuật của hộp S9KC20BH SPG:

- Loại đầu bánh răng: Trục song song

- Đặc điểm kỹ thuật trục đầu ra bánh răng: Loại chính

- Sức mạnh tác động trục: Tải chung

- Vòng bi: Loại hỗn hợp kim loại ổ bi

- Hướng qua: Cùng chiều động cơ

Hộp số S9KC20BH SPG có tỉ lệ giảm là 20, đòi hỏi phải lựa chọn nhông truyền phù hợp để tốc độ Motor đáp ứng yêu cầu Nhóm báo cáo đã lựa chọn nhông truyền với tỉ lệ 1:2 để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Tốc độ quay lớn nhất của Motor sau khi qua hộp số và nhông truyền:

Hình 3.8 Bánh răng côn max

- P là công suất của Motor

- T là Momen xoắn lớn nhất trên trục Motor

- n là tốc độ lớn nhất của Motor

- r là bán kính bánh răng côn

Thể tích của bồn trộn được tính toán dựa trên ba thành phần chính, bao gồm khối trụ lớn với chiều cao 22cm và bán kính 26cm, khối chóp cụt có chiều cao 42cm và hai bán kính lần lượt là 6cm và 26cm, cùng khối trụ nhỏ với chiều cao 10cm và bán kính 6cm.

Tuy nhiên phần hình trụ lớn ở trên nhóm lắp thiết bị nên thể tích tối đa sẽ là khôi chóp cụt cộng với khối trụ nhỏ

Mà khối lượng thể tích của hạt bắp là 600kg/ m 3 , vậy bồn trộn có thể chưa tối đa 23.5kg

Như vậy sau khi qua hộp số và nhông truyền, tốc độ Motor đã phù hợp với yêu cầu đặt ra

Hình 3.9 Thể tích bồn trộn

3.3.6 Chọn bộ điều khiển tốc độ động cơ

Để đáp ứng yêu cầu về sự linh hoạt trong quá trình khuấy nông sản, nhóm nghiên cứu đã quyết định tích hợp bộ điều khiển tốc độ động cơ vào hệ thống Điều này cho phép điều chỉnh tốc độ khuấy của cần khuấy trong bồn, giúp thích ứng với số lượng nông sản không cố định.

Hình 3.10 Bộ điều khiển tốc độ động cơ US-52

- Kích thước sản phẩm: 60x100x90 mm

3.3.7 Tính toán lựa chọn xi lanh

Do công đoạn đẩy nông sản, mở van, đóng, mở bì sử dụng gồm 8 xi lanh khí nén nên ta sẽ lựa chọn như sau:

Việc xi lanh ta sử dụng để đẩy các khớp lên hoặc các khớp ngang nên dựa vào bảng ta chọn được load factor = 0.5 hoặc nhỏ hơn

Đối với hệ thống xi lanh, có nhiều loại load factor khác nhau như thể hiện trong Hình 3.11 Để tính toán lực cần thiết cho việc đẩy các xi lanh khác và nâng vật, chúng ta cần xem xét áp suất cấp cho mạch hoạt động, trong trường hợp này là 0,6 Mpa Ví dụ, để đẩy một vật có khối lượng 5kg, tương đương với lực F = mg = 5 * 10 = 50 N, chúng ta cần tính toán lực cần thiết cho xi lanh để có thể thực hiện việc nâng và di chuyển vật một cách hiệu quả.

Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện lực của xi lanh

Khi xem xét lực đẩy ra và lực hút vào, chúng ta nhận thấy lực đẩy ra luôn lớn hơn lực hút vào do có tải Dựa trên biểu đồ lực đẩy ra, chúng ta chọn kích thước bore size là 16 mm Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, chiều dài có thể thay đổi, nhưng trong trường hợp này, chúng ta chọn chiều dài là 50 mm.

Ta sẽ chọn loại SMC CDJ2D

Ngoài ra ta cũng sẽ chọn xi-lanh đôi để phù hợp và chắc chắn hơn cho hệ thống

Hình 3.15 Bảng thông số xilanh AirTAC

Ta có lực của cylinder: F  0.8*157.1 125.68  N tương đương 12.568kg

3.3.8 Tính toán chọn Valve khí nén Để lựa chọn van phù hợp với xi lanh ta cần chọn nhiều yếu tố

  quan trọng nhất là áp suất tối đa Valve có thể chịu được:

Với Cv (Capacity Co-efficient) – khả năng chịu khí tối đa của valve

Cylinder Area = R 2 = *8 *0.0393 2 2 0.3105(inch 2 ) (3.9) Cylinder Stroke = 50*0.0393 = 1.965 (inch) (3.10) Nguồn áp suất cấp vào là 0.6Mpa = 87PSI nên ta dò bảng:

Hình 3.16 Bảng tham chiếu Compression Factor và A

Ta tìm được Compressor Factor = 7.1 và A = 0.045

Ta mong muốn tốc độ đẩy của xi lanh là 300mm/s Ta có chiều dài stroke là 50mm thì thời gian để đẩy hết quãng stroke là

Ta thay các thông số ta tìm được vào công thức (3.1) ta được kết quả

Như vậy ta sẽ chọn valve có chứa được lưu lượng khí ở công thức (3.4) Ta chọn được valve 4V210-08

Hình 3.18 Bảng thông số kĩ thuật của van điện từ 4v210-08

Ta nhận thấy Cv của loại 4V210-08 sẽ là 0.89 nên ta có thể sử dụng van này để thực hiện ứng dụng

3.3.9 Nguồn cấp điện cho hệ thống

Bảng 3-1 Công suất các thiết bị sử dụng nguồn điện 24V

Tên Thiết bị Công suất Số lượng Tổng

Màn hình HMI 7.2W 1 7.2W Đèn LED 24W 1 24W

Bộ nguồn tổ ong 24V 5A đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều thông qua chế độ dao động xung bằng mạch điện tử và biến xung, giúp cung cấp nguồn điện ổn định và hiệu quả cho các thiết bị điện tử.

Bộ nguồn tổ ong 24V 5A cung cấp nhiều công dụng nổi bật, bao gồm chỉnh lưu, biến tần và nắn dòng, giúp dòng điện, điện áp và tần số dao động ổn định Thiết bị này thường được sử dụng trong các mạch ổn áp để cung cấp dòng áp đủ, tránh ảnh hưởng tới các mạch và sụt áp, đồng thời tăng tuổi thọ của các thiết bị điện Ưu điểm giá thành rẻ, nhỏ gọn và dễ tích hợp khiến bộ nguồn tổ ong 24V 5A trở thành lựa chọn phổ biến trong thời đại đèn LED và vi mạch điện tử hiện nay.

Chúng tôi đã lựa chọn nguồn điện này vì giá thành rẻ và tính linh hoạt cao, cho phép dễ dàng chuyển đổi từ điện áp 220V sang 24V Ngoài ra, nguồn điện này còn có khả năng chịu dòng điện lên đến 5A và công suất 120W, đáp ứng đầy đủ nhu cầu của hệ thống.

Hình 3.19 Hình ảnh nguồn tổ ong

3.3.10 Chọn PLC Để chọn được PLC, ta cần phải dựa vào quy mô của hệ thống đóng gói

- Ngõ vào số (Digital): 11 ngõ

- Ngõ ra số (Digital): 10 ngõ

Từ những yêu cầu trên và thiết bị có sẵn, nhóm thực hiện báo cáo chọn bộ xử lí CPU Q06UDHCPU cho PLC

Với các thông số kỹ thuật như sau:

- Bộ xử lý CPU: Q Series CPU Q06UDHCPU

- Nguồn cấp cho Module Power: 220VAC

- Tổng I/O mở rộng với CC-Link : 8192

- Bộ nhớ chương trình : 60.000 bước lệnh

- Tốc độ xử lý lệnh : 9.5 ns

- Hỗ trợ kết nối RS232 với PC hoặc HMI

- Cổng kết nối : RS232, USB mini

- Nhiệt độ lưu trữ : -25 ~ +75ºC

- Độ ẩm môi trường : Max 95% ( không ngưng tụ )

- Kích thước sản phẩm : 27,4 x 98 x 89,3 (mm)

PLC Mitsubishi mã Q06UDHCPU là một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng tự động hoá và điều khiển trong công nghiệp, nhờ sở hữu các thông số kỹ thuật cao cấp và tính năng mạnh mẽ.

3.3.10.2 Các module chức năng PLC

- Vị trí gắn: Gắn vào khe gắn nguồn cấp đế khả dụng

- Nguồn cấp đầu vào: 100-240VAC (+10% / -15%) (85-264VAC)

- Công suất biểu kiến tối đa đầu vào:120VA

- Điện áp đầu ra bên ngoài: 24VDC ±10%

- Hình dạng: Mô-đun ngõ vào DC (Loại chung dương)

- Số lượng điểm ngõ vào: 64 điểm

- Phương pháp cách ly: Cách ly bằng photocoupler

- Điện áp định mức ngõ vào: 24VDC (+20/-15%, tỉ lệ sóng nhỏ hơn 5%)

- Dòng điện định mức ngõ vào: 4mA

- Kết nối ngoại vi: Đầu nối 40 chân

Hình 3.22 Module ngõ vào QX42

Hình 3.23 Cách nối dây và tên các chân của module QX42

- Hình dạng: Mô-đun ngõ ra transistor (Loại chì)

- Số lượng điểm ngõ ra: 64 điểm

- Điện áp tải định mức: 12-24VDC (+20/-15%)

- Dòng tải tối đa: 0.1A/điểm, 2A/chung

- Dòng chảy tối đa khi khởi động: 0.7A, 10ms hoặc ít hơn

- Nguồn cung cấp ngoại vi:

 Điện áp: 12-24VDC (+20/-15%) (tỉ lệ sóng nhỏ hơn 5%)

 Dòng điện: 20mA (ở 24VDC)/chung

- Kết nối ngoại vi: Đầu nối 40 chân

Hình 3.24 Module ngõ ra QY42P

Hình 3.25 Cách nối dây và tên các chân của module QY42P

- Có hai kênh giao tiếp: CH1 và CH2

- Giao diện CH1 hỗ trợ chuẩn RS-232 và CH2 hỗ trợ chuẩn RS-422/485

- Giao tiếp RS232 trên CH1 có thể sử dụng tốc độ truyền 230400 bps, trong khi CH2 chỉ hỗ trợ tối đa 115200 bps

- Phương pháp đồng bộ hóa được sử dụng là phương pháp đồng bộ bắt đầu- dừng

- Có thể lựa chọn tốc độ truyền dữ liệu từ 50 bps đến 230400 bps

- Có thể lựa chọn các cấu hình bit dữ liệu, bit kiểm tra chẵn/lẻ, và bit dừng

- Sử dụng mã kiểm tra tổng để phát hiện lỗi

- Khoảng cách truyền tối đa là 15m cho giao diện RS232 và 1200m cho giao diện RS-422/485

- Số lần ghi tối đa vào ROM flash là 100.000 lần cho cùng một vùng

- Số điểm I/O chiếm dụng là 32 điểm mỗi khe cắm (gán I/O: Intelli: 32 điểm)

- Kích thước ngoài: 98mm (cao) x 27.4mm (rộng) x 90mm (dài)

- Số lượng ngõ vào Analog: 4 kênh

- Phạm vi ngõ vào analog:

 Điện áp: -10 đến 10 V DC (điện trở đầu vào 1MΩ)

 Dòng điện: 0 đến 20 mA DC (điện trở đầu vào 250Ω)

- Phạm vi đầu vào analog tối đa: 0 đến 10 V

- Độ phân giải tối đa: 2.5 mV

- Độ chính xác: ±0.1% (độ lệch toàn phạm vi)

- Nhiệt độ hoạt động: 0 đến 55 °C

- Tốc độ chuyển đổi: 80 giây/ kênh

- Điện áp tối đa đầu vào tuyệt đối: ±15 V

=> Tín hiệu từ bộ khuếch đại LOADCELL từ 0-10V nên ta chọn module Q64AD

3.3.11 Tính toán chọn cảm biến từ

Cảm biến từ hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản là một mạch điện thường mở, cho phép đóng mạch khi có tín hiệu tiếp xúc với từ trường Khi vòng từ của piston xy lanh khí nén tiếp xúc với cảm biến, mạch sẽ đóng lại, truyền tín hiệu điện để điều khiển các chu trình khác nhau theo mục đích sử dụng của người dùng.

Cảm biến CMSJ-020 được thiết kế để nhận tín hiệu dịch chuyển của xy lanh, cho phép điều khiển các chu trình tiếp theo thông qua việc đóng ngắn mạch điện Nhờ khả năng này, cảm biến CMSJ-020 đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quy trình và nâng cao hiệu suất của hệ thống.

Hình 3.28 Bảng thông số kỹ thuật cảm biến CMSJ-020

Số lượng: 5 cái (Cảm biến xylanh đẩy hạt xuống phễu, Cảm biến xylanh hút bì

1, Cảm biến xylanh đẩy hút bì 1, Cảm biến xylanh hút bì 2, Cảm biến xylanh đóng miệng bì)

3.3.12 Tính toán chọn màn hình HMI

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi nhấn nút START, hệ thống bắt đầu hoạt động và yêu cầu nhập trọng lượng của gói hàng mong muốn thông qua màn hình HMI Tiếp theo, xi-lanh 1 sẽ xả nông sản xuống bàn cân, sau đó xi-lanh 2 sẽ đẩy tới vị trí để túi, đồng thời mở giác hút và hút một túi Tiếp theo, xi-lanh 3 sẽ đẩy túi sang vị trí miệng ống và xi-lanh 4 sẽ đối diện tác động, mở giác hút và hút túi ban đầu để mở miệng, hoàn thiện quy trình đóng gói.

Khi số gam đã đạt yêu cầu, xi-lanh 5 sẽ đẩy nông sản xuống miệng túi, đồng thời xi-lanh 6 và 7 sẽ tác động để đóng miệng túi lại và đóng giác hút Cuối cùng, xi-lanh 8 sẽ đẩy túi sản phẩm đã hoàn thành ra ngoài hệ thống, hoàn tất quá trình đóng gói.

Sơ đồ đấu dây các thiết bị

Mạch nối dây PLC với các thiết bị:

Hình 3.34 Mạch nối dây PLC với các thiết bị

Bảng 3-3 Các ngõ vào được sử dụng

Ngõ vào Digital Địa chỉ

Bảng 3-4 Các ngõ ra được sử dụng

Ngõ ra Digital Địa chỉ

Bảng 3-5 Các ngõ vào Analog

Ngõ vào Analog Địa chỉ

Bản vẽ hệ thống

3.6.1 Bản vẽ mô phỏng sơ đồ tủ điện

Dưới đây là sơ đồ bố trí các thiết bị trên tủ điện

Hình 3.36 Sơ đồ tổng quát tủ điện

3.6.2 Bản vẽ Solidwork các khâu của hệ thống

Hình dưới là vị trí và lắp đặt dự kiến cho các xi lanh và giá đỡ trong khâu lấy bì,tách và đóng miệng bì

Hình 3.37 Khâu lấy bì,tách và đóng miệng bì

Hình dưới là mô hình cho khâu trộn, gồm bồn trộn, trục khuấy, phễu, giá đỡ và cả động cơ

Hình 3.38 Khâu trộn nông sản

Bảng điều khiển gồm 3 nút nhấn (On, Off, Emg), màn hình HMI, điều tốc US52

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Mô hình thực tế

Dựa trên sơ đồ đấu dây, báo cáo đã thiết kế bản vẽ mô phỏng chi tiết bố trí các thiết bị của hệ thống trong tủ điện, giúp minh họa rõ ràng cấu trúc và sắp xếp của hệ thống.

Hình 4.1 Tủ điện thực tế sau thi công

Từ các bản vẽ mô phỏng, nhóm thực hiện báo cáo đã thiết kế được mô hình thực tế của hệ thống:

Hình 4.2 Khâu tiếp liệu và đóng gói thực tế

Hình 4.3 Bảng điều khiển đã thi công

Hình 4.4 Tổng thể mô hình thực tế sau thi công

Lập trình điều khiển hệ thống

Hình 4-5 Lưu đồ giải thuật của hệ thống

Nhóm thực hiện báo cáo đã tận dụng phần mềm GX Work 2 để viết chương trình điều khiển PLC Q06UDHCPU một cách hiệu quả Để lập trình cho PLC, việc kết nối với thiết bị là bước đầu tiên quan trọng Nhóm đã lựa chọn phương thức truyền thông Profinet (Ethernet) để kết nối với PLC, đảm bảo quá trình lập trình diễn ra suôn sẻ và chính xác.

Hình 4.6 Khai báo PLC và các Module mở rộng

Hình 4.7 Cài đặt giao tiếp với PLC

Hình 4.8 Cài đặt thông sô với Module giao tiếp QJ71C24N

Hình 4.9 Cài đặt thông số Module Analog input

Hình 4.10 Tùy chọn kênh ngõ vào của Analog input

Hình 4.11 Khai báo ngõ vào

Hình 4.12 Khai báo ngõ ra

4.2.3 Lập trình phần mềm điều khiển Ứng dụng của nhóm báo cáo được xây dựng trên ngôn ngữ C# và nền tảng NET Framework, phiên bản v4.7.2, đây là một khung làm việc mạnh mẽ của Microsoft cho phát triển ứng dụng Windows .NET Framework cung cấp một loạt các thư viện và khung làm việc để tạo ra các ứng dụng ổn định, mạnh mẽ và tương thích trên nền tảng Windows Để mang lại sự tiện lợi và trực quan cho ứng dụng, nhóm đã sử dụng Framework Bunifu Bunifu là một bộ công cụ phát triển giao diện người dùng cho NET, cho phép chúng tôi tạo ra các giao diện đẹp mắt, động và tùy chỉnh dễ dàng Sử dụng Bunifu giúp nhóm nhanh chóng thiết kế và triển khai các giao diện người dùng hấp dẫn, mang lại trải nghiệm tốt cho người dùng Để giao tiếp với PLC (Programmable Logic Controller), nhóm đã sử dụng thư viện MXCOMPONENT và ActUtlTypeLib MXCOMPONENT cung cấp các công cụ và chức năng cho phép chúng tôi truyền và nhận dữ liệu từ PLC Thư viện ActUtlTypeLib được sử dụng để tương tác với PLC thông qua giao thức hoặc không giao thức, cụ thể là nó cung cấp phương thức kết nối với PLC Việc sử dụng thư viện này giúp chúng tôi xây dựng một ứng dụng mạnh mẽ và tin cậy để kết nối và điều khiển PLC từ ứng dụng của chúng tôi

Các hàm trong thư viện ActUtlTypeLib:

- Open (Communication line opening) hResult = object.Open( *lplRetCode )

HRESULT hResult Returned value of COM Output LONG * lplRetCode Returned value of communication function Output

- Close (Communication line closing) hResult = object.Close(* lplRetCode )

HRESULT hResult Returned value of COM Output LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- ReadDeviceBlock (Device batch-read) hResult = object.ReadDeviceBlock( szDevice, lSize, *lplData, *lplRetCode )

HRESULT hResult Returned value of COM Output

BSTR szDevice Device name Input

LONG lSize Number of read points Input

LONG *lplData Read device values Output

LONG * lplRetCode Returned value of communication function Output

- WriteDeviceBlock (Device batch-write) hResult = object.WriteDeviceBlock( szDevice, lSize, *lplData, *lplRetCode )

LONG lSize Number of write points Input

LONG *lplData Written device values Input

LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- ReadDeviceRandom (Device random-read) hResult = object.ReadDeviceBlock(szDeviceList, lSize, *lplData, *lplRetCode )

BSTR szDeviceList Device name Input

LONG *lplData Read device values Output LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- WriteDeviceRandom (Device random-write) hResult = object.WriteDeviceRandom( szDeviceList, lSize, *lplData, *lplRetCode )

LONG *lplData Written device values Input LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- SetDevice (Device data setting) hResult = object.SetDevice( szDevice, *lData, *lplRetCode )

LONG lData Set data Input

- GetDevice (Device data acquisition) hResult = object.GetDevice( szDevice, *lplData, *lplRetCode )

LONG *lplData Set data Output

The ReadBuffer function, denoted as object.ReadBuffer, is utilized to read buffer memory, with the returned value represented by the HRESULT hResult, indicating the COM output This function requires specific input parameters, including the LONG lStartIO, which signifies the first I/O number of the module from where values will be read, as well as lAddress and lReadSize, which dictate the memory location and size of the data to be read, respectively.

LONG lAddress Buffer memory address Input

LONG lReadSize Read size Input

SHORT * lpsData Values read from buffer memory Output LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

The WriteBuffer function is used to write data to a specified buffer memory location, with the hResult variable returning the HRESULT output value of the COM operation This function requires several input parameters, including lStartIO, which represents the first I/O number of the module where the values will be written, lAddress, the memory address where the data will be written, and lWriteSize, the size of the data to be written.

LONG lAddress Buffer memory address Input

LONG lWriteSize Write size Input

SHORT *lpsData Values written to buffer memory Input LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- GetClockDSata (Clock data read) hResult = object.GetClockData( *lpsYear, *lpsMonth, *lpsDay, *lpsDayOfWeek,

SHORT *lpsYear Read year value Output

SHORT *lpsMonth Read month value Output

SHORT *lpsDay Read day value Output

SHORT *lpsDayOfWeek Read day-of-week value Output SHORT *lpsHour Read hour value Output

SHORT *lpsMinute Read minute value Output

SHORT *lpsSecond Read second value Output LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- SetClockData (Clock data write) hResult = object.SetClockData( sYear, sMonth, sDay, sDayOfWeek,sHour, sMinute, sSecond, *lplRetCode )

SHORT sYear Year value to be written Input

SHORT sMonth Month value to be written Input

SHORT sDay Day value to be written Input

SHORT sDayOfWeek Day-of-week value to be written Input

SHORT sHour Hour value to be written Input

SHORT sMinute Minute value to be written Input SHORT sSecond Second value to be written Input LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- GetCpuType (Programmable controller CPU type read) hResult = object.GetDevice( szDeviceList, *lplData, *lplRetCode )

The function returns several key values, including the HRESULT 'hResult' which indicates the outcome of the COM output, while 'szCpuName' provides the programmable controller CPU type as a character string Additionally, 'lplCpuType' outputs the programmable controller CPU type code and 'lplRetCode' returns the result of the communication function.

- SetCpuStatus (Remote control) hResult = object.SetCpuStatus( lOperation, *lplRetCode )

LONG lOperation Remote RUN/STOP/PAUSE Input

- EntryDeviceStatus (Device status monitor registration) hResult = object.EntryDeviceStatus(szDeviceList, lSize, lMonitorCycle,*lplData,

HRESULT hResult Returned value of COM Output BSTR szDeviceList Registered device name list Input

The communication function requires four key inputs: the number of registered device points, the status monitor time interval, and a list of registered device values The number of registered device points is represented by the 'lSize' parameter, while the status monitor time interval is denoted by 'lMonitorCycle' The registered device values are stored in the 'lplData' list Upon executing the communication function, it returns a list of values through the 'lplRetCode' output parameter, indicating the results of the communication process.

- FreeDeviceStatus (Device status monitor deregistration) hResult = object.FreeDeviceStatus( lplRetCode)

The OnDeviceStatus function announces an event, taking four parameters: szDevice, the name of the device whose condition has been met; lData, the value of the device whose condition has been met; lReturnCode, the returned value of the condition check processing; and lplRetCode, a pointer to the returned value of the communication function, which is an output parameter.

- ReadDeviceBlock2 (Device batch-read) hResult = object.ReadDeviceBlock2(szDevice, lSize, *lpsData, *lplRetCode) HRESULT hResult Returned value of COM Output

SHORT *lpsData Read device values Output

- WriteDeviceBlock2 (Device batch-write) hResult = object.WriteDeviceBlock2(szDevice, lSize, *lpsData, *lplRetCode) HRESULT hResult Returned value of COM Output

SHORT *lpsData Written device values Input LONG *lplRetCode Returned value of communication function Output

- ReadDeviceRandom2 (Device random-read) hResult = object.ReadDeviceRandom2(szDeviceList, lSize, *lpsData, *lplRetCode) HRESULT hResult Returned value of COM Output

SHORT *lpsData Read device values Output

- WriteDeviceRandom2 (Device random-write) hResult = object.WriteDeviceRandom2(szDeviceList, lSize, *lpsData, *lplRetCode) HRESULT hResult Returned value of COM Output

SHORT *lpsData Written device values Input

- SetDevice2 (Device data setting) hResult = object.SetDevice2(szDevice, sData, *lplRetCode)

SHORT sData Set data Input

- GetDevice2 (Device data acquisition) hResult = object.GetDevice2(szDevice, *lpsData, *lplRetCode)

SHORT *lpsData Acquired data Output

- Connect (Telephone line connection) hResult = object.Connect( lplRetCode)

- Disconnect (Disconnects telephone line) hResult = object.Disconnect( lplRetCode)

- GetErrorMessage (Gets error message) hResult = object.GetErrorMessage(lErrorCode, *lpszErrorMessage, *lplRetCode) HRESULT hResult Returned value of COM Output

LONG *lErrorCode Error code Input

BSTR *lpszErrorMessage Error message Output

Ứng dụng của nhóm được xây dựng trên nền tảng NET Framework v4.7.2, tích hợp Framework Bunifu để tạo giao diện người dùng đẹp mắt và trực quan Đồng thời, ứng dụng sử dụng thư viện MXCOMPONENT và ActUtlTypeLib để giao tiếp với PLC, cung cấp các phương thức kết nối và tương tác với PLC một cách hiệu quả và đáng tin cậy.

Hình 4.13 Giao diện của phần mềm

Nhóm đã tận dụng Realtime data của Firebase để lưu trữ dữ liệu tài khoản trong ứng dụng, giúp tối ưu hóa hiệu suất và bảo mật Firebase, một nền tảng phát triển ứng dụng di động và web do Google cung cấp, mang đến nhiều dịch vụ giá trị như cơ sở dữ liệu thời gian thực, xác thực người dùng và lưu trữ đám mây, giúp phát triển ứng dụng trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

- Ưu điểm chính của Firebase là:

Firebase cung cấp cơ sở dữ liệu thời gian thực, cho phép dữ liệu được đồng bộ hóa và cập nhật ngay lập tức trên các thiết bị và người dùng khác nhau, rất hữu ích trong việc xây dựng ứng dụng yêu cầu cập nhật dữ liệu nhanh chóng và đồng bộ.

Firebase đảm bảo an toàn và bảo mật dữ liệu người dùng thông qua các cơ chế bảo mật mạnh mẽ, bao gồm xác thực người dùng, quyền truy cập dựa trên vai trò và phương thức mã hóa dữ liệu Điều này giúp ngăn chặn truy cập trái phép và đảm bảo rằng chỉ những người được phép mới có thể truy cập vào dữ liệu Nhờ đó, dữ liệu của người dùng được bảo vệ an toàn và bảo mật tối đa.

Firebase được xây dựng trên cơ sở hạ tầng đám mây của Google, đảm bảo tính liên tục và ổn định cao cho ứng dụng của bạn, giúp bạn tập trung vào việc phát triển ứng dụng một cách hiệu quả mà không cần lo lắng về việc quản lý máy chủ hoặc độ trễ mạng Để tích hợp Firebase vào ứng dụng C# WinForms, nhóm đã sử dụng NuGet package FireSharp, cung cấp các thư viện và công cụ để giao tiếp với Firebase từ ứng dụng C#.

- Thư viện để tạo cầu kết nối với Firebase:

Hình 4.14 Thư viện để tạo cầu kết nối với Firebase

- Thư viện để lấy dữ liệu từ Firebase:

Hình 4.15 Thư viện để lấy dữ liệu từ Firebase

- Thư viện để giao tiếp với Firebase:

Hình 4.16 Thư viện để giao tiếp với Firebase

Sử dụng các thư viện này, chúng tôi có thể thiết lập kết nối với Firebase một cách dễ dàng, từ đó thực hiện các thao tác truy xuất và cập nhật dữ liệu trên nền tảng này Việc tích hợp các thư viện này vào ứng dụng giúp chúng tôi quản lý dữ liệu một cách thuận tiện và hiệu quả hơn.

Tạo một lớp hướng đối tượng (OOP) để kiểm tra độ khớp của user trên app và data trên Firebase:

Trong Class MyUser tạo các thuộc tính của đối tượng: Username, PassWord, Keydate, Linkavt,

- Tạo hàm khởi tạo đối tượng: public MyUser(string username, string passWord)

- Hàm để so sánh User đang đăng nhập và data trên Firebase: public static bool IsEqual(MyUser user1, MyUser user2)

{ if (user1 == null || user2 == null)

} if(user1.Username != user2.Username)

{ error = "Khong ton tai nguoi dung"; return false;

} else if(user1.PassWord != user2.PassWord)

{ error = "Mat khau khong dung"; return false;

- Tạo kết nối cho thiết bị:

AuthSecret = "r0pEDPEx4rhtBy1y4dTfWXVYwxmTORskniSl4QXo", BasePath = "https://datn -packzipperbag-default- rtdb.firebaseio.com/"

- Lấy dữ liệu từ Realtime database với giá trị khách hàng nhập từ textbox:

FirebaseResponse res = client.Get(@"Users/" +textbox_USER.Text); MyUser ReUser = res.ResultAs();

- Tạo User từ dữ liệu mới lấy về:

- Sau đó so sánh dữ liệu User khách hàng nhập và dữ liệu của database.

- Nếu khớp 2 user sẽ truy cập vào form chính để sử điều khiển máy.

- Sử dụng 2 thư viện của MXCOMPONENT: using ActUtlTypeLib; using ACTPCUSBLib;

- Tạo hàm kết nối tới PLC:

 Logical station: Địa chỉ kết nối tới PLC public ActUtlType plc = new ActUtlType(); public ActMLQCPUQUSB plc_2 = new ActMLQCPUQUSB();

Hình 4.17 Giao diện kết nối

 Trước khi kết nối thành công, tất cả các Form đều không truy cập được trừ form kết nối tới PLC

Hình 4.18 Giao diện thông báo khi chưa kết nối

Hình 4.19 Giao diện thông báo khi chưa kết nối với plc

- Khi kết nối thành công sẽ hiện tên CPU đang sử dụng và mã định danh của PLC:

Hình 4.20 Giao diện khi kết nối thành công

- Sử dụng hàm GetCpuType để xác định trạng thái PLC

- Sử dụng hàm SetCpuStatus để set trạng thái PLC: Các nút nhấn Run, Pause, Stop ứng với các giá trị 0,2,1

4.2.3.4 Form giám sát thời gian thực với máy

Hình 4.21 Giao diện giám sát hoạt động

Thư viện MXCOMPONENT có hạn chế khi chỉ truyền được dữ liệu số nguyên 16bit, do đó để truyền các giá trị số thực, chúng ta cần xây dựng hàm chuyển đổi số thực thành 2 ô số nguyên Hàm này cho phép đọc giá trị số thực từ PLC và trả về kết quả dưới dạng số thực Ví dụ, hàm float read_Float_PLC(string add) có thể được sử dụng để đọc giá trị số thực từ địa chỉ add và trả về kết quả dưới dạng số thực.

To read a floating-point value from a PLC device, start by initializing an integer array to store the address Use the ReadDeviceBlock function to read the device block into the address array, specifying the starting address and the number of elements to read Next, convert the high and low words of the address to byte arrays using BitConverter.GetBytes Then, combine the low and high word bytes into a single byte array in the correct order to represent the floating-point value Finally, use BitConverter.ToSingle to convert the byte array to a floating-point number, which can then be returned as the result.

} int[] write_float_PLC(float value)

{ byte[] floatbyte = BitConverter.GetBytes(value); byte[] highWordBytes = {floatbyte[2], floatbyte[3]}; byte[] lowWordBytes = {floatbyte[1], floatbyte[0]}; int[] returnValue = {BitConverter.ToInt16(lowWordBytes, 0),

BitConverter.ToInt16(highWordBytes, 0)}; return returnValue;

Trong đó truyền và nhận dữ liệu sử dụng hàm Writedeviceblock và Readdeviceblock:

- Các nút nhấn START, STOP, EMG để set trạng thái máy

- Nút Calib Loadcell dùng để set giá trị Loadcell về 0 đề hiệu chỉnh cân sau quá trình hoạt động

- Thanh trạng thái máy dùng để báo trạng thái của máy:

Hình 4.22 Giao diện khi đã hiệu chỉnh Loadcell

4.2.3.5 Form cài đặt thông số máy

Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm

Bảng 4-1 Kết quả chạy thực tế

STT Khối lượng nhập Số lần Khối thực tế Sai số

=> Dựa trên phần chạy thực tế ta nhận thấy rằng nếu đóng 200g thì không bị văng ra ngoài khi xả xuống và đáp ứng tốt yêu cầu

Qua chương 4 này, nhóm thực hiện báo cáo đã nghiên cứu và xây dựng được các bản vẽ mô phỏng phần cơ khí và cách bố trí các thiết bị, từ đó lựa chọn được các thiết bị phù hợp phục vụ cho hệ thống thực tế Đồng thời, nhóm cũng đã lập trình được PLC và thiết kế giao diện điều khiển giám sát trên màn hình HMI, cũng như xây dựng chương trình điều khiển để thực hiện nhiệm vụ điều khiển một cách hiệu quả.

Tiêu đề	Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Hệ Thống Đóng Gói Nông Sản Tự Động
Tác giả	Lê Anh Tuấn, Đào Anh Vũ
Người hướng dẫn	ThS. Phùng Sơn Thanh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	7,56 MB