56 Trang 9 TÓM TẮT Hệ thống quét mã barcode và cân khối lượng sản phẩm được nhóm thực hiện trong đề tài này gồm các chức năng cơ bản của một hệ thống quét mã và đo trọng lượng, đáp ứng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA XÂY DỰNG MƠ HÌNH QT MÃ BARCODE VÀ CÂN KHỐI LƯỢNG GVHD: ThS NGUYỄN TỬ ĐỨC SVTH : ĐINH BẢO YẾN SKL011355 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2023 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH QT MÃ BARCODE VÀ CÂN KHỐI LƯỢNG GVHD NGUYỄN TỬ ĐỨC SVTH ĐINH BẢO YẾN MSSV 19151314 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 LỜI CẢM ƠN Đề tài “Hệ thống quét mã barcode cân khối lượng sản phẩm” đề tài không mới, qui mô đề tài không lớn Tuy nhiên thân em thực đề tài cách độc lập khơng phải dễ dàng Để hồn thành đề tài đạt kết ngày hôm khơng em mà cịn giúp đỡ từ phía thầy cơ, bạn bè anh chị công ty UNIMAX Lời em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Điện – Điện từ giảng dạy hướng dẫn em đường học tập phát triển suốt năm đại học trường Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật tp.HCM Trong suốt trình học tập giúp em có tảng kiến thức kĩ để áp dụng đề tài công việc tương lai sau Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Nguyễn Tử Đức- giảng viên hướng dẫn em suốt học kì vừa qua Thầy ln đồng hành em suốt q trình thực đề tài cho em đóng góp, gợi ý thiết thực gặp khó khăn giúp em giải đề khó khăn Thời gian thực đồ án kéo dài khoảng tháng, khoảng thời gian ngắn hay dài, trải qua giúp em có trải nghiệm thực tế thử sức để nâng cao thân Suốt tháng qua, dù trải qua nhiều trình để đến kết nhờ vào giúp đỡ tận tâm từ phía thầy Nguyễn Tử Đức Thầy giúp em có thêm nhiều kiến thức kinh nhiệm để xử lí vấn đề gặp phải, thầy người dẫn dắt em từ lúc chọn đề tài đến lúc gia cơng hồn thiện mơ tại.Một lần nữa, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguễn Tử Đức giúp em thực đề tài cách hoàn thiện Bên cạnh đó, thân em khơng thể tự hồn thành đề tài mà khơng có hỗ trợ bạn lớp 191511 ngành tự động hóa Các bạn giúp đỡ em học tập đến thực đề tài Cảm ơn bạn bên cạnh tôi, giúp đỡ với thứ bạn có Các bạn ln giúp đỡ em mà khơng màng khó khăn, vất vả Hơn nữa, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến anh chị công ty UNIMAX đặc biệt anh kĩ sư Lê Văn Phương Các anh chị giúp đỡ em nhiều trình thực mơ hình Vừa giúp em lên ý tưởng, đưa phương án giải hỗ trợ em nhiều gia cơng mơ hình Đồng thời em xin cảm ơn nhiều từ phía cơng ty hỗ trợ cho em nhiều trang thiết bị thực mơ hình Cuối cùng, em xin cảm ơn giáo viên phản biện thầy cô hội đồng bảo vệ luận văn dành thời gian nhận xét, đánh giá giúp đỡ em trình bảo vệ luận văn Đồ án khơng hồn thành tốt đẹp khơng có giúp đỡ tất người Một lần nhóm xin chân thành cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 Người thực đề tài iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii DANH SÁCH BẢNG ix TÓM TẮT ix Chương Tổng quan 1.1 Đặt đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn Chương Cơ sở lí thuyết 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Giới thiệu hệ thống cân định lượng 2.2.1 Các hệ thống cân định lượng 2.2.2 Băng tải cân định lượng 2.2.3 Hệ thống cân bồn 2.2.4 Lựa chọn hương pháp cân động 2.2.5 Phân tích yếu tố gây nhiễu mơ hình cân động 2.3 Các phương pháp quét mã barcode 12 2.3.1 Đọc barcode dùng phương pháp xử lí ảnh 12 2.3.2 Đọc barcode đầu đọc công nghiệp 13 2.3.3 Lựa chọn phương pháp đọc barcode 16 2.4 Cơ sở lí thuyết 16 2.4.1 Cảm biến lực 16 2.4.2 Cảm biến quang điện 19 Chương Tính tốn thiết kế 21 3.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 21 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 21 3.3 Tính tốn, lựa chọn thiết bị 22 3.3.1 Lựa chọn điều khiển 22 v 3.3.2 Bộ xử lí quét mã barcode 23 3.3.3 Chọn Loadcell 25 3.3.4 Bộ tổng hợp tín hiệu loadcell 26 3.3.5 Bộ điều khiển cân 27 3.3.6 Servo Omron 29 3.3.7 Cảm biến phát vật 30 3.3.8 Động băng tải 31 3.3.9 Bộ nguồn 32 3.3.10 Màn hình điều khiển 33 3.4 Sơ đồ kết nối thiết bị 35 3.4.1 Sơ đồ điều khiển 35 3.4.2 Mạch động lực 36 Chương Thi công hệ thống 37 4.1 Phần cứng 37 4.1.1 Danh sách phần cứng 37 4.1.2 Thi cơng mơ hình 37 4.1.3 Mơ hình sau thi cơng 43 4.2 Phần mềm 43 4.2.1 Lưu đồ điều khiển 43 4.2.2 Chương trình điều khiển 45 Chương Kết thực nghiệm, phân tích tổng hợp 47 5.1 Tóm tắt hoạt động hệ thống 47 5.2 Kết 47 5.2.1 Chuẩn bị mẫu thực nghiệm 47 5.2.2 Tiến hành thực nghiệm 50 5.2.3 Tính tốn sai số hệ thống 55 Chương Kết luận hướng phát triển 58 6.1 Kết luận 58 6.2 Hướng phát triển 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 60 vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Một số hệ thống cân thường Hình 2 Cấu tạo cân băng tải định lượng Error! Bookmark not defined Hình Hệ thống cân bồn Hình Cân động trực tiếp băng tải Hình Phân tán trọng lực cân băng tải Hình Phân tích barcode dùng matlab 12 Hình Một số cảm biến tiệm cận 15 Hình Bộ Keyence xử lí ảnh 16 Hình Dây điện trở strain gauge 17 Hình 10 Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động 17 Hình 11 Mạch cầu Wheatstone 18 Hình 12 Cảm biến lực cân khối lượng 19 Hình 13 Nguyên lý hoạt động 19 Hình 14 Nguyên lý làm việc cảm biến quang 20 Hinh Sơ đồ khối hệ thống 21 Hinh PLC Omron CP1H-X40DT-D 23 Hinh 3 Bộ quét mã barcode Keyence xg 7000 25 Hinh Loadcell BLC CAS 26 Hinh Bộ cộng tín hiệu 27 Hinh Đầu cân EX2005 28 Hinh Động servo SMARTSTEP Series 29 Hinh Cảm biến NPN - PZ-G41N 31 Hinh Động S6I06GB-V12 31 Hinh 10 Bộ nguồn SDR 240-24 33 Hinh 11 Màn hình HMI TOPRW0700WD 34 Hình Băng tải sau lắp ráp 37 Hình Nối dây động băng tải 38 Hình Dây dẫn loadcell 38 Hình 4 Dây dẫn loadcell nối đến cộng 39 Hình Kết nối dây từ cộng đến đầu cân EX2005 39 Hình Vị trí speed control EX2005 39 Hình Vị trí camera đèn 40 Hình Vị trí cảm biến phát vật 40 Hình Vị trí servo cố định băng tải 41 Hình 10 Kết nối servo đến driver 41 Hình 11 Kết nối tín hiệu đến Keyence 42 Hình 12 Bộ điều khiển PLC 42 Hình 13 Mơ hình hệ thống 43 Hình 14 Lưu đồ điều khiển 44 Hình 15 Giao diện phần mềm CX-Programmer 46 Hình Khối lượng mẫu Error! Bookmark not defined Hình Mã barcode mẫu Error! Bookmark not defined Hình Khối lượng mẫu 49 Hình Mã barcode mẫu 49 Hình 5 Vị trí set home servo 51 Hình Màn hình HMI khởi động 51 Hình Nhập mật hình 51 vii Hình Bảng excel 52 Hình Cảm biến S1 phát vật 52 Hình 10 Thực nghiệm 10 lần mẫu 53 Hình 11 Màn hình cân mẫu 53 Hình 12 Kết thực nghiệm mẫu 54 Hình 13 Màn hình cân mẫu 54 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng So sánh Loadcell 26 Bảng So sánh cộng tín hiệu loadcell 27 Bảng So sánh đầu cân 28 Bảng Yêu cầu nguồn điện hệ thống 32 Bảng u cầu cơng suất dự tính 32 Bảng So sánh nguồn 32 Bảng Danh sách phần cứng 37 Bảng Kết thực nghiệm mẫu 55 Bảng Kết thực nghiệm mẫu 56 Bảng 10 Kết thực nghiệm mẫu 56 ix TÓM TẮT Hệ thống quét mã barcode cân khối lượng sản phẩm nhóm thực đề tài gồm chức hệ thống quét mã đo trọng lượng, đáp ứng nhu cầu thực tiễn phân đoạn sản xuất đóng gói Hệ thống xây dựng dựa yêu cầu đóng gói cho sản phẩm bánh kẹo Các yêu cầu cho sản phẩm bao gồm khối lượng sản phẩm từ 500g đến 1kg, kích thước 10x6x5 Hệ thống gồm phân đoạn xử lí quét mã barcode cân trọng lượng sản phẩm Hai phân đoạn giúp chức hệ thống hồn thiện q trình đóng gói sản phẩm, đáp ứng nhu cầu người sử dụng, thuận tiện tăng suất xản xuất Hệ thống gồm chức sau: Hệ thống điều khiển on/off tay thơng qua nút nhấn hình HMI Khi sản phẩm đặt lên băng tải, tải trọng sản phẩm hiển thị đầu cân Băng tải hoạt động đưa sản phẩm qua camera quét mã qua cảm biến Khi qua camera, hình ảnh mã vạch sản phẩm chụp lại gửi đến Keyence phân tích thơng tin mã vạch Các thơng tin gửi đến PLC hiển thị HMI Sau trọng lượng sản phẩm lấy mẫu thu thập hiển thị HMI thông tin khác bảng excel Tiếp theo đó, qua cảm biến phát vật có tín hiệu phản hồi để điều khiển servo omron cho phép phân loại sản phẩm đạt chuẩn Đồng thời thông tin sản phẩm phân loại thu thập lại theo bảng Trên tổng quan toàn chức hệ thống nhóm thi cơng thực Các chức lựa chọn điều khiển dựa tiêu quét mã cân trọng lượng cho sản phẩm hộp sản phẩm đóng gói với thiết kế yêu cầu kể Hệ thống giúp người sử dụng tiết kiệm công sức đảm bảo hiệu sản xuất , đóng gói, xuất xưởng sản phẩm Nâng cao hiệu suất tối ưu hóa qui trình quản lí sản phẩm ix CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương Tổng quan 1.1 Đặt đề Ngày với phát triển kinh tế-xã hội, đời sống ngày nâng cao cải thiện Nhu cầu cung ứng thực phẩm ngày cao kéo theo phát triển thị trường sản xuất thực phẩm đặc biệt sản phẩm đóng gói ngũ cốc, bánh kẹo … Do đặt yêu cầu tiêu chuẩn đóng gói, đảm bảo tiêu chuẩn bảo vệ người tiêu dùng Theo số liệu “Bộ Công Thương Việt Nam” cho thấy kinh ngạch xuất nhập nước ta tháng đầu năm 2022 vượt mốc 500 tỉ đồng “ Cụ thể, tháng 9/2022, tổng kim ngạch xuất, nhập hàng hóa ước đạt 58,74 tỷ USD, giảm 11% so với tháng trước tăng 8,4% so với kỳ năm trước Tính chung tháng, tổng kim ngạch xuất, nhập hàng hóa vượt mốc 500 tỷ USD, ước đạt 558,52 tỷ USD, tăng 15,1% so với kỳ năm trước (cùng kỳ tăng 24,9%); đó, xuất tăng 17,3%; nhập tăng 13% Cán cân thương mại hàng hóa tháng 9/2022 ước tính xuất siêu 1,14 tỷ USD Tính chung tháng năm 2022, cán cân thương mại hàng hóa ước tính xuất siêu 6,52 tỷ USD (cùng kỳ năm trước nhập siêu 3,44 tỷ USD) Trong đó, khu vực kinh tế nước nhập siêu 22,89 tỷ USD; khu vực có vốn đầu tư nước ngồi (kể dầu thô) xuất siêu 29,41 tỷ USD.” Đây số tương đối lớn thị trường Việt Nam suốt 10 năm trở lại Bài báo cho thấy kinh ngạch ngành công nghiệp xuất chế biến ngành chủ lực đóng góp quan trọng đến tăng trưởng xuất nhập với kinh ngạch ước đạt 243 tỷ USD, tăng 17,4% so với kỳ năm trước chiếm 86% tổng kim ngạch xuất chung Do ta thấy yêu cầu ngành xuất chế biến gia tăng Vì yêu cầu sản xuất tiên tiến, gia tăng tốc độ, nâng cao hiệu suất chất lượng ngày trọng Việc gia tăng tốc độ sản xuất giúp cải thiện hiệu xuất, tiêt kiệm chi phí kinh doanh, chi phí nhân lực, chi phí lượng cho doanh nghiệp từ làm giảm giá trị sản phẩm tăng lợi nhuận Chính nhu cầu thực tiễn đó, em định làm đề tài “Hệ thống quét mã barcode cân khối lượng sản phẩm” Đề tài đáp ứng yêu cầu cân trọng lượng sản phẩm phương pháp cân động nhằm gia tăng tốc độ sản xuất, đồng thời đảm bảo xác trọng lượng sản phẩm 1.2 Mục tiêu Thiết kế hệ thống quét mã barcode dùng Keyence, tích hợp sẵn camera phân tích mã sản phẩm truyền tín hiệu phân tích tới PLC Omron Đồng thời thiết kế thi cơng hệ thống cân động với độ đảm bảo tiêu chuẩn đo lường theo Tổng Cục Đo Lường Chất Lượng – văn số 326- 2015 Kết phép xác định yêu cầu sản phẩm cần đáp ứng lượng thiếu cho phép hình 1.1 Dữ liệu sau cân động lưu trữ theo file excel hiển thị hình HMI Đồng thời sản phẩm ko đạt chuẩn loại bỏ sử dụng động servo BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TỔNG HỢP Sau nhấn nút nhấn “Next” hệ thống yêu cầu nhập mật ID người dùng hình HMI Điều cho phép phân quyền người sử dụng muốn truy cập hệ thống Hình 10 Bảng excel Sau nhập mật hình với nút nhấn bảng excel thu thập liệu Hai nút nhấn ON/OFF để điều khiển hệ thống bật tắt hoạt động, nút nhấn reset để reset liệu tổng sản phẩm, nút “return” để quay trở lại hình ban đầu Nhấn ON để bắt đầu khởi động hệ thống: Hình 11 Cảm biến S1 phát vật Sau nhấn ON cảm biến S1 phát vật, đèn báo cảm biến phát sáng Thực khảo sát với mẫu Tiến hành thực nghiệm với mẫu mười lần ta thu kết sau: BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TỔNG HỢP Hình 12 Thực nghiệm 10 lần mẫu Lần lượt thực nghiệm mẫu mười lần cho kết xác với tổng sản phẩm pass 10, mã sản phẩm “QR” 8935217407156, ca làm việc “CA” số 1, thời gian làm “Time” từ 7h đến 11h, ngày làm việc cập nhật theo thời gian thực, khối lượng sản phẩm yêu cầu “M chuan” khối lượng sản phẩm thực “M thuc” Đồng thời đầu cân EX2005 hiển thị khối lượng thực sản phẩm Hình 13 Màn hình cân mẫu Từ bảng kết thực nghiệm mẫu 1, thấy hệ thống qt mã xác với thông tin thiết kế ban đầu, mã barcode quét mã, khối lượng cân khối lượng yêu cầu với sai số cho phép BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 53 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TỔNG HỢP Thực khảo sát với mẫu Tương tự mẫu 1, ta tiến hành khảo sát mẫu mười lần sau: Hình 14 Kết thực nghiệm mẫu Khi thực khảo sát mẫu 2, liệu tổng hợp theo bảng liệu mẫu với thông tin cài đặt cho mẫu sau: mã barcode 893527362851, ca làm việc số 2, thời gian ca từ 11h đến 15h, “M chuan” 0.70 kg, “M thuc” dao động 0.69kg đến 0.71kg Kết cân hiển thị đầu cân EX2005: Hình 15 Màn hình cân mẫu Từ kết khảo sát mẫu mười lần cân, thấy khối lượng cân 0.70 kg, kết phép đo hệ thống tương đối xác đảm bảo sai số tiêu chuẩn