Hệ thống ly tâm máu và chiết xuất plasma

Ngoài ra chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh Trần Thành Sơn là kỹ sư từ công ty Sysmex Việt Nam đã cung cấp những thông tin về những giải pháp tự động hóa trong xét nghiệm huyết họ

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Sau khi dịch COVID-19 hạ nhiệt, các bệnh viện tuyến trung ương đang đối mặt với tình trạng quá tải trầm trọng do lượng bệnh nhân tăng đột biến, lên đến gần 300% Điều này đã gây áp lực lớn lên đội ngũ bác sĩ và nhân viên y tế, buộc họ phải tăng ca và làm việc tới 16 tiếng mỗi ngày Trước tình hình này, nhu cầu áp dụng tự động hóa trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, đặc biệt là trong xét nghiệm máu, trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết Việc áp dụng tự động hóa trong xét nghiệm máu không chỉ giúp tăng cường hiệu suất và chính xác của quá trình xét nghiệm mà còn giảm thiểu sự phụ thuộc vào công việc thủ công và nguy cơ sai sót, đồng thời giảm tải công việc cho nhân viên y tế, cho phép họ tập trung vào chẩn đoán và điều trị bệnh nhân một cách hiệu quả.

Hiện nay, trên thế giới có nhiều dây chuyền xét nghiệm hiện đại và hiệu suất cao, chẳng hạn như máy phân tích Atellica CH 930, Roche – Cobas 6000, hệ thống Power Express C33520 từ Beckman Coulter và hệ thống GLP TLA từ Abbott Tuy nhiên, việc lắp đặt hệ thống tự động hóa trong y tế ở Việt Nam vẫn chưa phổ biến do một số hạn chế Các bệnh viện thường không thích mua các hệ thống này vì chi phí bảo trì cao, hoặc nếu được lắp đặt miễn phí, họ sẽ bị yêu cầu sử dụng độc quyền các giải pháp từ công ty đó, hạn chế khả năng kết hợp với các máy hãng khác có năng suất cao hơn.

Từ nhu cầu thiết yếu của một hệ thống tự động trong lĩnh vực y tế, đặc biệt là xét nghiệm, nhóm thực hiện đã lựa chọn đề tài nghiên cứu "HỆ THỐNG LY TÂM MÁU VÀ CHIẾT XUẤT PLASMA" Đề tài này tập trung vào việc tự động hóa công đoạn ly tâm máu và chiết xuất plasma, đáp ứng yêu cầu của quy trình xét nghiệm thực tế.

Mục tiêu đề tài và giới hạn đề tài

Các mục tiêu và giới hạn thực hiện đề tài được đặt ra trước khi tiến hành:

Mục tiêu đề tài Đề tài được thực hiện với những mục tiêu cụ thể như sau:

- Tạo ra hệ thống sát với thực tế, hoạt động ổn định dựa trên những yêu cầu thực tế của hệ thống

- Hệ thống chiết xuất được plasma với mức sai số là tối thiểu

- Thông tin về lỗi sẽ được hiển thị khi có lỗi xảy ra với hệ thống

- Giám sát và vận hành ở chế độ manual thông qua màn hình HMI

Quá trình chiết xuất plasma có thể được điều khiển và giám sát từ xa thông qua web, cho phép người vận hành thực hiện các thao tác cần thiết như nhập liệu và kiểm tra kết quả một cách tiện lợi và hiệu quả.

Giới hạn đề tài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3

Hệ thống mô hình được thiết kế dựa trên robot castesian, điều khiển chính xác bởi các servo, cho phép thực hiện các động tác phức tạp Bên cạnh đó, camera quét mã vạch được tích hợp để nhận diện và giải mã thông tin một cách chính xác Để giám sát và điều khiển hệ thống, HMI được gắn trên máy và màn hình web cung cấp giao diện người dùng trực quan, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều khiển quá trình hoạt động.

Phần chương trình điều khiển sử dụng các phần mềm chuyên dụng như MR Configurator2 cho servo, GX Works cho PLC, Cognex In-Sight Explorer cho camera, đồng thời tích hợp thiết kế web và hệ thống giám sát SCADA với GENESIS64 để tạo nên một hệ thống điều khiển toàn diện và hiệu quả.

Phương pháp nghiên cứu

Việc áp dụng các giải pháp từ Mitsubishi Electric đòi hỏi sự kết hợp của các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, hỏi ý kiến chuyên gia và nghiên cứu phân tích và tổng hợp để đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy Bằng cách tích hợp các phương pháp này, người dùng có thể tận dụng tối đa các giải pháp của Mitsubishi Electric và đạt được kết quả mong muốn.

Chúng tôi đã áp dụng phương pháp thực nghiệm bằng cách tích hợp các giải pháp từ Mitsubishi Electric vào mô hình, qua đó ghi nhận và thử nghiệm nhiều hướng tiếp cận khác nhau để tối ưu hóa kết quả hệ thống.

Để xây dựng quy trình tối ưu, chúng tôi đã tham khảo ý kiến từ các chuyên gia hàng đầu đến từ Randox Laboratories và Sysmex Vietnam Đồng thời, chúng tôi cũng áp dụng phương pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp, ghi nhận và tổng hợp kết quả sau mỗi hướng tiếp cận để lựa chọn quy trình linh hoạt và đạt hiệu suất cao nhất.

Giới thiệu nội dung

Nội dung của bài báo cáo được trình bày thành các chương như sau:

Giới thiệu tổng quan về đề tài, mục tiêu và giới hạn, phương pháp nghiên cứu và tóm tắt nội dung báo cáo

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4

Chương này tập trung vào việc trình bày các phương pháp thực hiện có thể đáp ứng yêu cầu của hệ thống, đồng thời phân tích và so sánh để lựa chọn ra phương pháp tối ưu nhất.

Chương 3: Thiết kế phần cứng hệ thống Ở chương này trình bày về các yêu cầu về đáp ứng của phần cứng hệ thống Và từ đó, phần cứng được thiết kế để đáp ứng những yêu cầu đã đưa ra và trình bày thông số kĩ thuật của các thiết bị đã lựa chọn

Chương 4: Thiết kế phần mềm

Chương này tập trung vào việc nêu rõ các yêu cầu kỹ thuật khi thi công phần mềm của hệ thống, đảm bảo đáp ứng hiệu quả hoạt động của hệ thống Đồng thời, thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát cần được tối ưu hóa để đơn giản hóa quá trình sử dụng, đồng thời phù hợp với yêu cầu thực tế của hệ thống, mang lại trải nghiệm người dùng tốt nhất.

Dưới đây là kết quả đạt được của hệ thống so với mục tiêu ban đầu, đồng thời đánh giá hiệu suất làm việc của hệ thống, giúp người đọc hiểu rõ về thành tựu và hiệu quả của hệ thống.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương này trình bày các kết quả rút ra được từ kết quả thực hiện đề tài, đồng thời đề xuất các hướng phát triển của hệ thống trong tương lai, nhằm mục đích đánh giá hiệu quả và đề ra chiến lược phát triển bền vững cho hệ thống.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các loại xét nghiệm máu

Xét nghiệm huyết học là một thủ thuật y khoa quan trọng, tập trung vào phân tích công thức máu toàn phần, bao gồm các thành phần như hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu Thông qua việc sử dụng mẫu máu, xét nghiệm này cung cấp thông tin quý giá về tình trạng sức khỏe tổng thể của bệnh nhân Các bác sĩ có thể dựa vào kết quả xét nghiệm để đánh giá sức khỏe, phát hiện sớm các dấu hiệu của bệnh và đề xuất phác đồ điều trị phù hợp.

Xét nghiệm công thức máu là một xét nghiệm quan trọng giúp phân tích và xác định các chỉ số của thành phần máu, thường được thực hiện trên mẫu máu lấy từ tĩnh mạch trên cánh tay Qua xét nghiệm này, bác sĩ có thể phát hiện các bệnh về máu và rối loạn liên quan như thiếu máu, nhiễm trùng máu, rối loạn đông máu, rối loạn hệ miễn dịch Tuy nhiên, kết quả xét nghiệm chỉ mang tính gợi ý và định hướng, không xác định được nguyên nhân bệnh, vì vậy bác sĩ sẽ chỉ định các phương pháp chuyên sâu hơn để chẩn đoán chính xác.

Máu là một hệ thống phức tạp bao gồm hai thành phần chính: các tế bào và huyết tương Trong đó, các tế bào máu bao gồm hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu, mỗi loại đều có vai trò quan trọng riêng Huyết tương là thành phần chiếm đa số trong máu, bao gồm nhiều yếu tố cấu thành như thành phần đông máu, nội tiết tố, protein, kháng thể, muối khoáng và nước Tuy nhiên, xét nghiệm công thức máu toàn phần chỉ tập trung phân tích các tế bào máu, do đó xét nghiệm này cũng được gọi là xét nghiệm phân tích tế bào máu, giúp đánh giá tình trạng sức khỏe thông qua số lượng và chất lượng của các tế bào máu.

Bảng 2 1: Các chỉ số liên quan tới hồng cầu

Chỉ số Mức bình thường Giá trị chẩn đoán

– Chỉ số tăng: Hiện tượng mất nước, chứng tăng hồng cầu

– Chỉ số giảm: Hiện tượng thiếu máu

– Chỉ số tăng: Cơ thể mất nước, có thể mắc bệnh lý tim mạch và bệnh phổi…

– Chỉ số giảm: Bệnh thiếu máu hoặc có các vấn đề về máu như xuất huyết, phản ứng gây tan máu…

Chỉ số HCT có thể tăng ở những người mắc các chứng bệnh như dị ứng, tăng hồng cầu hoặc những người thường xuyên hút thuốc lá Ngoài ra, khi ở trên cao, không khí loãng cũng có thể khiến chỉ số này tăng lên.

– Chỉ số giảm: Có thể do hiện tượng mất máu, bệnh thiếu máu, người đang mang thai…

Chỉ số tăng có thể là dấu hiệu cảnh báo cơ thể đang gặp phải một số vấn đề sức khỏe tiềm ẩn Thiếu vitamin B12 và acid folic là hai nguyên nhân phổ biến dẫn đến tình trạng này Ngoài ra, một số bệnh lý về gan, suy tuyến giáp hoặc bệnh xơ hoá tuỷ xương cũng có thể gây ra chỉ số tăng Do đó, việc xác định nguyên nhân chính xác là rất quan trọng để có phương án điều trị và chăm sóc sức khỏe phù hợp.

– Chỉ số giảm: Nguyên nhân thường là do thiếu nguyên tố sắt hoặc bị thiếu máu do mắc bệnh mạn tính…

Chỉ số tăng có thể là dấu hiệu của một số tình trạng sức khỏe, bao gồm bệnh thiếu máu đa sắc hồng cầu bình thường hoặc sự hiện diện của các yếu tố ngưng kết lạnh Ngoài ra, chứng hồng cầu hình tròn di truyền nặng cũng có thể là nguyên nhân dẫn đến chỉ số tăng.

– Chỉ số giảm khi cơ thể bị thiếu máu

Chỉ số tăng thường do một số nguyên nhân, bao gồm chứng thiếu máu đa sắc hồng cầu bình thường, mắc chứng hồng cầu hình tròn di truyền nặng hoặc do sự có mặt của các yếu tố ngưng kết lạnh, dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc và chức năng của hồng cầu.

– Chỉ số giảm vì do giảm folic hoặc vitamin B12…

RDW 9 -15% Giá trị chẩn đoán chỉ có ý nghĩa khi kết hợp với chỉ số

MCV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7

Bảng 2 2: Các chỉ số liên quan tới bạch cầu

– Chỉ số tăng do mắc bệnh máu ác tính, các bệnh bạch cầu…

– Chỉ số giảm có thể do nhiều nguyên nhân như thiếu hụt vitamin B12, nhiễm khuẩn, mắc chứng suy tủy…

– Giá trị tăng cao khi người bệnh nhiễm khuẩn cấp, nhồi máu cơ tim cấp, ung thư…

– Giá trị giảm cho thể do nguyên nhân nhiễm virus, suy tủy, dùng các thuốc ức chế miễn dịch, xạ trị…

– Chỉ số tăng có thể do nguyên nhân như nhiễm khuẩn mạn, lao…

– Chỉ số giảm: có thể do suy giảm hệ miễn dịch, sử dụng hóa chất trị liệu hoặc mắc bệnh ung thư…

– Giá trị tăng có thể là dấu hiệu cảnh báo chứng tăng bạch cầu đơn nhân, bệnh bạch cầu dòng mono hoặc có rối loạn sinh tủy…

– Giá trị giảm trong các trường hợp thiếu máu do suy tủy, mắc ung thư, sử dụng hợp chất glucocorticoid…

Nguyên nhân khiến giá trị chỉ số tăng thường do hiện tượng: nhiễm ký sinh trùng, bị dị ứng…

BASO 0 – 1.5% Giá trị tăng trong một số trường hợp người bị dị ứng, mắc bệnh bạch cầu, suy giáp

LUC 0- 4% Chỉ số tăng có thể gặp ở người suy thận mạn tính, bệnh bạch cầu, nhiễm một số loại virus… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8

Bảng 2 3: Các chỉ số liên quan tới tiểu cầu

– Giá trị tăng có thể do mắc chứng rối loạn tăng sinh tủy xương, xơ hoá tuỷ xương…

– Giá trị giảm sau phẫu thuật thay thế tủy xương, sau khi hóa trị liệu, ban xuất huyết sau truyền máu…

– Chỉ số tăng có thể do ung thư phổi, bệnh hồng cầu liềm, nhiễm khuẩn huyết…

– Giá trị giảm thường gặp ở người nghiện rượu

– Giá trị tăng khi cơ thể gặp các vấn đề về tim mạch, tiểu đường, stress…

– Chỉ số giảm có thể do hiện tượng thiếu máu, hoá trị liệu ung thư, mắc bệnh bạch cầu cấp…

Rối loạn đông máu là một bệnh lý thường gặp trong thực tế lâm sàng của nhiều chuyên khoa, có thể xảy ra bất cứ lúc nào Xét nghiệm đông máu đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá loại và mức độ tình trạng bất thường, giúp bác sĩ đưa ra chẩn đoán và phương án điều trị phù hợp Chỉ định xét nghiệm đông máu hợp lý sẽ giúp xác định nguyên nhân và mức độ nghiêm trọng của tình trạng rối loạn đông máu, từ đó đưa ra quyết định điều trị hiệu quả.

Xét nghiệm đông máu toàn bộ là một loạt xét nghiệm đánh giá từng giai đoạn của quá trình đông máu, bao gồm cầm máu kỳ đầu, đông máu huyết tương và tiêu sợi huyết Thông thường, các xét nghiệm này được thực hiện bằng máy móc tự động dưới sự giám sát của bác sĩ có chuyên môn Có hai hình thức kiểm tra chính: cơ bản và nâng cao (chuyên sâu), giúp đánh giá toàn diện quá trình đông máu trong cơ thể.

Xét nghiệm tổng quát ở mức cơ bản là một trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi tại các bệnh viện, giúp bác sĩ đánh giá tình trạng máu chảy, nghiệm pháp dây thắt, và quá trình co cục máu đông Thông qua xét nghiệm này, bác sĩ có thể chẩn đoán chính xác hơn khi phát hiện sự cầm máu bất thường ở giai đoạn đầu, đặc biệt là khi bệnh nhân bị thiếu vitamin C, giảm số lượng và chất lượng tiểu cầu, hoặc mắc các hội chứng rối loạn đông máu khác.

Các xét nghiệm đông máu chuyên sâu bao gồm:

- Xét nghiệm chuyên sâu kiểm tra chức năng dính cũng như đo độ ngưng tập của tiểu cầu

- Các xét nghiệm APTT, PT, TT, fibrinogen, số lượng tiểu cầu dùng để đánh giá đông máu huyết tương

- Xét nghiệm mix test phát hiện sự có mặt của chất ức chế

- Xét nghiệm hoạt tính yếu tố đông máu

Các xét nghiệm đông máu giúp phát hiện hoặc loại trừ nguyên nhân gây rối loạn xuất huyết ở bệnh nhân không dùng thuốc chống đông máu nhưng có dấu hiệu hoặc triệu chứng bất thường Các biểu hiện chảy máu bất thường mà bác sĩ thường chỉ định làm xét nghiệm bao gồm chảy máu cam, chảy máu nướu răng, chảy máu mũi, chảy máu kinh nguyệt nặng, chảy máu sau khi chấn thương hoặc phẫu thuật, và chảy máu không rõ nguyên nhân.

- Bầm tím không rõ nguyên do

- Kinh nguyệt ra nhiều hoặc rong kinh

- Tiểu tiện hoặc đại tiện ra máu

- Viêm khớp do xuất huyết trong khớp

- Suy giảm thị lực đột ngột

2.1.3 Xét nghiệm sinh hóa máu

Xét nghiệm sinh hóa máu là xét nghiệm phân tích các chất hóa học trong huyết tương, bao gồm các chất điện giải, chất béo, glucose, protein và các chất khác Kết quả xét nghiệm giúp bác sĩ đánh giá chính xác khả năng hoạt động của các cơ quan và hệ thống quan trọng trong cơ thể, chẳng hạn như gan và thận Xét nghiệm sinh hóa máu có thể được thực hiện khi bụng đang đói hoặc no và thường đi kèm với xét nghiệm công thức máu toàn bộ.

Nếu kết quả xét nghiệm máu cho thấy sự xuất hiện của một vài chất quan trọng, đây có thể là dấu hiệu của bệnh lý hoặc tác dụng phụ từ quá trình điều trị Hiện nay, có rất nhiều loại xét nghiệm sinh hóa máu khác nhau được sử dụng trong thực hành khám lâm sàng hàng ngày, giúp bác sĩ chẩn đoán và theo dõi tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.

Tùy thuộc vào bệnh cảnh, bác sĩ sẽ chỉ định loại thủ tục phù hợp nhất để tránh tình trạng dư thừa không cần thiết Các xét nghiệm phổ biến thường tập trung vào các chất như Creatinine, chất điện giải, chất béo, đường, protein, Vitamin, khoáng chất và hormone Mục đích chính của các thủ tục này là giúp chẩn đoán và theo dõi tình trạng bệnh lý trước, trong và sau điều trị, từ đó đưa ra phương án điều trị phù hợp.

Các chỉ số xét nghiệm sinh hóa máu:

- Chỉ số liên quan đến chức năng thận: ure, creatinine, eGFR (tính mức lọc cầu thận), axit uric, phốt pho

- Chỉ số liên quan đến bệnh tiểu đường: mức độ glucose (lượng đường trong máu), bảng phản xạ HbA1c

- Chỉ số liên quan đến bệnh gout: axit uric

- Chỉ số liên quan đến sức khỏe xương, chức năng tuyến cận giáp, hàm lượng Vitamin D: canxi, phốt pho, ALP

- Chỉ số liên quan đến nguy cơ mắc bệnh tim mạch: cholesterol, triglycerid, HDL cholesterol, apolipoprotein B (nếu mức triglycerid quá cao)

- Chỉ số liên quan đến chức năng gan và ống mật: bilirubin toàn phần, ALP, lactate dehydrogenase (LDH), aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), gamma-glutamyltransferase (GGT), albumin

- Chỉ số liên quan đến rối loạn tan máu: bilirubin

- Chỉ số liên quan đến chức năng tuyến thượng thận, mất nước, phù, tăng huyết áp, pH máu: Natri, Kali…

- Chỉ số liên quan đến tình trạng dinh dưỡng và chức năng tủy xương: protein, albumin, globulin, tỷ lệ albumin/globulin (A/G), LDH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11

Trong lĩnh vực xét nghiệm của y khoa, bác sĩ chỉ định xét nghiệm sinh hóa máu nhằm mục đích sau:

- Đánh giá tình hình sức khỏe tổng quát của người bệnh

- Kiểm tra chức năng của một số cơ quan quan trọng trong cơ thể, đặc biệt là gan và thận

- Kiểm tra chức năng một số tuyến nội tiết quan trọng trong cơ thể như: tuyến giáp, tuyến thượng thận…

- Kiểm tra khả năng cân bằng nước và điện giải trong môi trường ngoại bào

- Hỗ trợ chẩn đoán bệnh lý và một số tình trạng y khoa khác

- Làm cơ sở để so sánh các giai đoạn tiến triển của bệnh, từ đó chỉ định một số phương pháp điều trị thích hợp hơn trong tương lai

Các chỉ số quan trọng trong xét nghiệm sinh hóa máu bao gồm:

1 Ure máu : Ure được tổng hợp ở gan, trực tiếp tham gia vào nhiệm vụ bài tiết nitơ của cơ thể Theo đó, quá trình sản xuất urê có thể bị ảnh hưởng bởi hàm lượng protein trong chế độ ăn uống, sự hấp thụ các axit amin và peptit từ ruột sau khi bị xuất huyết đường tiêu hóa Đối với những người bị suy thận hoặc mắc bệnh gan nặng, nồng độ urê huyết tương có nguy cơ giảm xuống

Tổng quan về huyết tương (plasma)

Huyết tương là một thành phần quan trọng của máu, chiếm khoảng 55-65% tổng lượng máu trong cơ thể Đây là một chất dịch trong, có màu vàng nhạt, đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì các chức năng sinh lý của cơ thể.

Sinh lý huyết tương của cơ thể thay đổi thường xuyên tùy theo tình trạng sinh lý Đặc biệt, sau bữa ăn, huyết tương thường có màu đục do sự hấp thụ chất dinh dưỡng từ thực phẩm Tuy nhiên, sau vài giờ, huyết tương sẽ trở nên trong hơn và có màu vàng chanh do quá trình chuyển hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng diễn ra.

2.2.2 Thành phần của huyết tương

Huyết tương chứa 90% nước về thể tích, 10% còn lại là các chất tan như protein huyết tương, các thành phần hữu cơ và muối vô cơ,

Protein huyết tương: Huyết tương có chứa rất nhiều protein hòa tan và chiếm 7% về thể tích, trong đó các protein quan trọng nhất là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13

Albumin là loại protein huyết tương phổ biến nhất, chiếm khoảng 3,5-5g/dL máu, và đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra áp suất thẩm thấu của máu Ngoài ra, albumin còn có khả năng vận chuyển các chất chỉ hòa tan một phần hoặc không hòa tan trong nước bằng cách liên kết với chúng, giúp chúng được vận chuyển hiệu quả trong huyết tương.

- Globulin: Alpha, beta, gamma là những protein hình cầu hòa tan trong huyết tương Gamma protein có các kháng thể hay immunoglobulin được tổng hợp bởi tương bào

- Fibrinogen: Được biến đổi thành fibrin bởi các enzyme liên kết với máu trong quá trình cầm máu Fibrinogen được tổng hợp, chế tiết ở gan

Huyết tương chứa khoảng 3% thành phần hữu cơ đa dạng với hàm lượng thấp, bao gồm các chất quan trọng như Glucose, Vitamin, Amino acid và một số loại peptide điều hòa Lipid và Steroid hormone, bên cạnh thành phần chính là các protein.

Ngoài ra còn có các muối khoáng: muối khoáng chiếm 0.9 g/o về thể tích bao gồm các muối điện li như Na, Ca, K,

2.2.3 Tầm quan trọng của việc chiết xuất huyết tương (plasma)

Huyết tương (plasma) được sử dụng để thực hiện một số xét nghiệm y tế quan trọng như sau:

- Xét nghiệm huyết thanh toàn phần (CBC): Xét nghiệm này đánh giá chất lượng của các thành phần máu như hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu

Xét nghiệm huyết tương đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chức năng gan Các xét nghiệm này bao gồm đo nồng độ các chất bổ sung cho gan và các enzyme gan như AST, ALT, giúp phát hiện các vấn đề về gan một cách chính xác.

Xét nghiệm huyết tương đường huyết là một xét nghiệm quan trọng giúp đo lượng đường huyết có trong máu, đóng vai trò then chốt trong chẩn đoán và quản lý bệnh tiểu đường.

- Xét nghiệm huyết tương cholesterol : Xét nghiệm này đo lượng cholesterol trong huyết tương để đánh giá nguy cơ tim mạch và một số bệnh khác

Xét nghiệm huyết tương là một công cụ quan trọng để đánh giá hoạt động của tuyến giáp, giúp đo mức độ của hormone tuyến giáp trong cơ thể Các xét nghiệm này đóng vai trò quan trọng trong việc chẩn đoán và theo dõi các bệnh liên quan đến tuyến giáp, bao gồm bệnh Basedow và suy giáp Bằng cách phân tích mức độ hormone tuyến giáp, bác sĩ có thể xác định tình trạng hoạt động của tuyến giáp và đưa ra quyết định điều trị phù hợp.

Phương pháp nhận biết mẫu bệnh phẩm

Việc áp dụng phương pháp phân loại theo barcode là lựa chọn phù hợp cho đề tài này, vì thông tin bệnh nhân khi đến bệnh viện thường được lưu trữ thông qua mã barcode Mã barcode này cho phép máy xác định yêu cầu xét nghiệm và tự động chuyển mẫu bệnh phẩm đến bộ phận thực hiện xét nghiệm tương ứng, giúp tăng cường hiệu quả và độ chính xác trong quy trình xét nghiệm.

Nguyên tắc phân loại mã vạch

Mã vạch là công cụ nhận dạng và thu thập dữ liệu tự động hiệu quả, thường được áp dụng cho các đối tượng như sản phẩm, dịch vụ, tổ chức hoặc địa điểm Nguyên tắc hoạt động của mã vạch dựa trên việc ấn định một mã số duy nhất cho từng đối tượng và thể hiện mã số đó dưới dạng mã vạch, cho phép các thiết bị quét đọc và nhận dạng dễ dàng Hiện nay, có hai loại mã vạch phổ biến là mã vạch 1D và mã vạch 2D, cung cấp giải pháp đa dạng cho việc quản lý và theo dõi dữ liệu.

Hình 2 1 Mã vạch 1D và 2D ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15

Mã vạch 1D, còn được gọi là mã một chiều, là loại mã vạch tuyến tính thông thường bao gồm các vạch đen trắng xen kẻ nhau, với tất cả dữ liệu được mã hóa trong chiều rộng ngang Loại mã vạch này có một hàng duy nhất gồm các thanh mã vạch tương tự như hàng rào, và có thể tăng nội dung thông tin sản phẩm bằng cách tăng bề rộng của mã vạch lên Một số loại mã vạch 1D phổ biến bao gồm Code128, Code39, UPC và EAN, giúp tăng giá trị của thông tin sản phẩm.

Barcode 2D, còn được gọi là mã hai chiều, cho phép chứa nhiều thông tin hơn so với mã vạch tuyến tính 1D, nhờ đó mang lại nhiều ứng dụng thực tế, đặc biệt là mã QR code.

Hiện nay các loại công nghệ được sử dụng để đọc loại các loại mã là CCD và Laser hoặc công nghệ CMOS Imager.

Các cấu hình robot trong công nghiệp

Trong thời đại công nghiệp 4.0, việc ứng dụng robot công nghiệp vào các lĩnh vực khác nhau là một giải pháp tự động hóa quan trọng giúp tối ưu hóa công việc Một số ưu điểm nổi bật của robot công nghiệp bao gồm khả năng tự động hóa quy trình, tăng năng suất lao động, giảm thiểu sai sót và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong các dây chuyền lắp ráp và công việc đòi hỏi sự lặp đi lặp lại, nhờ tính linh hoạt cao Đồng thời, việc tham gia của robot vào các công đoạn phức tạp giúp tăng đáng kể độ chính xác của công việc, hạn chế sai sót và nâng cao hiệu suất tổng thể.

Việc ứng dụng robot vào sản xuất và nghiên cứu mang lại giải pháp an toàn hiệu quả, vì chúng có thể hoạt động tốt trong hầu hết các môi trường có thể gây hại đến con người, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho nhân viên.

Robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phục vụ đa dạng mục đích như hàn, lắp ráp, xử lý vật liệu và xếp dỡ hàng hóa Sự đa dạng này dẫn đến việc phân loại robot thành 6 loại chính, dựa trên loại khớp và cấu trúc cơ khí đặc trưng của từng loại robot, mỗi loại đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt.

Robot tọa độ cực (Polar coordinate robot) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16

Robot tọa độ cực (hình 2.2) được thiết kế với trục quay đặt ở vị trí trung tâm, tương tự như một trục súng, và đi kèm với một cánh tay có khả năng mở rộng Điều này cho phép cánh tay robot vươn ra và bao quát khu vực xung quanh một cách linh hoạt và hiệu quả.

Hình 2 2 Hình ảnh của robot tọa độ cực

Robot tạo độ trụ (Cylindrical coordinate robot)

Robot tọa độ trụ (hình 2.3) có cấu trúc tương tự như robot tọa độ cực, với trục quay và cánh tay mở rộng Tuy nhiên, điểm khác biệt chính giữa hai loại robot này là cánh tay của robot tọa độ trụ di chuyển theo chiều dọc bằng cách trượt, thay vì sử dụng cơ chế quay như robot tọa độ cực.

Hình 2 3 Hình ảnh robot tọa độ trụ Robot với hệ tọa độ Decartes (Cartesian coordinate robot)

Robot với hệ tọa độ Decates là loại robot di chuyển linh hoạt với ba trục trượt vuông góc với nhau, cho phép nó đạt được độ linh hoạt cao và dễ sử dụng Tuy nhiên, để lắp đặt và vận hành robot này, cần một không gian làm việc rộng lớn và rộng rãi, đảm bảo đủ diện tích cho robot di chuyển và hoạt động hiệu quả.

Vì vậy, chúng thường được dùng để di chuyển vậy nặng

Hình 2 4 Hình ảnh robot với hệ tọa độ Decartes

Robot có khớp nối (Articulated robot)

Robot có khớp nối là loại robot được ứng dụng rộng rãi hiện nay, với thiết kế tương tự như cấu trúc của cánh tay người Ưu điểm của loại robot này là sở hữu nhiều bậc tự do, cho phép thực hiện các chuyển động linh hoạt và phức tạp Tuy nhiên, chính sự phức tạp này cũng đặt ra thách thức lớn trong việc điều khiển và vận hành robot một cách hiệu quả.

Hình 2 5 Hình ảnh robot có khớp nối Robot SCARA (Selective compliance assembly robot arm)

Robot Scara là loại robot chuyển động ngang, với tất cả các trục quay được định vị theo chiều dọc, cho phép các công cụ gắn trên robot chỉ có thể di chuyển theo chiều ngang Chúng hoạt động bằng cách di chuyển cánh tay ở tốc độ cao đến một điểm cụ thể trên bề mặt bằng phẳng, mang lại hiệu suất và độ chính xác cao trong các ứng dụng công nghiệp.

Hình 2 6 Robot SCARA Robot khâu song song (Parallel link robot)

Robot khâu song song có thiết kế độc đáo với các khớp nối song song, khác biệt so với các loại robot khác Loại robot này thường được trang bị ba cánh tay để điều khiển vị trí của công cụ, giúp thực hiện các công việc phân loại và lựa chọn sản phẩm trên băng chuyền một cách hiệu quả Mặc dù tầm hoạt động của robot khâu song song có hạn chế, nhưng nhờ khả năng điều khiển trực tiếp từng khớp, tốc độ hoạt động trở thành điểm mạnh nổi bật của loại robot này.

Hình 2 7 Robot khâu song song (Robot delta) Robot hợp tác (Collaborative Robot hay còn gọi là Cobot) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19

Cobot là loại robot được thiết kế để hoạt động song song với con người mà không cần bất kỳ biện pháp che chắn an toàn nào Với khả năng tự động hóa các công việc đơn điệu và tẻ nhạt, Cobot giúp giải phóng sức lao động của con người khỏi các nhiệm vụ nặng nhọc, lặp đi lặp lại, cho phép họ tập trung vào các công việc đòi hỏi tư duy và sáng tạo nhiều hơn.

Hình 2 8 Robot hợp tác (Cobot)

Bộ điều khiển lập trình PLC

PLC (Bộ Điều Khiển Logic Khả Trình) là thiết bị điều khiển bán dẫn tự động, được thiết kế với một bộ xử lý trung tâm CPU quyết định tốc độ xử lý và khả năng điều khiển chuyên biệt Ngoài ra, PLC còn có các khối ngõ ra và ngõ vào, giúp nó nhận các tín hiệu từ cảm biến và ra lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành ở ngõ ra.

Hình 2 9 Cấu trục cơ bản của PLC

Các ưu điểm của PLC có thể kể đến như:

- Khả năng thay đổi chương trình điều khiển linh hoạt

- Số lượng timer và counter của PLC rất lớn, cùng nhiều hàm chức năng chuyên dụng như: phát và đếm xung tốc độ cao, bộ điều khiển PID, …

- Tiết kiệm dây nối và các thiết bị đóng cắt

- Nhiều lựa chọn cho người dùng tùy nào nhu cầu thực tế

- Khả năng truyền thông với máy tính hoặc với PLC khác Giúp mở rộng hệ thống khi cần thiết hoặc xây dựng hệ thống SCADA

PLC sở hữu độ tin cậy cao, tuổi thọ dài và khả năng chống nhiễu hiệu quả trong môi trường công nghiệp Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật, PLC vẫn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.

- Phạm vi ứng dụng của PLC hạn chế do giá thành cao không đáp ứng yêu cầu điều khiển đơn giản

- Yêu cầu người lắp đặt, lập trình phải có hiểu biết và chuyên môn về PLC

Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng với chất lượng tốt, trong đó Siemens và Mitsubishi là hai thương hiệu được sử dụng phổ biến nhất.

Hai hãng PLC này có những điểm mạnh khác nhau cũng như phương pháp lập trình cũng khác nhau ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21 Ưu điểm của PLC Siemens:

- PLC Siemens mạnh về điều khiển quá trình và khả năng truyền thông

- Các module analog của PLC Siemens có giá thành rẻ và sử dụng đơn giản

Truyền thông với PLC Siemens được thực hiện một cách dễ dàng nhờ vào các khối hàm chức năng chuyên dụng đã được lập trình sẵn, giúp hỗ trợ tối đa cho người lập trình Trong khi đó, PLC Mitsubishi cũng sở hữu những ưu điểm đáng kể, mặc dù không được đề cập chi tiết trong đoạn văn này.

- PLC của Mitsubishi có thế mạnh về điều khiển rời rạc và chuyển động

- Số lượng câu lệnh dùng cho PLC Mitsubishi vô cùng phong phú, có những câu lệnh chuyên dùng cho điều khiển vị trí hay bộ đếm tốc độ cao

Hình 2 10 Các loại PLC của Siemens

Hình 2 11 Các loại PLC của Mitsubishi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22

Động cơ sử dụng cho robot

Động cơ bước và động cơ servo là hai loại động cơ phổ biến được sử dụng để điều khiển chính xác góc quay, thường được ứng dụng trong các máy CNC, máy cắt plasma CNC, Động cơ bước hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tác giữa từ thông của stato và từ trường của roto, tạo ra lực quay khi dòng điện chạy qua cuộn dây stato Với số cực cao, thường là 50 hoặc lớn hơn, động cơ bước có khả năng di chuyển liên tục hoặc từng bước nhờ vào trình tự cung cấp năng lượng cho từng cực từ driver điều khiển Ưu điểm của động cơ bước là khả năng di chuyển chính xác và liên tục, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

- Động cơ bước có thể điều khiển chính xác góc quay

- So với động cơ servo thì động cơ bước có giá thành thấp hơn nhiều

- Động cơ bước hoạt động ổn định, bền bỉ, tuổi thọ lâu dài

- Động cơ bước có khả năng cung cấp mô men xoắn lớn

Nhược điểm của động cơ bước:

Dòng từ driver tới cuộn dây động cơ cần được giữ ổn định trong quá trình hoạt động, vì nếu dòng điện tăng hoặc giảm đột ngột có thể dẫn đến tình trạng quá tải động cơ, gây ra hiện tượng trượt bước và sai lệch.

- Động cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo

- Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23

Hình 2 12 Động cơ bước (step motor) Động cơ servo

Động cơ servo (hình 2.13) sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, tương tự như động cơ step Động cơ này có roto là nam châm vĩnh cửu và stato mang cuộn dây, tạo ra phân phối từ trường tác động lên roto để phát triển momen xoắn Điểm khác biệt chính là động cơ servo có số cực thấp hơn nhiều so với động cơ bước, đòi hỏi phải hoạt động trong vòng kín để tận dụng tối đa hiệu suất.

- Nếu tải đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay

- Có thể hoạt động ở tốc độ cao Các nhược điểm của động cơ servo:

- Động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển như ở động cơ bước

- Động cơ servo có giá thành cao hơn động cơ bước

- Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừng gây rung lắc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24

Cả hai loại động cơ đều có những ưu và nhược điểm riêng Tùy vào yêu cầu sử dụng mà người dùng có thể lựa chọn.

Thiết bị đọc mã vạch

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại camera với đa dạng chức năng đáp ứng nhu cầu phân loại khác nhau của người dùng Đặc biệt, có ba công nghệ đọc mã vạch chính đang được ứng dụng phổ biến, phục vụ cho các mục đích sử dụng riêng biệt.

- Công nghệ quét mã vạch CCD

- Công nghệ quét mã Laser

- Công nghệ chụp ảnh Imager

Công nghệ quét mã vạch CCD

Công nghệ CCD (Charge Coupled Device) được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các bộ cảm biến hình ảnh của camera kỹ thuật số Bộ cảm biến CCD bao gồm hàng triệu điểm ảnh cực nhỏ, giúp ghi lại hình ảnh với độ phân giải cao Công nghệ này không chỉ được sử dụng trong camera mà còn trong các thiết bị khác như máy quét mã vạch, thể hiện sự đa dạng và ứng dụng rộng rãi của công nghệ CCD trong lĩnh vực hình ảnh.

Phần tử quan trọng nhất của biến CCD là photodiode, thực hiện chuyển đổi ánh sáng thành điện tích, tương tự như photodiode trong pin mặt trời Tuy nhiên, điểm khác biệt chính nằm ở kích thước siêu nhỏ của photodiode trong biến CCD, cho phép thu nhận điểm ảnh trong tấm ảnh chung một cách chính xác Điều này đòi hỏi giải pháp kỹ thuật tiên tiến để tạo ra ảnh trung thực nhất có thể.

Hình 2 14 Máy quét mã vạch loại CCD Công nghệ quét mã vạch Laser

Công nghệ quét mã vạch Laser đã trở thành một bước tiến vượt bậc trong ngành chiếu sáng laser, giúp thay thế các bóng đèn màu trong các dòng máy quét mã vạch đời đầu Nhờ sự thay đổi này, tốc độ quét đã được rút ngắn đáng kể, chỉ chưa tới 1 giây cho một lần quét, và có thể quét được mã vạch trên bề mặt cong hoặc giấy in trong suốt Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này là độ bền, do bên trong mặt kính sử dụng trục rung hoặc trục xoay, dẫn đến khả năng hỏng hóc cao.

Chính vì thế, thời gian sử dụng lâu sẽ làm cho trục này bị kẹt hoặc tuông dẫn đến hư hỏng và phải thay thế

Hình 2 15 Máy quét mã vạch loại Laser ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26

Công nghệ quét mã vạch Imager

Công nghệ quét mã Imager là công nghệ hàng đầu hiện nay trên thị trường, nổi bật với tốc độ đọc mã vạch nhanh và vượt trội Ngoài ra, thiết bị này còn có khả năng quét mã vạch có kích thước nhỏ và đặc biệt là có thể đọc được mã vạch trên bề mặt gồ ghề hoặc có độ bóng cao, mang lại sự tiện lợi và chính xác trong quá trình quét mã.

Công nghệ quét mã Imager mang lại khả năng quét mã vạch chính xác trên các loại màn hình cảm ứng, ngay cả khi mã vạch ở xa Đặc biệt, công nghệ này không hiển thị tia quét, khác biệt so với máy quét mã tia CCD và tia laser, mang lại trải nghiệm quét mã vạch tiện lợi và hiện đại hơn.

Hình 2 16 Máy quét mã vạch Imager

Hình 2 17 Phân biệt tia sáng phát ra từ Máy quét Laser, CCD và Imager ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27

Cơ cấu xi lanh khí nén

Hệ thống xi lanh khí nén là một giải pháp tự động hóa hiệu quả, bao gồm hai thành phần chính là van khí nén và xi lanh Khi kết hợp với bầu chứa hơi, hệ thống này có thể tạo ra các chuyển động chính xác theo ý muốn của người vận hành, mang lại sự tiện lợi và tăng năng suất cho các ứng dụng công nghiệp.

Van khí nén là một khí cụ quan trọng hoạt động dựa trên cơ chế đóng và mở van để tạo ra dòng chảy lưu động Trong quá trình hoạt động, van khí nén có vai trò quan trọng trong việc đóng, mở và giải phóng khí ra ngoài Với sự đa dạng trên thị trường, hiện nay có nhiều loại van khí nén khác nhau, mỗi loại có những đặc điểm sử dụng riêng biệt phù hợp với từng nhu cầu cụ thể.

Van nén khí một chiều

Van khí nén một chiều là loại van chỉ cho phép môi chất di chuyển theo một hướng đã được quy định, giúp bảo vệ hệ thống đường ống hiệu quả Với thiết kế dạng cánh và piston, loại van này có thể hoạt động tốt trong môi trường áp lực lớn và độ ăn mòn cao, thường được ứng dụng trong các hệ thống như ống dẫn nước, máy bơm nước Đặc biệt, van khí nén một chiều có khả năng ngăn chặn tình trạng mất mát lưu chất khi xảy ra sự cố rò rỉ, giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

Van khí nén 5/2 hay 5/3, còn được gọi là van điện từ khí nén hoặc van đảo chiều, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển khí nén cấp vào các thiết bị khí nén Với thiết kế ngang 5 cửa và 2 hoặc 3 vị trí, van này thực hiện chức năng đóng mở và phân chia khí nén, giúp nó trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều loại máy móc công nghiệp.

Hình 2 18 Van khí nén 5/2 và 5/3

Van 3/2 là loại van khí nén có ba cửa và hai vị trí, được thiết kế như một công tắc khí nén thông minh Với khả năng quyết định dòng khí nén đi theo hướng nào và ngưng hướng lại trong thời gian cực nhanh, chưa đến 1 giây, van 3/2 là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ và độ chính xác cao.

Xi lanh khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng thế năng hoặc động năng của lưu chất thành năng lượng cơ học, cho phép tạo ra chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay Thông thường, xi lanh được thiết kế cố định, trong khi piston di chuyển, tuy nhiên cũng có một số trường hợp đặc biệt mà piston được giữ cố định và xi lanh là bộ phận chuyển động.

Hình 2 20 Một số loại xi lanh khí nén

Xi lanh được chia thành ba loại chính:

- Xi lanh tác động đơn: Đối với kiểu tác động đơn thì loại xi lanh có thể tạo ra được lực khí nén chỉ ở một hướng

Xi lanh tác động kép là loại xi lanh có khả năng tận dụng lực đẩy của khí nén trong cả hai hướng của hành trình di chuyển, giúp tăng hiệu suất và linh hoạt trong hoạt động.

- Xi lanh tác động xoay: Xi lanh xoay có khả năng chuyển hóa năng lượng khí nén thành chuyển động xoay với các góc 90, 180, ….

Tổng quan và tính năng của HMI

Giao diện người máy (HMI) là thiết bị trung gian giúp người vận hành giao tiếp với máy móc, được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống, từ các thiết bị gia dụng như bảng điều khiển máy giặt, thiết bị bếp cho đến các màn hình điều khiển lớn trong các nhà máy sản xuất HMI đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối con người với máy móc, giúp người vận hành dễ dàng điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống Có hai loại HMI chính là HMI truyền thống và HMI hiện đại, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng trong các hệ thống khác nhau.

HMI truyền thống là một hệ thống giao diện người máy cơ bản, bao gồm các thiết bị nhập thông tin như công tắc chuyển mạch, nút nhấn và các thiết bị xuất thông tin như đèn báo, còi, đồng hồ Ưu điểm nổi bật của HMI truyền thống là tính đơn giản và chi phí đầu tư thấp, giúp người dùng dễ dàng sử dụng và tiết kiệm chi phí.

HMI hiện đại được phân loại thành hai dạng chính, bao gồm HMI trên PC và HMI trên nền máy tính nhúng (HMI chuyên dụng), mỗi loại đều có những đặc điểm riêng biệt, trong đó HMI trên PC thường đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các giải pháp khác.

Các tính năng của HMI hiện đại:

- Dễ dàng thay đổi bổ sung thông tin cần thiết

- Giúp đơn giản hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa

- Có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị với giao thức

- Tính đầy đủ, kịp thời và chính xác của thông tin

- Cho phép người dùng giám sát và vận hành máy một cách đơn giản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31

Nguyên tắc thiết kế HMI

Khi thiết kế giao diện HMI, cần tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc thiết kế đồ họa, bố cục và phân cấp màn hình, đồng thời lựa chọn màu sắc phù hợp để đảm bảo giao diện dễ sử dụng và thân thiện với người vận hành.

Khi thiết kế nền màn hình HMI, màu sắc nên được lựa chọn một cách tinh tế, tránh quá nổi bật và hạn chế sử dụng màu sắc sáng chói Thay vào đó, gam màu tối được khuyến nghị sử dụng để tạo sự cân bằng và dễ nhìn.

- Màu đỏ thể hiện hoạt động dừng lại, khẩn cấp hoặc cấm

- Màu xanh lá thể hiện việc bắt đầu hoặc điều kiện an toàn

- Màu vàng thể hiện cảnh báo

Màu xanh đậm là lựa chọn bắt buộc khi thiết kế màn hình HMI Khi thiết kế đồ họa cho màn hình HMI, cần hạn chế sử dụng nhiều hiệu ứng để đảm bảo tính đơn giản và trực quan Điều này giúp người vận hành dễ dàng nắm bắt thông tin quan trọng một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Khi thiết kế màn hình HMI, bố cục cần được sắp xếp một cách hợp lý, bao gồm việc phân bố thông tin, chữ và nút nhấn một cách khoa học Thông tin quan trọng nên được nhóm lại trong nền trắng và đặt bên phải màn hình để dễ dàng quan sát Các đèn báo nên được bố trí ở góc trên bên trái màn hình, giúp người dùng nhanh chóng nhận biết tình trạng hoạt động của hệ thống Các nút nhấn nên được sắp xếp theo chức năng, với các nút điều khiển đặt bên trái màn hình, các nút điều hướng ở góc dưới bên phải và các nút điều khiển chế độ manual đặt ở khoảng giữa bên phải màn hình.

Các loại HMI trên thị trường

Trên thị trường có nhiều dòng HMI đến từ các hãng khác nhau Trong đó có 2 thương hiệu nổi bật và thông dụng nhất là SIEMENS và MITSUBISHI

Tính năng của HMI Siemens (cụ thể dòng SIMATIC HMI BASIC PANELS):

- Màn hình TFT có độ phân giải 64K màu

- Có cổng kết nối USB, lưu data vào USB ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32

- Có nhiều sự lựa chọn kích thước màn hình từ 4’’ đến 9’’

- Truyền thông PROFIBUS hoặc PROFINET

- Có thể giao tiếp với các PLC hãng khác

Tính năng của HMI Mitsubishi (cụ thể là dòng GOT2000)

Model GT27 là dòng sản phẩm cao cấp tích hợp tất cả tính năng trong một thiết bị, mang lại hiệu suất cao nhất với nhiều chức năng giao tiếp đa dạng như Ethernet Điểm nổi bật của model này còn là HMI sở hữu dung lượng bộ nhớ lên đến 57MB, đáp ứng nhu cầu lưu trữ và vận hành hiệu quả.

- Model GT25: Hiệu suất cao, có hiệu quả chi phí, model tầm trung Dung lượng bộ nhớ lên đến 80MB.

Tổng quan về GENESIS64

Để đáp ứng nhu cầu hỗ trợ hoạt động sản xuất kỹ thuật số và IoT ngày càng phát triển, Mitsubishi Electric đã cải tiến dòng sản phẩm SCADA với hai loại phần mềm giám sát hệ thống và điều khiển thuộc dòng GENESIS64 series, thay thế cho phần mềm hiện có là SCADA MC Work64, cung cấp giải pháp toàn diện cho việc giám sát và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả và linh hoạt hơn.

Dòng sản phẩm mới này đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ứng dụng IoT, từ giám sát và điều khiển dây chuyền sản xuất nhỏ đến giám sát đa địa điểm và các nhà máy phức tạp Với khả năng lập trình thông minh Business Intelligence (BI), dòng sản phẩm này giúp tự động hóa quy trình, tiện ích và tòa nhà Đặc biệt, phần mềm GENESIS64 Basic SCADA cung cấp các chức năng cần thiết cho các dây chuyền sản xuất nhỏ, trong khi phần mềm GENESIS64 Advanced Application Server là phiên bản nâng cao, phù hợp cho giám sát các nhà máy, tòa nhà và công trình quy mô lớn.

Hình 2 23 Giao diện giám sát BI

Phần mềm GENESIS64 Basic SCADA là giải pháp cơ bản cho phép hiển thị dữ liệu quy mô nhỏ nhưng có thể mở rộng cho các hệ thống trung bình với các tiện ích bổ sung tùy chọn Đối với các công trình lớn, phần mềm GENESIS64 hệ thống ứng dụng nâng cao hỗ trợ xây dựng hệ thống thông tin không máy chủ, sử dụng điện toán đám mây, giúp quản lý thuận lợi hơn trong việc xây dựng hệ thống dự phòng, quản lý đa điểm hoặc hệ thống bảo mật quy mô lớn Phần mềm này còn hỗ trợ kết nối với thiết bị đeo như kính thực tế ảo (VR) và đồng hồ thông minh, cho phép giám sát từ xa và hướng dẫn công việc từ xa Ngoài ra, phần mềm có thể vận hành bằng lệnh thoại thông qua loa trợ lý thông minh AI, giúp người vận hành tránh chạm vào màn hình giám sát, hướng đến bình thường mới trong ngành công nghiệp sản xuất.

Hình 2 24 Áp dụng AI vào hệ thống

GENESIS64 là hệ thống ứng dụng mạnh mẽ, cung cấp giải pháp toàn diện cho việc xây dựng các hệ thống dự phòng, đa vị trí hoặc các hệ thống dữ liệu có quy mô lớn, đồng thời đảm bảo bảo mật tối ưu, giúp doanh nghiệp vận hành hiệu quả và an toàn.

Sử dụng các thiết bị thực tế ảo tăng cường (AR) tích hợp dành cho thiết bị di động và đồng hồ thông minh cho phép bạn quản lý không cần chạm và giám sát từ xa một cách tiện lợi và hiệu quả.

Với việc đổi mới dòng SCADA, khách hàng của Mitsubishi Electric hiện có thể dễ dàng truy cập vào các giải pháp SCADA toàn diện được cung cấp bởi ICONICS, Inc., một công ty phần mềm hàng đầu về phân tích SCADA và IoT có trụ sở tại Hoa Kỳ và được Mitsubishi Electric tin tưởng hợp tác.

Sau khi được Mitsubishi Electric mua lại vào năm 2019, khách hàng có thể tận hưởng các lợi ích từ sự kết hợp giữa công nghệ phần mềm của ICONICS và công nghệ tự động hóa nhà máy của Mitsubishi Electric Sự tích hợp này mang lại các sản phẩm và dịch vụ phần mềm mở rộng, từ điện toán biên đến lưu trữ đám mây, nhằm giúp giải quyết các vấn đề về tự động hóa và kiểm soát quy trình một cách hiệu quả hơn Sự tích hợp ban đầu được thực hiện thông qua việc kết nối trực tiếp PLC Mitsubishi Electric với phần mềm GENESIS64 SCADA, cho phép tự động phát hiện và khởi động trơn tru, đồng thời loại bỏ nhu cầu sử dụng máy chủ OPC.

Việc tạo ra đồ họa tuyệt đẹp và thân thiện với người dùng không còn là một thách thức với chi phí thấp, nhờ vào việc sử dụng các ký hiệu 2D, 3D và dữ liệu CAD được cung cấp Các màn hình tùy chỉnh có sẵn để phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, cho phép tự động thay đổi thông tin hiển thị theo tỷ lệ phần trăm phóng đại và thu nhỏ, đồng thời hiển thị toàn bộ hệ thống một cách chân thực thông qua mô hình 3D.

*1 GENESIS64™ SCADA cơ bản không hỗ trợ 3D

Dễ dàng tạo đồ họa bằng nhiều biểu tượng, số liệu và trình xem được cung cấp và dữ liệu CAD của khách hàng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36

Người dùng có thể tùy chỉnh góc nhìn và phóng to hình ảnh đồ họa đã tạo để quan sát chi tiết hơn Đồng thời, việc thêm màu sắc vào hình ảnh cũng giúp trực quan hóa trạng thái một cách rõ ràng và sinh động hơn.

Realtime and Historical Trends ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37

TrendWorX™ cho phép trực quan hóa dữ liệu toàn doanh nghiệp theo nhiều định dạng khác nhau, bao gồm xu hướng, nhật ký, biểu đồ và báo cáo Công cụ này cung cấp dữ liệu lịch sử và thời gian thực từ bất kỳ cơ sở dữ liệu nào, giúp người dùng có thể đưa ra quyết định dựa trên thông tin chính xác Ngoài ra, TrendWorX™ còn cho phép tùy chỉnh tốc độ phát lại, màu sắc, tỷ lệ trục và nhiều con trỏ, giúp người dùng có thể tương tác với các xu hướng một cách linh hoạt.

Dữ liệu có thể được mã hóa màu dưới dạng bản đồ nhiệt *2 để dễ dàng nhìn thấy dữ liệu, cho phép phân tích nhanh

Những ngày và thời gian báo động thường xuyên xảy ra nhất có thể dễ dàng được xác định thông qua màu sắc thay đổi dựa trên các giá trị ngưỡng, giúp người dùng nhanh chóng nhận biết và nắm bắt thông tin quan trọng.

Hình 2 28 Analytics TrendWorX ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38

Thông báo tức thời cho nhân viên về các điều kiện và sự kiện bất thường thông qua các tính năng tuân thủ ANSI/ISA-18.2 Việc tích hợp Trình xem AlarmWorX™ vào màn hình SCADA hoặc HMI cho phép hiển thị các báo động lịch sử và thời gian thực một cách chính xác, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và xử lý thông tin quan trọng.

Hình 2 29 Alarm notification 2.13.4 WebHMI™/MobileHMI™

Giám sát từ xa trên mọi thiết bị thông minh

Mang hình ảnh SCADA đến bất kỳ thiết bị nào với khả năng tạo màn hình trên máy tính để bàn có thể điều chỉnh quy mô đáp ứng, cho phép chạy trên bất kỳ ứng dụng khách di động nào Điều này cho phép tận dụng các ứng dụng gốc để cung cấp trải nghiệm người dùng nhất quán trên mọi điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc trình duyệt web tuân thủ HTML5 Công nghệ giao diện người dùng đáp ứng GENESIS64™ giúp chuyển đổi hoàn hảo giữa các máy khách, mang lại trải nghiệm người dùng nhất quán trên mọi thiết bị.

EarthWorX™ là mô-đun lập bản đồ hệ thống thông tin địa lý (GIS) cung cấp khả năng trực quan hóa tài sản phân tán rộng rãi, giúp tạo tổng quan về địa lý để giám sát nhiều vị trí đồng thời duy trì khả năng định vị và đi sâu vào nội dung cụ thể Với Smart Pin™, người dùng có thể dễ dàng hiểu được trạng thái của nhiều tài sản chỉ trong nháy mắt Ngoài ra, mô-đun này còn cho phép tích hợp với Google Maps™ và Bing Maps để bổ sung các lớp dữ liệu và tính năng lập bản đồ GIS, mang lại trải nghiệm giám sát toàn diện hơn.

Hình 2 31 Moniter widely dispersed assets ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40

Asset management using a hierarchical tree structure

AssetWorX™ là mô-đun quản lý tài sản tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế ANSI/ISA-

Ánh xạ thế giới vật lý sang bản sao kỹ thuật số của nó theo cấu trúc thực tế của doanh nghiệp, công ty, quy trình, nhà máy, dây chuyền, v.v., cho phép sắp xếp và định cấu hình nội dung trong Bàn làm việc với các tùy chọn bao gồm cảnh báo, màu tùy chỉnh, biểu tượng và tính năng kéo và thả chức năng Thành phần thời gian chạy cung cấp điều hướng trực quan và hoàn toàn phù hợp để mở rộng các dự án lớn, giúp dễ dàng đạt được điều này bằng cách sử dụng cấu hình nội dung hàng loạt dựa trên Excel.

*5 Tiêu chuẩn quốc tế xác định mô hình phân cấp thiết bị cho tài sản vật chất trong sản xuất

*6 Điều này không có trong GENESIS64™ Basic SCADA

Hình 2 32 Asset management using a hierarchical tree structure ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41

Tổng quan về MySQL

MySQL is an open-source relational database management system (RDBMS) that operates on a client-server model, enabling the creation and management of databases through the administration of relationships between them.

MySQL là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS) phổ biến, thường được nhắc đến đồng nghĩa với RDBMS do sự phổ biến rộng rãi của nó Các ứng dụng web lớn nhất thường sử dụng MySQL làm hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu của mình.

Các ông lớn trong lĩnh vực công nghệ như Facebook, Twitter, YouTube, Google và Yahoo! đều sử dụng MySQL như một giải pháp lưu trữ dữ liệu hiệu quả Mặc dù ban đầu MySQL chỉ được sử dụng hạn chế, nhưng hiện nay nó đã tương thích với nhiều hệ điều hành quan trọng như Linux, macOS, Microsoft Windows và Ubuntu, chứng tỏ khả năng thích nghi và phát triển mạnh mẽ của công nghệ này.

Cơ sở dữ liệu (database) là tập hợp dữ liệu được tổ chức theo một cấu trúc nhất định, nơi chứa và sắp đặt dữ liệu một cách có hệ thống Ví dụ, khi chụp hình tự sướng, hình ảnh đó là dữ liệu, và thư viện lưu ảnh trên thiết bị của bạn có thể được xem như một cơ sở dữ liệu nhỏ, nơi lưu trữ và sắp xếp các hình ảnh đó.

Dữ liệu được lưu trữ trong một bộ dữ liệu chung, được gọi là dataset, và được tổ chức giống như một bảng tính Mỗi bảng này có liên hệ với nhau theo cách nào đó, tạo nên mối quan hệ giữa chúng Chính vì vậy, thuật ngữ "Relational" (liên hệ) trong RDBMS có ý nghĩa quan trọng trong việc thể hiện mối quan hệ giữa các bảng dữ liệu Khi một phần mềm không hỗ trợ mô hình dữ liệu quan hệ như vậy, nó được gọi là DBMS.

Open source dịch là mã nguồn mở, cho phép bất kỳ ai cũng có thể sử dụng và chỉnh sửa nó Phần mềm này có thể được cài đặt dễ dàng và người dùng cũng có thể tự học cách tùy chỉnh theo nhu cầu của mình Tuy nhiên, giấy phép GPL (GNU Public License) sẽ quyết định phạm vi sử dụng dựa trên các điều kiện nhất định Ngoài ra, phiên bản thương mại cũng được cung cấp cho những người cần chủ quyền linh hoạt và hỗ trợ cao cấp hơn.

Máy tính được cài đặt và chạy phần mềm RDBMS được gọi là máy khách (client), thực hiện kết nối tới máy chủ (server) RDBMS mỗi khi cần truy cập dữ liệu, hoạt động theo mô hình "client-server".

MySQL Server là một hệ thống máy tính hoặc một máy tính duy nhất được cài đặt phần mềm MySQL dành cho server, cho phép lưu trữ dữ liệu và quản lý truy cập từ máy khách Dữ liệu được tổ chức thành các bảng có mối liên hệ với nhau, giúp quản lý và truy xuất thông tin một cách hiệu quả.

MySQL server nhanh, an toàn, đáng tin cậy Phần mềm MySQL cũng miễn phí và được phát triển, phân phối và hỗ trợ bởi Oracle Corporation

MySQL client không nhất thiết phải là phần mềm MySQL của Oracle, mà là bất kỳ phần mềm nào có thể thực hiện truy vấn lên một máy chủ MySQL và nhận kết quả trả về Các ví dụ điển hình về MySQL client bao gồm các đoạn mã PHP script trên máy tính hoặc trên cùng một máy chủ dùng để kết nối tới cơ sở dữ liệu MySQL Ngoài ra, Phpmyadmin cũng là một MySQL client có giao diện người dùng thân thiện, giúp người dùng dễ dàng tương tác với cơ sở dữ liệu.

- MySQL Workbench (Mac, Windows, Linux), Miễn phí, mã nguồn mở

- Sequel Pro (Mac), miễn phí, mã nguồn mở

- HeidiSQL (Windows; chạy trên Mac hoặc Linux bằng WINE emulator), miễn phí

- phpMyAdmin (web app), miễn phí, mã nguồn mở ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Yêu cầu thiết kế và quy trình vận hành của hệ thống

Khi thiết kế cơ cấu kẹp ống nghiệm, cần đảm bảo tính linh hoạt, chính xác và an toàn để tránh làm hỏng mẫu Đồng thời, cơ cấu bàn ly tâm phải được thiết kế chắc chắn để đảm bảo tính ổn định và tránh tình trạng rung lắc khi ly tâm, giúp kéo dài tuổi thọ của cơ cấu Ngoài ra, cơ cấu hút plasma cũng cần đáp ứng yêu cầu chính xác cao, cho phép cơ cấu vào đúng vị trí để hút và thay đầu hút dễ dàng, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị.

Giám sát hệ thống là một tính năng quan trọng giúp người vận hành theo dõi và kiểm soát hoạt động của hệ thống một cách hiệu quả Tất cả các trạng thái hoạt động của hệ thống, bao gồm cả trạng thái chạy (Run), dừng (Stop) và lỗi (Error), đều được thông báo và hiển thị rõ ràng trên màn hình HMI và đèn cảnh báo Điều này cho phép người vận hành nhanh chóng nhận biết và đưa ra quyết định điều khiển phù hợp Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ giám sát từ xa qua Web, giúp việc giám sát và vận hành hệ thống trở nên linh hoạt và tiện lợi hơn, ngay cả khi người vận hành không ở gần hệ thống.

Hình 3 1 Quy trình vận hành của hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47

Thiết kế các chi tiết cơ khí cho robot

Để đáp ứng yêu cầu về tính chính xác cao và độ linh hoạt của hệ thống, robot cartesian là một lựa chọn hợp lý và hiệu quả Các tay gắp được thiết kế đặc biệt để gắp bệnh phẩm một cách chắc chắn, đồng thời đáp ứng được yêu cầu mở nắp ống nghiệm, giúp tăng cường độ chính xác và hiệu suất trong quá trình làm việc.

3.2.1 Thiết kế gá đỡ động cơ trục X

Trục X của động cơ được kéo bởi một động cơ servo 400W, vì vậy cần một gá đỡ để cố định động cơ Gá đỡ được thiết kế với chất liệu là nhôm có độ dày là 10mm để có thể chịu được lực tốt khi động cơ hoạt động Đồng thời hai chi tiết liên kết với động cơ

(1) và chi tiết liên kết với trục chuyển động (2) phải được thiết kế các lỗ phù hợp như hình 3.2

3.2.2 Thiết kế gá đỡ động cơ cho trục Y

Đối với trục Y của robot, hình 3.3 cho thấy thiết kế sử dụng động cơ servo 400W cho cả hai bàn Thiết kế gá đỡ cho động cơ servo 400W tương tự như trục X, đảm bảo độ ổn định và chắc chắn Ngoài ra, cuối trục Y còn được trang bị một trụ đỡ để tăng cường sự ổn định khi robot vận hành ở tốc độ cao Trụ đỡ này sẽ được nối giữa trục Y và một ray trượt đặt bên dưới, cho phép trượt theo suốt hành trình của robot, đảm bảo độ chính xác và an toàn.

- Chiều dài trục Y bàn 1: 680mm

- Chiều dài trục Y bàn 2: 1010mm

Trục Z là một cơ cấu di chuyển lên xuống của robot được điều khiển bằng động cơ servo, cho phép thực hiện các chuyển động chính xác và linh hoạt Đối với từng loại bàn, yêu cầu về sức mạnh của động cơ servo cũng khác nhau, chẳng hạn như bàn 1 sử dụng động cơ servo 200W để nâng khối lượng nặng, trong khi bàn 2 chỉ cần động cơ servo 100W do cơ cấu hút khá nhẹ.

Động cơ sẽ được đặt ở vị trí trên cùng của trục Z để đảm bảo hiệu suất tối ưu Các chi tiết trụ đỡ cho động cơ được thiết kế bằng nhôm có độ dày 10mm, giúp chịu được lực tác động mạnh mẽ và đảm bảo độ bền cao.

- Chiều dài trục Z bàn 1: 370mm

- Chiều dài trục Z bàn 2: 490mm

Thiết kế cơ cấu gắp thả ống nghiệm đòi hỏi sự chính xác để phù hợp với loại ống nghiệm thực tế, đồng thời đảm bảo đủ lực để siết chặt và tháo nắp ống nghiệm Tay gắp cần được thiết kế để thực hiện các chức năng này một cách hiệu quả, bao gồm cả việc thả nắp ống sau khi tháo ở một vị trí khác Chi tiết thiết kế tay kẹp được thể hiện rõ ràng qua hình ảnh, giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu suất cao trong quá trình vận hành.

Để đáp ứng yêu cầu xoay ống nghiệm nhằm quét barcode, cơ cấu gắp thả được thiết kế với tay kẹp đặc biệt Cụ thể, động cơ servo 200w được nối trực tiếp với tay kẹp, cho phép thực hiện chuyển động chính xác và linh hoạt Thiết kế này đảm bảo quá trình quét barcode được thực hiện một cách hiệu quả và chính xác.

Hình 3 6 Cơ cấu gắp sau khi được lắp ráp hoàn thiện

Cơ cấu gắp thả sau khi thi công cần đảm bảo đạt đủ độ cứng chắc và đáp ứng yêu cầu đặt ra Điều này giúp ống nghiệm không bị tuột ra khỏi tay kẹp trong quá trình di chuyển, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho quá trình sử dụng.

3.2.5 Thiết kế cơ cấu giữ để mở nắp ống nghiệm chứa mẫu máu Để có thể mở nắp ống nghiệm ngoài việc có một cơ cấp giữ nắp thì bên cạnh đó cần phải có một cơ cấu để giữ thân ống nghiệm lại Một xi lanh với hai má kẹp được thiết kế như hình 3.7 Khi ống nghiệm được đưa vào khoảng giữa hai má kẹp thì xi lanh sẽ giữ cố định ống nghiệm chứa bệnh phẩm Việc lựa chọn xi lanh đôi để giúp cho lực giữ ống nghiệm được tốt nhất có thể

Hình 3 7 Cơ cấu giữ để mở nắp 3.2.6 Thiết kế cơ cấu hút nhả plasma

Hình 3 8 Cơ cấu hút nhả plasma ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51

Để đáp ứng yêu cầu "chiết xuất plasma" của đề tài, nhóm thiết kế đã xây dựng cơ cấu hút nhả plasma như hình 3.8 Đặc biệt, phần đầu hút sẽ được thay thế sau mỗi lần hút để đảm bảo chất lượng của mẫu máu, giúp đạt được kết quả chính xác và đáng tin cậy.

3.2.7 Thiết kế kẹp khí nén tháo đầu hút

Cơ cấu cố định đầu hút được thiết kế để hỗ trợ cơ cấu hút nhả plasma, cho phép tháo rời đầu hút dễ dàng Cơ cấu này tích hợp xy lanh kẹp khí nén Airtac HFR16, cung cấp khả năng kẹp và nhả ở góc mở lên đến 180 độ, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt trong quá trình sử dụng.

Để vận chuyển các khay đựng ống nghiệm di chuyển tự động giữa bàn 1 và 2, nhóm đã thiết kế băng tải sử dụng chất liệu PU/PVC/PE, vừa đảm bảo giá thành rẻ vừa có khả năng chống trượt, chống trầy và chống va đập tốt Tổng cộng, nhóm sử dụng hai băng tải với kích thước phù hợp để phục vụ cho quá trình vận chuyển tự động này.

- Băng tải 2: 450 x 85 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 52

Hình 3 11 Băng tải 2 3.2.9 Thiết kế máy ly tâm

Hình 3 12 Máy ly tâm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53

Máy ly tâm là thiết bị quan trọng trong phòng thí nghiệm, được sử dụng để tách các thành phần của máu thành hồng cầu, bạch cầu - tiểu cầu và huyết tương Với tốc độ ly tâm khoảng 3000 vòng/phút, máy ly tâm giúp tách riêng các thành phần máu một cách hiệu quả và chính xác.

3.2.10 Thiết kế khay đựng ống nghiệm bù

Khay đựng ống nghiệm bù là thiết bị quan trọng trong quá trình ly tâm mẫu máu, giúp đảm bảo sự cân bằng và ổn định của máy ly tâm Khi số lượng ống nghiệm trên máy ly tâm là số lẻ (1 hoặc 3 ống), việc thêm một ống nghiệm bù chứa dung dịch có khối lượng tương đương sẽ giúp ngăn chặn hiện tượng lệch tâm khi quay Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ chất lượng mẫu máu sau khi ly tâm, đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy.

Hình 3 13 Khay đựng ống nghiệm bù 3.2.11 Khay đựng ống nghiệm

Khay đựng ống nghiệm trước khi ly tâm

Hình 3 14 Khay đựng ống nghiệm trước khi ly tâm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 54

Khay đựng ống nghiệm sau khi ly tâm

Hình 3 15 Khay đựng ống nghiệm sau khi ly tâm Khay đựng đầu hút

Hình 3 16 Khay đựng đầu hút 3.2.12 Gá cảm biến đếm số lượng ống nghiệm

Trên gá có thiết kế 2 lỗ tròn để đặt 2 cảm biến tiệm cận NPN, giúp xác định vị trí khay chứa ống nghiệm và đếm số lượng ống nghiệm trên khay Cụ thể, cảm biến NPN phía dưới xác định khay chứa đã tới vị trí cảm biến, trong khi cảm biến NPN phía trên đếm số lượng ống nghiệm có trên khay, đảm bảo quá trình tự động hóa chính xác và hiệu quả.

Hình 3 17 Gá cảm biến đếm số lượng ống nghiệm

3.2.13 Thiết kế gá đỡ camera VS70M-600-ER

Hình 3 18 Gá đỡ camera VS70M-600-ER ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 56

3.2.14 Thiết kế gá đỡ màn hình HMI

Hình 3 19 Gá đỡ màn hình HMI 3.2.15 Thiết kế tổng thể của hệ thống

Lựa chọn các thiết bị cho hệ thống

Dựa trên các yêu cầu về điều khiển, PLC dòng Q của hãng Mitsubishi được lựa chọn nhờ thiết kế nhỏ gọn và hiệu năng cao, đồng thời tích hợp các module phù hợp cho việc điều khiển chuyển động, đáp ứng tốt các nhu cầu về điều khiển trong hệ thống.

3.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển cho hệ thống

PLC dòng Q thuộc dạng module nên sẽ được kết hợp với nhiều module chức năng khác được liệt kê ở bảng 3.1

Bảng 3 1: Danh sách các thiết bị sửa dụng trong đề tài

STT TÊN MODULE SỐ LƯỢNG CHỨC NĂNG

1 Q03UDVCPU 1 Bộ điều khiển trung tâm

2 QD75MH4 2 Module điều khiển vị trí cho servo

3 QD75D4 1 Module điều khiển vị trí

Bộ điều khiển trung tâm Q03UDVCPU (hình 3.23):

Hình 3 23 Bộ điều khiển Q03UDVCPU

Thông số kĩ thuật của CPU:

- Tốc độ xử lý: 1.9ns (LD X0), 3.9ns (MOV D0 D1) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 59

- Dung lượng chương trình: 30K STEPS

- Bộ nhớ chương trình: 120 KB

- Số I/O tối đa có thể mở rộng: 8192

- Cổng truyền thông: USB, Ethernet 100BASE-TX/10BASE-T

- Thẻ nhớ: SD Card, SDHC Card

Module điều khiển động cơ QD75MH4 (hình 3.24)

Thông số kĩ thuật của module QD75MH4:

- Số trục điều khiển: 4 trục

- Chức năng nội suy: 4 trục

- Số lượng vị trí nhớ: 600 vị trí/ trục

- Tốc độ điều khiển tối đa: 20000000.00 (mm/min)

- Cảm biến được đấu nối theo cả hai dạng sinking và sourcing ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 60

Module điều khiển động cơ QD75D4 (hình 3.25)

Thông số kĩ thuật của module QD75D4:

- Số trục điều khiển: 4 trục

- Chức năng nội suy: 2-3-4 trục tuyến tính nội suy, 2 trục nội suy tròn

- Số lượng vị trí nhớ: 600 vị trí/ trục

- Tốc độ điều khiển: 0.01-20000000.00 (mm/min)

- Kết nối: Differential driver (Vi sai)

- Cảm biến được đấu nối theo cả hai dạng sinking và sourcing

Module ngõ vào QX42 (hình 3.26) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 61

Thông số kĩ thuật của module QX42:

- Trở kháng đầu vào: 5.6kOhm

- Kiểu kết nối: Sourcing input

Module ngõ ra QY10 (hình 3.27)

Thông số kĩ thuật của module QY10:

- Điện áp ngõ ra: 24VDC, 240VAC

- Điện áp chuyển đổi tối thiểu: 5VDC 1mA

- Điện áp chuyển đổi tối da: 264VAC, 125VDC

- Tần số đóng ngắt tối đa: 3600 lần/ tiếng

- Kiểu kết nối: Sinking/Sourcing output ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 62

3.3.2 Lựa chọn động cơ cho robot Đối với yêu cầu điều khiển chính xác vị trí của robot cũng như hoạt động robot ở tốc độ cao thì động cơ servo của hãng Mitsubishi là một lựa chọn phù hợp Bên cạnh đó servo của hãng Mitsubishi còn trang bị công nghệ mạng SSCNET III giúp điều khiển servo hiệu quả hơn Cơ cấu của mạng được thể hiện ở hình 3.28

Mạng SSCNET III (System Servo Control Network III) là mạng điều khiển servo độc quyền của hãng Mitsubishi, sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu với tốc độ cao lên đến 50Mbps Để điều khiển mạng này, người dùng cần các module chuyên dụng như QD75MH4, Q172H, Q173H và các thiết bị tương tự khác Ưu điểm của mạng SSCNET III là khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng và ổn định, giúp nâng cao hiệu suất điều khiển servo trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp.

- Tốc độ truyền dữ liệu điều khiển của mạng SSCNET III rất là nhanh nên việc truyền tín hiệu có thể xem là ngay lập tức được thực hiện

- Bỏ qua các hạn chế, giới hạn về mặt vật lý trong việc truyền tín hiệu với việc sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu

- Việc đi dây ít phức tạp hơn, giảm đáng kể chi phí đi dây

- Khoảng cách đi dây tối đa của hệ thống có thể lên đến 1600m

Nhược điểm của mạng SSCNET III:

- Giá thành đầu tư ban đầu cao

- Thời gian thu hồi vốn lâu

Hình 3 28 Hệ thống mạng SSCNET III ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 63

Hệ thống sử dụng ba loại servo khác nhau, bao gồm HG-KR13, HF-KP23 và HG-KR43, tương ứng với ba loại driver là MR-J4-10B, MR-J3W-22B và MR-J4-40B, giúp đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao trong hoạt động.

Thông số kỹ thuật của các động cơ Servo:

Bảng 3 2: Thông số kĩ thuật của servo HG-KR13

Công suất của servo 0.1 kW

Moment xoắn định mức/ Moment tối đa 0.32 / 1.1 [Nm]

Tốc độ định mức / Tốc độ tối đa 3000 / 6000 [r/min]

Dòng điện hoạt động / Dòng tối đa 0.8 / 2.5 [A]

Số xung một vòng 4194304 [xung/ vòng] Độ phân giải encoder 22-bit

Bảng 3 3: Thông số kĩ thuật của servo HF-KP23

Driver sử dụng MR-J3-20A/B/B-RJ006/T

Công suất của servo 0.2 kW

Nhiệt độ hoạt động 0-40 0 C ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 64

Bảng 3 4: Thông số kĩ thuật của servo HG-KR43

Công suất của servo 0.4 [kW]

Thông số kỹ thuật của các Servo Driver:

Hình 3 29 Servo Driver MR-J4-10B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 65

Bảng 3 5: Thông số kĩ thuật của driver MR-J4-10B

TÊN THÔNG SỐ Điện áp và tần số hoạt động 3 phase hoặc 1 phase (200-240VAC, 50/60Hz) Nguồn cấp cho mạch điều khiển 1-phase 200-240VAC, 50/60Hz

Hệ thống điều khiển Điều khiển PWM sóng sine, điều khiển dòng

Nhiệt độ môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ

0 đến 55 o C / -20 đến 65 0 C (không đóng băng) Độ ẩm môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ Dưới 90% RH (không ngưng tụ)

Hình 3 30 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-10B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 66

Hình 3 31 Servo Driver MR-J3W-22B Bảng 3 6: Bảng thông số kĩ thuật MR-J3W-22B

Công suất đầu ra 200W (A-axis), 200W (B-axis) Điện áp ngõ ra 3 phase 170VAC, 1.5A/ mỗi trục Điện áp hoạt động 3 phase hoặc 1 phase 200 đến 230VAC

0 đến 55 o C / -20 đến 65 0 C (không đóng băng) Độ ẩm môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ

Dưới 90% RH (không ngưng tụ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 67

Hình 3 32 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J3W-22B

Hình 3 33 Servo Driver MR-J4-10B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 68

Bảng 3 7: Thông số kĩ thuật của driver MR-J4-40B

TÊN THÔNG SỐ Điện áp và tần số hoạt động 3 phase hoặc 1 phase (200-240VAC, 50/60Hz) Nguồn cấp cho mạch điều khiển 1-phase 200-240VAC, 50/60Hz

0 đến 55 o C / -20 đến 65 0 C (không đóng băng) Độ ẩm môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ Dưới 90% RH (không ngưng tụ)

Hình 3 34 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-40B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 69

3.3.3 Lựa chọn cảm biến cho hệ thống Đối với hệ thống, cảm biến được sử dụng gồm có ba loại đó là công tắc hành trình, cảm biến tiệm cận và cảm biến từ

Cảm biến từ (hình 3.35) là cảm biến thuộc nhóm cảm biến tiệm cận, là thiết bị dựa trên nguyên lý cảm biến điện từ

Kích thước và thiết diện của cảm biến từ đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cường độ từ trường phát ra Cụ thể, cảm biến từ có kích thước và thiết diện càng lớn thì từ trường phát ra càng mạnh, cho phép mở rộng khoảng diện tích có thể phát triển vật thể, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng.

Các loại cảm biến từ trường hiện nay có thể chia thành ba loại:

Cảm biến từ trường thấp là loại cảm biến chuyên dụng được thiết kế để phát hiện các giá trị từ trường cực thấp Với khả năng đo đạc chính xác, chúng thường được ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi độ nhạy cao như hạt nhân và y tế, giúp mang lại kết quả đáng tin cậy và hỗ trợ quá trình nghiên cứu, chẩn đoán và điều trị hiệu quả hơn.

- Cảm biến từ trường trái đất: Cảm biến này sử dụng từ trường trái đất, trong một số ứng dụng phương tiện cũng như phát hiện điều hướng

- Cảm biến từ trường nam châm: Những cảm biến này sử dụng để cảm nhận từ trường lớn

Cảm biến từ trường nam châm được sử dụng trong đề tài này với mục đích xác định chính xác vị trí "home" của robot, giúp nó định hướng và di chuyển một cách hiệu quả.

A proximity sensor, as shown in figure 3.36, is utilized to detect objects, whether metal using inductive proximity sensors or non-metal using capacitive proximity sensors, enabling efficient detection and response.

Hình 3 36 Cảm biến tiệm cận Đặc điểm của cảm biến tiệm cận:

- Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm

- Hoạt động ổn định, chống rung động và chống shock tốt

- Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit switch)

- Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi

- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Phân loại cảm biến tiệm cận, ta có thể chia thành 2 loại sau:

- Cảm biến tiệm cận loại Cảm ứng từ

- Cảm biến tiệm cận loại Điện dung

Trong đề tài này, nhóm đã lựa chọn cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ để đo khoảng cách ngắn và giảm thiểu nhiễu Việc sử dụng cảm biến này cho phép dừng băng tải chính xác tại vị trí yêu cầu, đảm bảo quá trình hoạt động được kiểm soát và tối ưu hóa.

Công tắc hành trình là thiết bị giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động, hoạt động dựa trên cơ chế tác động của cần để thay đổi trạng thái tiếp điểm bên trong Loại công tắc này không duy trì trạng thái và sẽ trở về vị trí ban đầu khi không còn tác động Công tắc hành trình thường được sử dụng để đóng cắt mạch điện ở lưới điện hạ áp, thay thế cho nút ấn bằng tay bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, chuyển đổi quá trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện.

- Có thể sử dụng hầu hết trong các ứng dụng công nghiệp

- Đáp ứng tốt các điều khiển cần đến độ chính xác và tính lặp lại

- Tiêu thụ ít năng lượng

Nhược điểm của công tắc hành trình:

- Hạn chế đối với những thiết bị có tốc độ chuyển động tương đối thấp

- Phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị

- Do phải tiếp xúc nên làm các bộ phận cơ khí bị mòn

Hình 3 37 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình trong đề tài này được sử dụng làm công tắc giới hạn hành trình để tránh hư hỏng robot trong quá trình vận hành

3.3.4 Lựa chọn camera cho hệ thống Đối với yêu cầu phân loại được đặt ra của hệ thống và cùng với những ưu điểm nổi trội của công nghệ đọc mã vạch CCD thì việc lựa chọn một camera sử dụng công nghệ này điển hình là dòng Cognex 5110 như hình 3.38 với thống số kĩ thuật như ở bảng 3.8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 72

Bảng 3 8: Thông số kĩ thuật của camera Cognex 5110

TÊN THÔNG SỐ Điện áp hoạt động 24V-500mA

Bộ nhớ chương trình 128MB

Bộ nhớ xử lý ảnh 256MB

Thuộc tớnh cảm biến 5.92mm, 7.4 x 7.4 àm sq pixels Độ phân giải 640x480 pixels

Tốc độ màn trập 16às đến 1000ms

Số khung hình trên giây 60 khung trên giây

Chân chụp (Trigger) 1 opto cách ly hoặc chụp thông qua

Để xử lý ảnh đo mức chất lỏng, đặc biệt là phần plasma cần hút, nhóm đã lựa chọn camera VS70M-600-ER để đảm bảo độ chính xác trong quá trình nhận diện mức plasma trong ống nghiệm Camera này giúp cải thiện tốc độ của hệ thống, chỉ mất khoảng 200ms cho mỗi lần nhận diện, mang lại hiệu quả cao trong quá trình hoạt động.

Bảng 3 9: Thông số kĩ thuật của camera VS70M-600-ER

TÊN THÔNG SỐ Điện áp hoạt động 24V (1.5A Maximum)

Bộ nhớ chương trình 7.2 GB

Bộ nhớ xử lý ảnh 512MB SDRAM

Thuộc tớnh cảm biến 5.92mm, 7.4 x 7.4 àm sq pixels Độ phân giải 800x600 pixels (Mặc định)

Tốc độ màn trập 14 μs to 550 ms (Độ phân giải 800 × 600)

14 μs to 520 ms (Độ phân giải 640 × 480)

Số khung hình trên giây 165 khung/s (Độ phân giải 800 × 600)

Chân chụp (Trigger) 1 opto cách ly quang học hoặc chụp thông qua Ethernet

Hình 3 39 Camera VS70M-600-ER và sơ đồ chân tính hiệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74

3.3.5 Lựa chọn hệ thống van khí cho hệ thống Để đáp ứng những yêu cầu của hệ thống thì việc sử dụng van 5/2 là lựa chọn hợp lý Cụ thể là dòng series SY5000 của hãng SMC, cụ thể là SY5140 như hình 3.40 và các thông số của van được thể hiện ở bảng 3.10

Bảng 3 10 Thông số kĩ thuật của van SY5000 (SY5140)

TÊN THÔNG SỐ Áp suất làm việc bên trong 0.15 đến 0.7Mpa Áp suất làm việc bên ngoài -100 kPa đến 0.7 MPa

Nhiệt độ làm việc của van -10 đến 50 0 C

Tần số đóng ngắt của van 5 Hz Điện áp kích cho van 24VDC

Hình 3 40 Van 5/2 SY5000 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 75

3.3.6 Lựa chọn xi lanh khí nén

Hệ thống yêu cầu thực hiện hai chức năng chính là gắp ống nghiệm và giữ ống nghiệm khi mở nắp Để đáp ứng các yêu cầu này, hai loại xi lanh phổ biến được sử dụng là xi lanh kẹp và xi lanh đẩy, giúp đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả và chính xác.

Sơ đồ nối dây của hệ thống

3.4.1 Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống

Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống được biểu thị ở hình 3.45

Hình 3 45 Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 79

3.4.2 Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Driver và động cơ AC Servo

Hình 3 46 Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Driver và động cơ AC Servo cho bàn 1

Hình 3 47 Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Driver và động cơ AC Servo cho bàn 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 80

3.4.3 Sơ đồ kết nối Module QD75MH4, QD75D4 với Servo Driver

Sơ đồ nối dây của module QD75MH4 của bàn 1 và bàn 2 lần lượt được biểu thị ở (hình 3.48) và (hình 3.49)

Hình 3 48 Sơ đồ nối dây của module QD75MH4_1

Hình 3 49 Sơ đồ nối dây của module QD75MH4_2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 81

Sơ đồ nối dây của module Input QX42 (hình 3.50)

Hình 3 50 Sơ đồ nối dây module QX42

Sơ đồ nối dây module output QY10 (hình 3.51)

Hình 3 51 Sơ đồ nối dây module QY10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Thiết kế chương trình điều khiển

Với tính chính xác và tốc độ đặt lên hàng đầu thì hệ thống phân loại bệnh phẩm bằng mã vạch phải đạt những yêu cầu sau:

- Quá trình đọc barcode, ly tâm, tháo nắp và chiết xuất của hệ thống phải diễn ra một cách tự động và chính xác

- Tốc độ ly tâm phải đúng với quy trình xét nghiệm thực tế

- Có thể điều khiển bằng chế độ Manual khi hệ thống không hoạt động ở một khâu nào đó

- Chương trình phải được viết rõ ràng và gọn gàng để dễ quản lí và bảo trì

- Dừng hệ thống khi phát hiện lỗi

4.1.2 Mô tả chương trình điều khiển

Để khởi động hệ thống, hãy thực hiện các bước sau: Bật nguồn lên, sau đó nhấn nút START SYSTEM trên màn hình HMI để kích hoạt hệ thống Tiếp theo, nhấn nút SERVO ON để khởi động động cơ servo Cuối cùng, bấm nút HOME để tất cả cơ cấu trở về vị trí ban đầu.

Hệ thống có hai chế độ điều khiển Manual và Auto, để chọn chế độ ta bấm nút MODE SWITCH:

Khi hoạt động ở chế độ Manual, chế độ Auto sẽ tự động bị vô hiệu hóa Ở chế độ này, người dùng có thể điều khiển robot một cách linh hoạt, bao gồm cả việc điều khiển tiến hoặc lùi các trục cũng như thực hiện các hành động đóng hoặc mở van khí nén và băng tải.

Khi hoạt động ở chế độ Auto, chế độ Manual sẽ bị vô hiệu hóa Để bắt đầu quá trình, người dùng cần bấm nút READY để cơ cấu vào vị trí chuẩn bị Sau đó, nhập số lượng ống nghiệm đã đặt vào khay chứa mẫu (tối đa 4 mẫu) và nhấn START AUTO Hệ thống sẽ tự động di chuyển băng tải đến vị trí cơ cấu gắp ống, và robot bàn 1 sẽ lấy mẫu và đưa các ống vào bàn ly tâm Nếu số lượng ống là số lẻ, robot bàn 1 sẽ di chuyển để gắp thêm 1 ống bù vào bàn ly tâm cho đối xứng Sau đó, bàn ly tâm sẽ quay với tốc độ 3000 vòng/phút và di chuyển đến vị trí quét barcode để quét thông tin bệnh nhân Nếu quét không được, ống nghiệm sẽ được trả về khay ở băng tải ban đầu Nếu quét được, ống nghiệm sẽ được đưa qua cơ cấu tháo nắp và sau đó được đưa vào băng tải 2 để di chuyển đến vị trí camera VS70M tiến hành xử lý ảnh xác định mực nước Cuối cùng, cơ cấu robot bàn 2 sẽ tiến hành thay đầu hút và hút huyết tương (plasma) bỏ vào ống nghiệm trống ở khay bên cạnh.

Trong quá trình hoạt động, hệ thống cho phép người dùng nhấn nút EMERGENCY để dừng hoạt động khẩn cấp Để hệ thống hoạt động trở lại bình thường, người dùng cần nhấn nút RESET và sau đó bấm nút HOME để hệ thống trở về vị trí ban đầu.

4.1.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Hình 4 1 Lưu đồ điều khiển hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 85

Hình 4 2 Lưu đồ điều khiển Mode 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 86

Hình 4 5 Lưu đồ điều khiển Mode 4_1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 89

Hình 4 6 Lưu đồ điều khiển Mode 4_2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 90

4.1.4 Xây dựng chương trình điều khiển vị trí

Vì CPU nhóm sử dụng là PLC dòng Q của hãng Mitsubishi nên chương trình điều khiển của PLC sẽ được viết trên phần mềm GX Works2 (hình 4.7)

Điều khiển vị trí chính xác là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng làm việc của hệ thống, giúp hệ thống hoạt động nhanh và hiệu quả Việc quy hoạch chính xác đường đi cho hệ thống không chỉ tránh được sự cố va chạm mà còn rút ngắn chu kỳ hoạt động, từ đó tăng năng suất làm việc Để đạt được điều này, các lệnh do module QD75MH4 cung cấp được sử dụng để điều khiển chính xác vị trí, đòi hỏi phải cài đặt các thông số cần thiết.

Hình 4 8 Cài đặt thông số cho module QD75MH4

Việc điều khiển servo dựa vào việc sử dụng các lệnh do module QD75MH4 cung cấp như hình 4.9

Hình 4 9 Lệnh điều khiển vị trí của module QD75MH4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 92

4.1.5 Giao tiếp giữa camera và PLC Q

Để thiết lập chức năng nhận diện barcode và đo mức chất lỏng trên camera Cognex và VS70M, người dùng có thể sử dụng phần mềm In-Sight Explorer for MELSENSOR Phần mềm này cung cấp các công cụ cần thiết để cài đặt và cấu hình các chức năng đọc barcode và xử lý ảnh đo mức nước cho cả hai loại camera Ngoài ra, người dùng cũng có thể thiết lập giao tiếp giữa camera và PLC Q thông qua giao thức SLMP.

Hình 4 10 Thiết lập trên phần mềm In-Sight Explorer để đọc Barcode ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 93

Hình 4 11 Thiết lập trên phần mềm In-Sight Explorer để xác định mức chất lỏng

Để nhận dữ liệu từ camera về PLC, cần thực hiện cấu hình cho PLC thông qua phần mềm GX Works2 Quá trình cấu hình này cho phép PLC giao tiếp với camera và nhận dữ liệu một cách chính xác Việc cấu hình phần mềm GX Works2 là bước quan trọng để đảm bảo sự kết nối và truyền dữ liệu giữa camera và PLC.

Hình 4 12 Thiết lập kết nối với Camera trên GX Works2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 94

Việc cài đặt địa chỉ IP và Host Port trên phần mềm In-Sight Explorer for MELSENSOR được thể hiện như ở hình 4.13

Hình 4 13 Thiết lập kết nối trên In-Sight Explorer

Thiết kế giao diện SCADA

− Thân thiện với người dùng: Giao diện SCADA được thiết kế cần thuận tiện cho người sử dụng, dễ sử dụng và trực quan

− Đơn giản và rõ ràng: Giao diện cần đơn giản và dễ hiểu để tránh nhầm lẫn hoặc thiếu sót trong quá trình giám sát

− Hiệu suất cao: Giao diện có sử dụng các phương tiện hiển thị và biểu đồ để truyền tải thông tin một cách nhanh chóng và cụ thể hơn

− Mở rộng và linh hoạt: Giao diện cần được thiết kế để có thể mở rộng và mở rộng tính năng mới, tiện ích và chức năng bổ sung

Bảo mật và an toàn là yếu tố quan trọng hàng đầu khi thiết kế giao diện, giúp ngăn chặn các tấn công mạng và tác động bên ngoài gây hại cho hệ thống Việc đảm bảo an toàn cho giao diện không chỉ giúp bảo vệ thông tin người dùng mà còn duy trì sự ổn định và tin cậy của hệ thống.

Giao diện cần được thiết kế để hỗ trợ tích hợp với các hệ thống và thiết bị khác, giúp quản lý và giám sát một cách toàn diện hơn Việc tích hợp này cho phép người dùng có thể truy cập và kiểm soát nhiều chức năng khác nhau từ một giao diện duy nhất, mang lại trải nghiệm người dùng mượt mà và hiệu quả hơn.

4.2.2 Giao diện đăng nhập tài khoản

Người dùng cần có tài khoản để đăng nhập vào để có thể giám sát và vận hành hệ thống như hình 4.14

Hình 4 14 Đăng nhập trên Workbench 4.2.3 Giao diện chính của Workbench

Hình 4 15 Giao diện chính của Workbench ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 96

4.2.4 Kết nối dữ liệu MySQL thông qua ODBC và kết nối với PLC Q03UDV

Hình 4 16 Kết nối dữ liệu MySQL thông qua ODBC và kết nối với PLC Q03UDV 4.2.5 Kết nối MySQL và GENESIS64 thông qua ODBC

Việc kết nối giữa MySQL và phần mềm GENESIS64 sẽ được thực hiện một cách trung gian thông qua giao thức truyền thông ODBC như hình 4.17

Hình 4 17 Kết nối MySQL và GENESIS64 thông qua ODBC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 97

4.2.6 Thiết kế cơ sở dữ liệu trên MySQL Workbench

Để nhận dạng bệnh nhân, cần có cơ sở dữ liệu được xác định dựa vào mẫu Barcode dán trên mẫu xét nghiệm Trong giao diện MySQL Workbench, người giám sát có thể quan sát thông tin mẫu xét nghiệm ứng với barcode tương ứng, bao gồm thông tin bệnh nhân, loại xét nghiệm, thời gian và vị trí tương ứng tại thời điểm đó.

4.2.7 Chuyển đổi dữ liệu từ PLC sang MySQL Để có thể chuyển dữ liệu từ PLC sang MySQL và thay đổi cơ sở dữ liệu trên MySQL khi nhận tín hiệu từ PLC, nhóm đã lập trình trên phần mềm Visual Studio bằng ngôn ngữ C# ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 98

Hình 4 19 Lập trình C# Winform trên Visual Studio 4.2.8 Kết nối PLC với Visual Studio

Hình 4 20 Kết nối PLC và C# thông qua MX Component ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 99

4.2.9 Giao diện tổng quát màn hình SCADA Ở màn hình tổng quát này sẽ hiển thị tổng thể 3 quy trình của hệ thống, dựa vào đó ta có thể giám sát được quá trình hệ thống vận hành:

Quy trình 1 cho phép giám sát chặt chẽ số lượng ống nghiệm được đưa vào, đồng thời cảnh báo lỗi khi số lượng ống nghiệm trên khay không khớp với số lượng đã được nhập trước đó Ngoài ra, quy trình này còn giám sát tốc độ và thời gian ly tâm của máy ly tâm, cũng như trạng thái của ống nghiệm bù, đảm bảo quá trình diễn ra chính xác và hiệu quả.

Quy trình 2 cho phép theo dõi thông số barcode của từng ống nghiệm một cách chính xác, đồng thời hiển thị trạng thái của ống nghiệm ở từng giai đoạn cụ thể như đang quét barcode, đang tháo nắp hoặc đang di chuyển qua quy trình 3.

Quy trình 3 cho phép giám sát chính xác thể tích huyết tương cần hút, thể tích phần tế bào hồng cầu còn lại trong ống nghiệm và trạng thái mực huyết tương của từng ống Tất cả thông tin này được cập nhật và hiển thị liên tục trên mô hình ống nghiệm của giao diện, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý quá trình.

Hình 4 21 Giao diện tổng quát màn hình SCADA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 100

4.2.10 Giao diện quản lý Cơ sở dữ liệu trên SCADA

PLC sẽ giao tiếp với cơ sở dữ liệu MySQL thông qua C# và GENESIS64, cho phép hiển thị thông tin chi tiết của từng mẫu xét nghiệm một cách chính xác và tức thời Thông tin này bao gồm thông số barcode, tên bệnh nhân, loại hình xét nghiệm, thời gian và vị trí của mẫu, giúp người dùng theo dõi và quản lý quá trình xét nghiệm một cách hiệu quả.

Hình 4 22 Giao diện quản lý Cơ sở dữ liệu trên SCADA 4.2.11 Giao diện Cảnh báo trên màn hình SCADA

Khi xảy ra lỗi, giao diện sẽ hiển thị cảnh báo với mức độ nghiêm trọng thể hiện qua màu sắc, bao gồm tím, vàng và đỏ Màu sắc cảnh báo tăng dần theo mức độ nghiêm trọng, với cảnh báo màu tím và vàng, hệ thống vẫn có thể hoạt động, trong khi cảnh báo màu đỏ sẽ khiến hệ thống lập tức dừng lại.

Đối với màn hình Alarm Logger, hệ thống sẽ gửi cảnh báo lỗi về màn hình này khi có lỗi xảy ra Đặc biệt, giao diện này sẽ tự động xuất bản Report tổng hợp các cảnh báo đã xảy ra trước đó về máy tính sau mỗi khoảng thời gian cách nhau 1 giờ đồng hồ, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý các lỗi hệ thống.

Đối với màn hình Alarm Server, hệ thống sẽ tự động gửi cảnh báo lỗi và hiển thị trên giao diện khi có sự cố xảy ra Ngay khi lỗi được khắc phục và hệ thống không còn báo lỗi, giao diện Alarm Server sẽ tự động xóa thông báo lỗi đó, giúp người dùng theo dõi và cập nhật tình hình một cách chính xác và kịp thời.

Hình 4 23 Giao diện Cảnh báo trên màn hình SCADA

Thiết kế giao diện HMI

Giao diện màn hình HMI của nhóm được thiết kế trên phần mềm GT Designer 3

4.3.1 Yêu cầu thiết kế Để có thể tinh chỉnh, giám sát quá trình vận hành của hệ thống một cách chi tiết thì cần phải có một màn hình HMI Màn hình khi thiết kế cần phải đạt các yêu cầu sau:

- Giám sát được số lượng và quá trình các mẫu từ lúc đưa vào đến lúc kết thúc quy trình

- Nhập được số lượng mẫu của mỗi mẻ để hệ thống vận hành (mỗi mẻ từ 1 đến 4 mẫu) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 102

- Hiển thị được các cảnh báo cho người vận hành mỗi khi mẫu lỗi, không nhận được barcode hoặc khi xuất hiện lỗi hệ thống

- Vận hành được từng thiết bị riêng lẻ trong chế độ manual

- Được phân quyền truy cập

4.3.2 Thiết kế màn hình đăng nhập HMI

Để truy cập vào hệ thống, người vận hành cần nhập tài khoản tại màn hình đăng nhập Ngoài ra, nút nhấn SERCURITY cho phép quản lý thông tin đăng nhập, bao gồm các chức năng như tạo, xóa hoặc thay đổi mật khẩu tài khoản, giúp người vận hành dễ dàng kiểm soát và quản lý thông tin đăng nhập một cách hiệu quả.

Hình 4 24 Màn hình đăng nhập HMI 4.3.3 Thiết kế màn hình HMI tổng quan

Màn hình tổng quan là giao diện chính của hệ thống, cung cấp thông tin toàn diện về trạng thái hoạt động của hệ thống thông qua các đèn báo trạng thái Bên cạnh đó, màn hình này cũng tích hợp các nút điều hướng và vận hành hệ thống, giúp người dùng dễ dàng tương tác và kiểm soát hệ thống Ngoài ra, màn hình tổng quan còn hiển thị mã barcode đã được camera quét, trạng thái của ống nghiệm đã được chiết xuất xong hay chưa, và cảnh báo khi hệ thống gặp lỗi, giúp người dùng kịp thời xử lý và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Hình 4 25 Màn hình HMI tổng quan 4.3.4 Giao diện xuất hiện khi nhấn nút MODE SWITCH

Nút MODE SWITCH có chức năng chuyển đổi nhanh giữa chế độ Auto và Manual mà không cần phải chuyển qua màn hình Auto hoặc Manual như hình 4.26

Hình 4 26 Cửa sổ chọn chế độ vận hành khi nhấn Mode ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 104

4.3.5 Thiết kế màn hình HMI chế độ Auto

Màn hình chế độ Auto (hình 4.27) cung cấp thông tin quan trọng về vị trí nhập số lượng ống nghiệm đặt vào khay, đồng thời hiển thị trạng thái hiện tại của các mẫu máu trong quá trình hoạt động của hệ thống thông qua đèn báo xanh ở khung Auto Process.

Thiết kế màn hình HMI chế độ Manual cho phép người vận hành điều khiển động cơ theo hai chế độ chính: Jog và Position, cùng với chế độ điều khiển các van khí nén Ở chế độ JOG, màn hình hiển thị các nút điều hướng và toạ độ các trục của robot, cho phép người vận hành điều khiển từng thành phần của hệ thống một cách riêng lẻ để tinh chỉnh hoặc kiểm tra hư hỏng Trong khi đó, chế độ Position cho phép người vận hành nhập vị trí vào hệ thống, sau đó robot Decarts sẽ di chuyển đến vị trí đã nhập để kiểm tra tính chính xác của hệ thống.

Màn hình chế độ điều khiển JOG:

Hình 4 28 Màn hình HMI chế độ JOG bàn 1

Hình 4 29 Màn hình HMI chế độ JOG bàn 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 106

Màn hình chế độ điều khiển POS:

Hình 4 30 Màn hình HMI ở chế độ POS bàn 1

Hình 4 31 Màn hình HMI ở chế độ POS bàn 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 107

Màn hình chế độ điều khiển khí nén:

Hình 4 32 Màn hình ở chế độ điều khiển khí nén 4.3.7 Thiết kế màn hình chế độ Giám sát

Hình 4 33 Màn hình chế độ giám sát ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 108

Tại màn hình giám sát, người vận hành có thể dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động của từng thiết bị Các thiết bị đang hoạt động sẽ được hiển thị đèn báo màu xanh, trong khi các thiết bị gặp sự cố sẽ hiển thị đèn báo màu đỏ, giúp người vận hành nhanh chóng nhận biết và xử lý tình huống.

4.3.8 Thiết kế màn hình Cảnh báo lỗi Ở màn hình này, các mã lỗi của động cơ servo của các trục sẽ được hiển thị ở cột ERROR CODE, dựa vào các mã lỗi này mà người giám sát và vận hành có thể tra cứu và khắc phục lại lỗi Còn ở cột ALARM LOGGER sẽ có một bảng biểu thị các mục gồm: mã lỗi, thời gian xảy ra lỗi, trạng thái đã được kiểm tra hay chưa của lỗi và lỗi đã được khắc phục hay chưa như hình 4.34

Hình 4 34 Màn hình cảnh báo lỗi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 109

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Mô hình

Hệ thống “HỆ THỐNG LY TÂM MÁU VÀ CHIẾT XUẤT PLASMA” được hoàn thiện phần cứng như hình 5.1

Hình 5 1 Máy sau khi được hoàn thiện

Phần trên của máy, được thể hiện ở hình 5.2, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của thiết bị, cho phép thực hiện các chức năng như đọc barcode, ly tâm máu và chiết xuất huyết tương (plasma) một cách hiệu quả.

Hình 5 2 Khu vực hoạt động của máy

Hình 5.3 là hình ảnh sau khi gắn tag và thêm cosse dây

Hình 5 3 Kết quả sau khi đấu nối dây ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 111

Giao diện HMI

Người vận hành phải đăng nhập vào hệ thống như hình 5.4 Tránh trường hợp người ngoài tự ý xâm nhập và điều khiển hệ thống

Hình 5 4 Màn hình đăng nhập 5.2.2 Màn hình vận hành của hệ thống

Hệ thống khi về home

Trước khi bắt đầu hoạt động, hệ thống sẽ thực hiện quy trình về vị trí ban đầu (home) cho các trục robot và băng tải để đảm bảo hoạt động chính xác Khi robot đã về home, đèn home sẽ sáng và người dùng cần bấm nút READY để hệ thống sẵn sàng hoạt động Lúc này, đèn ready sẽ sáng lên, cho biết các cơ cấu đã vào vị trí sẵn sàng cho hệ thống hoạt động Màn hình HOME sẽ hiển thị các thông tin quan trọng như số lượng ống nghiệm được đưa vào khay, số lượng mẻ, số lượng mẫu máu đã hoàn thành và số lượng mẫu barcode bị lỗi không quét được.

Hình 5 5 Màn hình HOME của hệ thống

Hệ thống khi hoạt động ở chế độ Auto

Khi hệ thống hoạt động ở chế độ tự động, người vận hành có thể dễ dàng quan sát quy trình máy đang thực hiện và số lượng ống nghiệm được đưa vào khay Đặc biệt, đèn "RUNNING" sẽ sáng lên trong suốt quá trình hoạt động, cho đến khi quy trình cuối cùng kết thúc, giúp người vận hành theo dõi tình trạng hệ thống một cách hiệu quả.

Hình 5 6 Màn hình ở chế độ Auto ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 113

Hệ thống khi hoạt động ở chế độ Manual

Khi vận hành ở chế độ manual, đèn "MANUAL" sẽ sáng, cho phép người vận hành điều khiển robot ở hai chế độ chính là JOG và POS, đồng thời có thể kiểm soát hệ thống khí nén Chế độ JOG cho phép điều khiển robot một cách linh hoạt và chính xác, như được minh họa ở hình 5.7 và hình 5.8, nơi người vận hành đang điều khiển hệ thống ở chế độ này.

Hình 5 7 Màn hình ở chế độ chạy JOG của bàn 1

Ở chế độ POS, người vận hành có thể nhập trực tiếp tọa độ mong muốn vào để kiểm tra xem vị trí đã đảm bảo yêu cầu hay chưa Điều này cho phép kiểm tra chính xác vị trí của bàn 2 trong chế độ chạy JOG, giúp đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình vận hành.

Hình 5 9 Màn hình ở chế độ chạy POS của bàn 1

Khi hoạt động ở chế độ chạy POS, màn hình hiển thị thông tin quan trọng giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều khiển hệ thống Đặc biệt, ở chế độ điều khiển khí nén, người vận hành có thể dễ dàng đóng mở các van khí nén, cho phép các cơ cấu thực hiện các thao tác gắp, kẹp, nhả một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 5 11 Màn hình điều khiển các van khí nén Màn hình giám sát các thiết bị trên hệ thống

Trang màn hình "MONITOR" cung cấp thông tin chi tiết về trạng thái hoạt động của các phần cứng trong hệ thống, bao gồm xi lanh, camera và servo Điều này cho phép người vận hành giám sát chặt chẽ các thiết bị trong quá trình hoạt động, đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru và hiệu quả.

Hình 5 12 Trang màn hình Monitor của hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 116

Hệ thống khi có lỗi xảy ra

Khi hệ thống gặp lỗi, đèn báo lỗi (ERROR) sẽ được kích hoạt và các robot sẽ ngừng hoạt động Người vận hành có thể xác định lỗi của robot thông qua mã lỗi hiển thị trên bảng ALARM LOGGER, từ đó tìm ra giải pháp khắc phục phù hợp.

Hình 5 13 Màn hình báo lỗi của hệ thống

Giao diện SCADA

5.3.1 Màn hình SCADA tổng quát

Khi hệ thống hoạt động người giám sát có thể giám sát toàn bộ các quy trình của hệ thống trên màn hình này

Quy trình hoạt động của hệ thống bắt đầu khi đèn sáng tương ứng với số lượng ống nghiệm đã nhập vào trước đó Hệ thống sẽ tự động báo lỗi nếu số lượng ống nghiệm trên khay không khớp với số lượng đã nhập Đồng thời, thông tin về tốc độ và thời gian ly tâm của máy ly tâm cũng như trạng thái của ống nghiệm bù sẽ được hiển thị đầy đủ.

Quy trình 2 là giai đoạn quan trọng trong quy trình làm việc, tại đây thông số barcode của từng ống nghiệm và trạng thái của ống nghiệm sẽ được hiển thị một cách chi tiết Cụ thể, người dùng có thể theo dõi các trạng thái như "ĐANG QUÉT BARCODE", "ĐANG THÁO NẮP" hoặc "ĐANG DI CHUYỂN QUA QUY TRÌNH 3", giúp việc quản lý và theo dõi trở nên dễ dàng và chính xác hơn.

Quy trình 3 là bước quan trọng trong quá trình phân tích, tại đây thể tích huyết tương cần hút sẽ được xác định và thể tích tế bào hồng cầu sẽ được hiển thị khi hệ thống hoạt động Đồng thời, thể tích của tế bào hồng cầu còn lại trong ống nghiệm cũng như trạng thái mực huyết tương của từng ống sẽ được cập nhật và hiển thị liên tục trên mô hình ống nghiệm của giao diện, giúp người dùng theo dõi và quản lý quá trình một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 5 14 Giao diện tổng quát màn hình SCADA 5.3.2 Màn hình quản lý Cơ sở dữ liệu trên SCADA

Màn hình hiển thị thông tin mẫu xét nghiệm cung cấp các thông số quan trọng như mã vạch, tên bệnh nhân, loại hình xét nghiệm, thời gian và vị trí của mẫu Thông qua màn hình này, người giám sát có thể dễ dàng theo dõi và quản lý thông tin cũng như vị trí của toàn bộ mẫu xét nghiệm, đảm bảo quá trình xét nghiệm được thực hiện một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 5 15 Giao diện quản lý Cơ sở dữ liệu trên SCADA 5.3.3 Màn hình Cảnh báo trên SCADA

Khi xảy ra lỗi, giao diện sẽ hiển thị cảnh báo với mức độ nghiêm trọng tăng dần theo màu sắc: tím, vàng và đỏ Đối với cảnh báo màu tím và vàng, hệ thống vẫn có thể hoạt động, tuy nhiên cảnh báo màu đỏ sẽ khiến hệ thống lập tức dừng lại để đảm bảo an toàn.

Khi lỗi xảy ra, hệ thống sẽ gửi cảnh báo về màn hình Alarm Logger và tự động xuất bản Report tổng hợp các cảnh báo đã xảy ra vào máy tính mỗi giờ đồng hồ.

Đối với màn hình Alarm Server, hệ thống sẽ tự động gửi cảnh báo lỗi và hiển thị trên giao diện khi có sự cố xảy ra Tuy nhiên, khi lỗi đó được giải quyết và hệ thống không còn báo lỗi, giao diện Alarm Server cũng sẽ tự động xóa bỏ thông báo lỗi đó, giúp người dùng cập nhật thông tin một cách chính xác và kịp thời.

Hình 5 16 Giao diện Cảnh báo trên màn hình SCADA

Kết quả ly tâm và chiết xuất

Thời gian ly tâm một mẻ dao động trong khoảng từ 6 đến 10 phút

Hình 5.17 biểu thị mẫu chiết xuất lỗi (bên trái) và mẫu ly tâm lỗi (bên phải)

Hình 5 17 Mẫu chiết xuất lỗi và ly tâm lỗi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 120

Sau khi thực hiện quá trình ly tâm, mẫu máu ban đầu sẽ được tách thành hai phần chính: huyết tương và tế bào hồng cầu Kết quả của quá trình tách này được minh họa rõ ràng ở hình 5.18, và hình 5.19 thể hiện kết quả chiết xuất sau đó.

Hình 5 18 Kết quả sau khi ly tâm

Hình 5 19 Kết quả sau khi chiết xuất

Máu được sử dụng trong đề tài này không phải là máu thật mà được làm từ dầu ăn và phẩm màu đỏ để đảm bảo an toàn và tránh truyền nhiễm bệnh Do đó, sau khi thực hiện quá trình ly tâm, mẫu máu này sẽ không tách ra thành các phần như bạch cầu và tiểu cầu màu trắng như trong máu thật.

5.20 ở giữa phần tế bào hồng cầu và huyết tương giống như khi ly tâm trên máu thật Khi xuất hiện phần bạch cầu và tiểu cầu này ở giữa thì có nghĩa là kết quả ly tâm đã chính xác

Hình 5 20 Phần bạch cầu và tiểu cầu khi ly tâm trên máu thật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 122

Tiêu đề	Hệ Thống Ly Tâm Máu Và Chiết Xuất Plasma
Tác giả	Văn Hoàng Phước Toàn, Võ Dương Trọng Hiếu, Bùi Minh Khôi
Người hướng dẫn	TS. Vũ Văn Phong
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	150
Dung lượng	15,92 MB