Thiết kế hệ thống đếm phân loại sản phẩm sử dụng plc

Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt trên cơ sở sử dụng các máy tự động, robot công nghiệp,… Tro

GIỚI THIỆU CHUNG

Tổng quan về hệ thống đếm và phân loại sản phẩm

Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm được chi phí

Hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong sản xuất tự động hàng hóa với số lượng lớn, giúp phân loại nhanh những sản phẩm đạt yêu cầu và những sản phẩm bị lỗi (phế phẩm) cũng như phân loại thành những nhóm có đặc điểm khác nhau phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau này

Trong các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, nhà máy sản xuất gạch ốp lát cho ngành xây dựng hay sản xuất các chi tiết cơ khí, linh kiện điện tử…, dòng sản phẩm được tạo ra sau hàng loạt những qui trình công nghệ cần được kiểm tra để đảm bảo loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản phẩm đạt chất lượng thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện thuận lợi cho quá trình lưu kho để phân phối ra thị trường hay phục vụ tốt hơn cho những công đoạn sản xuất tiếp theo Hơn nữa, nó còn có thể tích hợp thêm chức năng dãn nhãn, đếm và quản lý sản phẩm , giúp nâng chất lượng của sản phẩm và nâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất

Từ những yêu cầu thực tế đó mà hệ thống tự động phân loại sản phẩm đã sớm được hình thành và phát triển, trở thành một khâu quan trọng trong một hệ thống sản xuất tự động, để thực hiện chức năng kiểm tra, phân loại đảm bảo sự vận hành liên tục của dòng phôi liệu trong quá trình sản xuất tự động Đạt được mục tiêu nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm, làm chủ giá thành và chất lượng sản phẩm, tăng khả năng linh hoạt phát triển sản phẩm, thay đổi mẫu mã đáp ứng nhu cầu thị trường

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng

Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý sử dụng webcam để nhận dạng mã QR của sản phẩm trên băng tải và thông qua cơ cấu tay gắp phân loại sản phẩm sang các kho chứa khác nhau

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:

 Chuyển động của băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian

 Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng

Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý sử dụng webcam để nhận dạng mã QR của sản phẩm trên băng tải và thông qua cảm biến phân loại sản phẩm sang các kho chứa khác nhau

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:

 Chuyển động của băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian

Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:

Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn

 Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng

 Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa…

1.1.1 Giới thiếu một số nhà máy đếm và phân loại sản phẩm

 Nhà máy SAO MAI SOLUTION

Giải pháp kiểm tra và phân loại sản phẩm bằng camera (Camera Vision System) là một phần của Hệ thống kiểm tra ngoại quan, phát hiện lỗi sản phẩm để kiểm tra kiểm soát chất lượng sản phẩm, theo dõi quá trình sản xuất và hoàn thiện sản phẩm Hệ thống này có thể xử lý thuật toán phần mềm và phần cứng để tự động hóa các nhiêm vụ trực quan diễn ra trong quá trình xử lý Hệ thống được sử dụng cho nhu cầu kiểm tra ngày càng chi tiết và chính xác hơn, cùng với đó vẫn phải duy trì và nâng cao sản xuất Hệ thống này sẽ giúp tự động chụp ảnh sản phẩm và kiểm tra lỗi 100% trong quy trình sản xuất

Các vấn đề đặt ra

Mục tiêu đặt ra là thiết kế: Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng webcam để phát hiện mã QR code, có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

 Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa

 Vấn đề nhận biết sản phẩm: Phân tích hình ảnh từ camera để xử lý số liệu phân loại sản phẩm QR code

 Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động, dễ dàng vận hành

 Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.

Bài toán công nghệ trạm phân loại sản phẩm bằng mã QR code

- Giai đoạn 1: Cảm biến vật thể hồng ngoại 1 đầu băng tải phát hiện có sản phẩm, động cơ khởi động, băng tải chạy

- Giai đoạn 2: Khi sản phẩm chạy đến cảm biến vật thể hồng ngoại 2 phát hiện vật,tiếp tục chạy tới cảm biến vật thể hồng ngoại 3 phát hiện vật

- Giai đoạn 3: Camera quét mã QR code, mã QR code được nhận diện trên màn hình máy tính

- Giai đoạn 4: Pitong thực hiện đẩy vật tới vị trí xác định trước

QR Code (mã QR) là viết tắt của Quick response code (Tạm dịch: Mã phản hồi nhanh), hoặc có thể gọi là Mã vạch ma trận (Matrix-barcode) hay Mã vạch 2 chiều

(2D) Đây là một dạng thông tin được mã hóa để hiển thị sao cho máy có thể đọc được QR Code xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1994, được tạo ra bởi Denso Wave (công ty con của Toyota) QR Code cho phép quét và đọc mã nhanh hơn bằng các thiết bị như máy đọc mã vạch hoặc điện thoại có camera với ứng dụng cho phép quét mã, vô cùng tiện lợi cho người dùng

- Cấu tạo: Gồm nhiều hình vuông màu đen với nền trắng được sắp xếp trong một lưới hình vuông, trong đó một số ô dùng để cảm biến hình ảnh định vị (3 ô vuông lớn ở 3 góc), còn lại chứa thông tin định dạng, phiên bản, dữ liệu và mã sửa lỗi (ECC – phương pháp phát hiện và sửa lỗi xảy ra khi truyền dữ liệu)

Hình 1.1: Mô tả mã QR code

+ (1) Hoa văn định vị (Finder pattern): Các hoa văn định vị nằm ở 3 góc của mã

QR Mục đích của chúng là biểu thị hướng cho mã, giúp camera có thể xác định được phạm vi mã cũng như đọc thông tin ngay trong trường hợp mã bị biến dạng

+ (2) Thông tin định dạng (Format Information): Các mẫu định dạng có chức năng sửa lỗi, quyết định mức độ sửa lỗi của mã QR Để giúp cho việc cân bằng giữa các ô đen và trắng trên mã, chức năng Mask được thiết lập Dựa vào 8 loại nguyên tắc, các thông tin lưu trên mã QR vẫn đảm bảo sự toàn vẹn cũng như màu sắc của các ô đen trắng để bảo đảm sự cân bằng

+ (3) Vùng dữ liệu (Data): Chứa những dữ liệu thực tế

+ (4) Mô-đun (Module): Các ô đen mã QR chứa các đoạn mã nhị phân và mang giá trị là 1, các ô trắng có giá trị là 0 Tập hợp các ô chính là các thông tin lưu trữ vào mã QR

+ (5) Ký hiệu căn chỉnh (Alignment pattern): Giúp định hướng mã QR, có thể giải mã từ mọi góc độ Ngay cả khi mã đang ngược hoặc ở một góc khác, máy vẫn có thể đọc được mã một cách dễ dàng

+ (6) Mẫu thời gian (Timing pattern): Khi sử dụng mẫu này, máy quét có thể biết được độ lớn của ma trận dữ liệu

+ (7) Thông tin phiên bản (Version pattern): Chỉ định phiên bản của mã QR, được xác định bởi số lượng mô-đun Hiện tại, có tất cả 40 phiên bản từ 1 đến

40 Phiên bản 1 gồm 21 mô-đun, mỗi phiên bản tiếp theo sẽ tăng thêm 4 mô- đun cho đến khi đạt đến phiên bản 40 với tổng số 177 mô-đun Càng nhiều mô- đun bên trong mã QR, nó sẽ có nhiều dung lượng lưu trữ hơn Đối với mục đích tiếp thị, thường dũng mã QR với phiên bản từ 1 đến 7

+ (8) Vùng yên tĩnh (Quiet zone): Đây là không gian trống xung quanh mã, cho phép bộ đọc mã phân biệt mã QR với môi trường xung quanh

Cùng là mã vạch nhưng QR Code lại là phiên bản cải tiến của mã vạch truyền thống Mã vạch truyền thống là một dãy các vạch được xếp liền kề nhau, chỉ chứa được tối đa 20 ký tự số, trong khi đó thì mã QR có khả năng chứa tối đa

7.089 ký tự số và 4.296 ký tự chữ số Điều này cho phép lượng thông tin truyền tải sẽ nhiều hơn, hỗ trợ tốt hơn cho người dùng, đặc biệt là những doanh nghiệp kinh doanh muốn gửi thông điệp đến khách hàng của mình Không chỉ thế, nếu so về kích thước thì QR Code chiếm ít không gian hơn rất nhiều so với mã vạch truyền thống Nếu in trên sản phẩm hoặc danh thiếp thì sẽ nhỏ gọn và tăng tính thẩm mỹ hơn Một mã QR có thể chứa đựng một địa chỉ web (URL), các thông tin liên hệ của cá nhân hoặc doanh nghiệp như sản phẩm, địa chỉ email, số điện thoại, địa chỉ nhà, tin nhắn SMS,…Cũng tùy thuộc vào thiết bị đọc mã QR mà khi quét nó sẽ dẫn tới một trang web, gọi đến một số điện thoại, xem một tin nhắn,…

1.4.1 Mã vạch truyền thống với mã QR code

- Các mã vạch truyền thống có các đường vạch thẳng dài một chiều và chỉ có thể lưu giữ 20 số chữ số, trong khi các mã QR hai chiều có thể lưu giữ thông tin hàng ngàn ký tự chữ số Mã QR nắm giữ nhiều thông tin hơn và tính chất dễ dùng sẽ giúp ích rất nhiều cho doanh nghiệp nhỏ

Hình 2.2: Mã vạch truyền thống và mã QR code

1.5 Bài toán công nghệ đặt ra của trạm phân loại sản phẩm sử dụng

Bài toán đặt ra một số yêu cầu vận hành cơ bản mô phỏng hệ thống làm việc trong thực tế Khi nhấn start băng tải vận hành đưa các sản phẩm vào khu vực phân loại Tại khu vực phân loại bố trí webcam để nhận dạng mã QR code trên sản phẩm Ở chế độ trên giao diện Wincc người dùng thao tác điều khiển hoạt động thông qua nút nhấn trên giao diện wincc Ở chế độ START, khi nhận dạng được mã QR trên sản phẩm chương trình nhận dạng tự động gửi tín hiệu phân loại đến PLC để điều khiển cơ cấu phân loại Các trạng thái vận hành của hệ thống được giám sát trên giao diện Wincc Khi nhấn STOP hệ thống dừng hoạt động

1.6 Các thành phần của hệ thống phân loại

Băng tải (băng chuyền) là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp được cấu tạo từ hệ thống máy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng có khối lượng lớn vận từ điểm này sang điểm khác cách nhau một khoảng cách nào đó hoặc vận chuyển theo phương nghiêng, ngang Trong sản xuất băng tải có ý nghĩa rất quan trọng Nhờ sự xuất hiện của băng tải mà lượng vật liệu cũng như sản phẩm tong sản xuất được vận chuyển liên tục đảm bảo nhịp sản xuất, giúp giảm sức lao động và tiết kiệm chi phí nhân công

 Cấu tạo của băng tải bao gồm các thành phần chính như:

 Khung băng tải: thường được làm bằng một loại nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện, hoặc inox…

 Bộ điều khiển băng tải: PLC, biến tần, role, contactor…

 Con lăn đỡ/ con lăn bị động

 Con lăn kéo/ con lăn chủ động

 Động cơ giảm tốc: công suất từ 25W đến 2,2kW…

Hình 1.3: Cấu tạo của băng tải

 Nguyên lý hoạt động: Động cơ được gắn vào một đầu của băng tải thông qua bộ truyền chuyển động hoặc bắt trực tiếp với con lăn dẫn động Khi động cơ quay sẽ truyền chuyển động cho con lăn dẫn động và nhờ ma sát của bề mặt băng tải với con lăn sẽ làm cho băng tải chuyển động theo chiều chuyển động của con lăn

 Một số dạng băng tải trong thực tế:

Bài toán công nghệ đặt ra của trạm phân loại sản phẩm sử dụng QR code

Bài toán đặt ra một số yêu cầu vận hành cơ bản mô phỏng hệ thống làm việc trong thực tế Khi nhấn start băng tải vận hành đưa các sản phẩm vào khu vực phân loại Tại khu vực phân loại bố trí webcam để nhận dạng mã QR code trên sản phẩm Ở chế độ trên giao diện Wincc người dùng thao tác điều khiển hoạt động thông qua nút nhấn trên giao diện wincc Ở chế độ START, khi nhận dạng được mã QR trên sản phẩm chương trình nhận dạng tự động gửi tín hiệu phân loại đến PLC để điều khiển cơ cấu phân loại Các trạng thái vận hành của hệ thống được giám sát trên giao diện Wincc Khi nhấn STOP hệ thống dừng hoạt động.

Các thành phần của hệ thống phân loại

Băng tải (băng chuyền) là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp được cấu tạo từ hệ thống máy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng có khối lượng lớn vận từ điểm này sang điểm khác cách nhau một khoảng cách nào đó hoặc vận chuyển theo phương nghiêng, ngang Trong sản xuất băng tải có ý nghĩa rất quan trọng Nhờ sự xuất hiện của băng tải mà lượng vật liệu cũng như sản phẩm tong sản xuất được vận chuyển liên tục đảm bảo nhịp sản xuất, giúp giảm sức lao động và tiết kiệm chi phí nhân công

 Cấu tạo của băng tải bao gồm các thành phần chính như:

 Khung băng tải: thường được làm bằng một loại nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện, hoặc inox…

 Bộ điều khiển băng tải: PLC, biến tần, role, contactor…

 Con lăn đỡ/ con lăn bị động

 Con lăn kéo/ con lăn chủ động

 Động cơ giảm tốc: công suất từ 25W đến 2,2kW…

Hình 1.3: Cấu tạo của băng tải

 Nguyên lý hoạt động: Động cơ được gắn vào một đầu của băng tải thông qua bộ truyền chuyển động hoặc bắt trực tiếp với con lăn dẫn động Khi động cơ quay sẽ truyền chuyển động cho con lăn dẫn động và nhờ ma sát của bề mặt băng tải với con lăn sẽ làm cho băng tải chuyển động theo chiều chuyển động của con lăn

 Một số dạng băng tải trong thực tế:

Băng tải cao su: Hệ thống băng tải cao su hình dưới là một hệ thống vận chuyển nguyên liệu mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất với các hệ thống cùng chức năng Hệ thống vận chuyển bằng băng tải cao su này có thể lắp đặt được ở mọi địa hình

Hình 1.4:Băng tải cao su Băng tải xích: Băng tải xích chủ yếu được dùng để vận chuyển tải nặng, sử dụng trong các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệp ôtô thường dùng những băng tải truyền xích để chuyền tải phụ tùng xe hơi qua các nhà máy sơn

- Tổng quan sơ lượt về hệ thống đếm phân loại sản phẩm

- Giới thiệu chung về mã QR code

- Giới thiệu về băng tải

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG MÃ QRCODE

Thiết kế hệ thống cơ khí

2.1.1 Tổng quan về hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

 Hệ thống cảm biến hồng ngoại quang NPN : Dùng để phát hiện vật

 Hệ thống truyền động(động cơ DC) : Di chuyển vật trên băng tải

 Bộ điều khiển trung tâm : Dùng PLC và toàn bộ hệ thống

 Hệ thống camera : Dùng để quét mã QR code

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi cảm biến phát hiện vật thì pitong đẩy vật ra băng tải.Băng tải đưa vật qua camera,camera thu hình ảnh và pycharm sẽ xử lý mã QRCODE,và gửi dữ liệu sang PLC.Khi vật đến cảm biến mã 1,nếu vật là mã “123456” thì pittong mã 1 sẽ đẩy vật, còn vật không phải thì băng tải đưa vật đến cảm biến mã 2 phát hiện vật.Nếu vật là mã “99999”thì pittong mã 2 sẽ đẩy vật,còn lại vật không phải thì băng tải đưa vật đến cuối hành trình.

Lựa chọn thiết bị

- Đường kính trục vít: 6 mm

- Áp suất hoạt động: 0,15-1MPA

- Chất liệu: hợp kim nhôm

- Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động

- Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng

- Thiết kế đảo chiều dễ dàng

- Mức độ an toàn không cao khi vận hành

- Hiệu suất không cao do sự rò rỉ khí

2.2.2 Ta chọn động cơ DC giảm tốc có chổi than GA25 24VD

Hình 2.3:Động cơ DC giảm tốc

- Khoảng điện áp sử dụng: 6-24Vdc

- Điện áp chỉ định: 12VDC

- Đường kính động cơ: 25mm

- Dễ dàng thay đổi tốc độ của động cơ

-Chịu được quá tải cao

-Kéo đươc tải nặng khi khởi động so có moment xoắn lớn

-Độ bền tương đối cao

-Do có cơ cấu tạo cổ góp nên khi hoạt động phát ra tiếng ồn

-Cổ góp phải được thay đổi thường xuyên

-Ma-sat trong qua trình vận hành dễ mài mòn

-Ngoài ra cổ góp ngày trong quá trình hoạt động phát sinh ra tia lửa điện nên không dùng được trong môi trường dễ cháy nổ

2.2.3 Lựa chọn PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC

Bộ nhớ làm việc 75 KB; Cấp nguồn 24VDC với DI14 x 24VDC, DQ10 x 24VDC và AI2 trên board; 6 bộ đếm tốc độ cao và 4 đầu ra xung; bảng tín hiệu mở rộng I/O trên bo mạch; lên đến 3 module truyền thông để liên lạc nối tiếp; lên đến 8 module tín hiệu để mở rộng I/O; 0,04 ms/1000 instruction; Giao diện PROFINET để lập trình, giao tiếp HMI và PLC- PLC

Hình 2.4: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

- Dòng sản phẩm : SIMATIC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC

- Tích hợp đầu vào số: 14 DI 24V DC

-Tích hợp đầu ra: 10 DO 24V DC

-Tích hợp đầu vào tương tự: 2AI 0-10V DC

-Nguồn cung cấp: DC 20.428.8V DC

-Bộ nhớ chương trình dữ liệu: 100KB

2.2.4 Lựa chọn nguồn cấp DC 24V-10V

Có dòng điện và điện áp cố định.Điện áp ra là 3V , 5V hoặc 12V,24V và không thể điều chỉnh theo ý muốn

Hình 2.5: Nguồn cấp điện DC 24V-10A

- Điện áp ngõ vào : 110/220V AC

2.2.5 Lựa chọn cảm biến vật thể hồng ngoại quang

Cảm biến hồng ngoại là thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh.Cảm biến hồng ngoại sẽ hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại(IR).Bằng cách dùng LED tạo ra ánh sáng có bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm

Hình 2.6: Cảm biến vật thể hồng ngoại quang NPN E3F-DS30C4 (6-36V)

- Kích thước đường kính ngoài : 18mm (mm)

- Khoảng cách phát hiện: 10-30 cm có thể điều chỉnh

- Điện áp làm việc : DC 6-36VDC

2.2.6 Lựa chọn Camera Đối với một hệ thống xử ảnh thì camera được xem như là con mắt của hệ thống Để cho hệ thống nhận diện được đúng màu sắc nhận dạng sản phẩm và độ phân giải ảnh đúng yêu cầu đề ra thì em đã chọn Webcam

Dahua Z2+ trong đề tài nghiên cứu này

- Kích thước (dài *rộng*cao) :12 * 10 * 10(nm)

- Tỉ lệ khung hình : 30 fps

- Độ phân giải hình ảnh :10MP

Nút nhấn nhả LA38-203 thường được sử dụng nhiều trong các thiết kế tủ điện khiển công nghiệp Nó có chức năng nhấn giữ để đóng tín hiệu hoặc nguồn và có mục đích điều khiển các thiết bị kiểm soát bằng tay Ở đề tài này nhóm sử dụng nút nhấn trong việc bật tắt và reset hệ thống

Module LA 38/203-209B tự giữ Điện áp cách điện 415V

Dòng điện tới hạn 10A Điện trở tiếp xúc ≤ 50 𝑚

1 tiếp điển thường đóng, một tiếp điểm thường mở

Nút dừng khẩn cấp là loại nút nhấn có thiết kế đầu nút lớn giống hình tán nấm,trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động dễ dàng,thân màu vàng,đầu nút nhấn có màu đỏ dễ dàng nhận biết và khi bị tác động thì nút dừng khẩn cấp duy trùy trạng thái.Muốn trở lại ban đầu thì xoay đầu nút nhấn

Hình 2.9:Nút dừng khẩn cấp

- Tiếp điểm bạc dày , chất lượng tốt

Rơ le trung gian là một mạch điện tử,chức năng tương tự với công tắc điện trong nhà dạng ON/OFF.Rơ le trung gian đóng vai trò truyển tải điện ,chuyển tính hiệu từ thiết bị có công suất nhỏ sang thiệt bị công suất cao hơn

Hình 2.10:rơle Thông số kỹ thuật

-Cuộn dây điện áp: 110 v220VAC 12 V 24VDC

-Vật liệu: Nhựa ,kim loại

2.2.10 Lựa chọn van điện từ

Van điện từ khí nén dùng để điều khiển 3 xylanh bao gồm: xylanh 1 đẩy vật phẩm vào bằng tải, 2 xylanh còn lại để đẩy vật phẩm mang mã QR

Van 5/2 là một loại van đảo chiều điều khiển xi lanh tác dụng kép, động cơ Van khí nén 5/2 điện từ là các van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp qua van phụ trợ được sử dụng rộng rãi cho điều khiển đảo chiều xilanh lép, động cơ

Kích thước 15mm – 22mm Điện áp hoạt động 24VDC

Hãng sản xuất AIRTAC (Đài Loan)

Kích thước cổng xả 1/8" (ren 9.6) Áp suất hoạt động 0.15 - 0.8 MPa

Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)

2.2.11 Vẽ sơ đồ mạch điều khiển,nối dây và mạch động lực

Hình 2.12: Sơ đồ mạch điều khiển,nối dây và mạch động lực

1) Lưu đồ camera sử lý mã QR

- Khi nhấn nút START vật di chuyển tới camera,camera thực hiện thu hình ảnh và quét mã QR code nếu quét đúng là mã 123456 thì sẽ gửi dữ liệu sang

PlC,nếu trường hợp không phải là mã 123456 nó sẽ quay về và thực hiện quét lại.Tương tự như mã 99999 và 55555 đều thực hiện như vậy.

2) lưu đồ cảm biến phát hiện đẩy vật

Hình 2.14: Lưu đồ cảm biến

2.2.13 Xây dựng chương trình giám sát trên Wincc

Toàn bộ hệ thống được mô phỏng và giám sát trên phần mềm Wincc

WinCC là phần mềm tích hợp giao diện người – máy HMI đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng Dưới hình 2.15 là hệ thống đang dừng

Hình 2.15 Thiệt lập giao diện home trong Wincc (hệ thống đang dừng)

Trong giao diện home của phần mềm để chuyển sang giao diện vận hành ta kích vào START Phần mềm giám sát sẽ hoạt động như hình như bên dưới ( Hình 2.16)

Phía dưới chính là các chế độ vận hành để giám sát quá trình hoạt động của hệ thống

Hình 2.16 Hệ thống hoạt động

Hệ thống hoạt động cảm biến 1 phát hiện vật băng tải chạy qua camera phát hiện vận thể 1 thực hiện quét mã (mã 123456)

Hình 2.17 phát hiện vật thể 1 Sau khi quét mã băng tải chạy tới cảm biến1 mã QR 1(123456) phát hiện vật và pittong thực hiện đẩy mã QR(123456)

Hình 2.18 đẩy vật thể 1 Camera nhận diện vật băng tải chạy tới cảm biến biến 2 cảm biến phát hiện mã QR(99999) phát hiện vật ,pittong đẩy vật

Hình 2.19 vật thể 2 Camera phát hiện mã QR(55555) hệ thống cho vật chạy hết băng tải

2.2.13 Lắp ráp, chế tạo a) Lắp ráp phần điện

Modun b) Lắp ráp hệ thống băng tải

Hình 2.22 Băng tải c) Lắp ráp hệ thống camera

Hình 2.23 camera usb d) Lắp ráp hệ thống khí nén

Hình 2.24 hệ thống khí nén

Hình 2.25 hệ thống khí nén e) Lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống

Hình 2.26 mô hình hoàn chỉnh

- Vẽ lưu đồ thuật toán

- Vẽ sơ đồ nối dây

- Xây dựng chương trình giám sát trên WINCC

2.2.14 Bảng phân công vào,ra

Hình 2.27 Bảng phần đầu vào

Hình 2.28 Bảng phân công đầu ra

KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM

Mô tả môi trường thử nghiệm

 Em thực hiện thử nghiệm tại phòng lad Trường Đại Học Duy Tân

 Em sử dụng đồng hồ vạn năng để do đạt và thí nghiệm mô hình

 Dựa vào sơ đồ thiết kế và kết quả mô phỏng thu được trên phần mềm WINCC

Từ đó em bắt đầu chọn các linh kiện phù hợp với yêu cầu của mô hình đếm phân loại sản phẩm.

Thử nghiệm mạch điện

Hình 3.1: Bộ điều khiển PLC

Bảng 3.1: Kết quả đo bộ điều khiển PLC

Lần đo Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Lần 8 Lần 9 Lần 10 Đầu vào 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V Đầu ra 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V

Bộ điều khiển PLC hoạt động ổn định với điện áp 24V

Hình 3.2: Cảm biến Bảng 3.2: Kết quả đo cảm biến Cảm biến 1 Cảm biến 2 Cảm biến 3

Lần 1 ổn định ổn định ổn định

.Lần 6 ổn định ổn định ổn định

Cảm biến hoạt động ổn định sau 10 lần thí nghiệm với điện áp 24V

Hình 3.3: Nguồn tổ ong Bảng 3.2: Kết quả đo nguồn tổ ong

Lần đo Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Lần 8 Lần 9 Lần 10 Đầu vào 220V 220V 220V 220V 220V 220V 220V 220V 220V 220V Đầu ra 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V 24V Điện áp đầu vào,đầu ra hoạt động ổn định

Hình 3.4: Rơ le trung gian

Bảng 3.3: Kết quả đo rơ le trung gian

Rơ le 1 Rơ le 2 Rơ le 3 Rơ le 4

Lần 1 ổn định ổn định ổn định ổn định

.Lần 6 ổn định ổn định ổn định ổn định

Rơ le trung gian hoạt động ổn định sau 10 lần thí nghiệm với điện áp 24V.

Thử nghiệm thực tế

Hình 3.5: Chạy không sản phẩm

Bảng 3.4: Cho chạy không sản phẩm

Lần Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6 Lần 7 Lần 8 Lần 9 Lần 10 Thời gian

1 phút 1 phút 1 phút 1 phút 1 phút 1 phút 1 phút 1 phút 1 phút 1 phút

2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng 2 vòng

Thử toàn hệ thống

Hình 3.6: Chạy có sản phẩm

- Trong 1 phút băng chuyền đếm được 4 sản phẩm

- Khoảng cách các sản phẩm là 70cm

- Băng tải chạy ổn định

- Khoảng cách các sản phẩm là 50 cm

- Khoảng cách các sản phẩm là 30cm

Hình 3.7: Chạy 3 sản phẩm Bảng 3.8: Kết quả phân loại

Loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại 3 loại

 Trong 1 phút băng chuyền phân loại được 3 loại

- Khoảng cách phân loại các sản phẩm mã 55555 là 70 cm

- Đo nguồn và kiểm tra kết quả thực tế của mô hình

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Trong thời gian 3 tháng hoàn thiện đồ án, được sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn PGS.TS.Hà Đắc Bình và các thầy, cô trong khoa em đã đạt được một số kết quả nhất định trong việc áp dụng các kiến thức đã học tại trường lớp vào giải quyết vấn đề thực tế Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong việc viết code , và thiết kế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Em rất mong có được sự góp ý từ phía thầy, cô để hoàn thiện hơn đề tài của em

+ Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài, em đã thiết kế và mô phỏng “

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐẾM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC

”, đã đạt được những mục tiêu lúc đầu đề ra:

- Hệ thống hoạt động ổn định đúng so với mô phỏng trên phần mềm Wincc

- Hệ thống xilanh khí nén hoạt động đẩy vật tốt

- Cảm biến nhận dạng vật phẫm đi qua ổn định

- Sử dụng phần mềm TIA Portal V16 để lập trình điều khiển hệ thống cũng như mô phỏng điều khiển giám sát trên giao diện màn hình chính wincc ổn định

- Hiểu được đặc điểm và cách thực hiện một chương trình điều khiển bằng PLC

- Phần đếm sản phẩm trên giao diện wincc ổn định

- Hiểu được cách hoạt động của đồng cơ DC,xilanh,cảm biến,nguồn tổ ong

- Tìm hiểu được cách tạo được mã QRcode

- Do lần đầu tham gia vào quá trình thiết kế chế tạo, chưa có kinh nghiệm nên phần hệ thống còn khá sơ sài

- Camera nhận diện hơi kém

- Chưa có thùng để đựng vật phẫm

- Năng xuất hoạt động của hệ thống chưa cao

- Tốc độ xử lý còn chậm, hệ thống ảnh chưa đáp ứng được ánh sáng tốt nhất, nếu trời tối sẽ gặp khó khăn trong việc nhận dạng mã Qrcode

- Khi bỏ nhiều vật cùng lúc thì hệ thống hoạt động không ổn định

 Hướng phát triển trong tương lai

- Nghiên cứu thêm về ngôn ngữ lập trình Python giúp khả năng nhận dạng và xử lý mã Qrcode được đa dạng hơn

- Xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh sẽ cấp phôi tự động; nhận diện, phân loại sản phẩm và đóng thùng

- Cải tiến thêm các chức năng như phân loại theo chiều cao, khối lượng và nhận diện các sản phẩm bị lỗi bằng mã Qrcode

- Sử dụng camera với độ phân giải tốt hơn, nhanh hơn.

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Đếm Phân Loại Sản Phẩm Sử Dụng PLC
Tác giả	Trần Văn Minh Vũ
Người hướng dẫn	PGS TS: Hà Đắc Bình
Trường học	Trường Đại Học Duy Tân
Chuyên ngành	Điện Tự Động
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	3,1 MB