Báo cáo cuối kỳ đề tài hệ thống cắt sản phẩm cnc, lắp ráp, đóng gói và lưu kho tự động

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GVHD: NGUYỄN TẤN ĐỜICHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG1.1 Giới thiệu tổng quan:Tự động hóa hay Điều khiển tự động mô tả một loạt các công nghệ làm giảm sự can th

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

Giới thiệu tổng quan

Tự động hóa hay Điều khiển tự động mô tả một loạt các công nghệ làm giảm sự can thiệp của con người vào các quy trình Sự can thiệp của con người được giảm thiểu bằng cách xác định trước các tiêu chí quyết định, các mối quan hệ của quy trình phụ và các hành động liên quan - và thể hiện những xác định trước đó trong máy móc Tự động hóa, bao gồm việc sử dụng các hệ thống điều khiển khác nhau để vận hành thiết bị như máy móc, quy trình trong nhà máy, nồi hơi và lò xử lý nhiệt, chuyển đổi trên mạng điện thoại, lái và ổn định tàu thủy, máy bay, và các ứng dụng và phương tiện khác với sức người sự can thiệp Tự động hóa bao gồm các ứng dụng khác nhau, từ bộ điều nhiệt gia dụng điều khiển lò hơi, đến hệ thống điều khiển công nghiệp lớn với hàng chục nghìn phép đo đầu vào và tín hiệu điều khiển đầu ra Về độ phức tạp của điều khiển, nó có thể bao gồm từ điều khiển bật-tắt đơn giản đến các thuật toán cấp cao đa biến.

Tự động hóa là sự kết hợp nhiều ngành khác nhau bao gồm các thiết bị cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính Các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như các nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thủy thường sử dụng tất cả các kỹ thuật kết hợp này Lợi ích của tự động hóa bao gồm tiết kiệm lao động, giảm lãng phí, tiết kiệm chi phí điện, tiết kiệm chi phí vật liệu và cải tiến chất lượng và độ chính xác Báo cáo “ Phát triển Thế giới năm

2019 của Ngân hàng Thế giới ” cho thấy bằng chứng rằng các ngành công nghiệp và việc làm mới trong lĩnh vực công nghệ lớn hơn tác động kinh tế của việc lao động bị thay thế bởi tự động hóa Vì vậy nhóm 12 chúng em đã thực hiện đề tài “Hệ thống sản phẩm cắt sản phẩm bằng CNC, lắp ráp, đóng gói và lưu kho tự động”.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GVHD: NGUYỄN TẤN ĐỜI

Hình 1 1 Tổng quan về ngành công nghiệp tự động hóa

Mô tả các thành phần có trong hệ thống

Do sự gia tăng của thương mại điện tử và quá trình thực hiện đơn hàng đa kênh, việc phân loại hàng hóa đã trở thành một phần quan trọng và đòi hỏi quy trình đơn giản và nhanh chóng trong ngữ cảnh của báo cáo Các tổ chức như nhà kho, trung tâm phân phối và doanh nghiệp bán lẻ đều đang nỗ lực tối ưu hóa các quy trình của họ để phân loại và xử lý hiệu quả mọi loại hàng hóa Bất kỳ sự không hiệu quả nào trong quá trình này có thể dẫn đến lãng phí thời gian và nỗ lực, đồng thời gây tổn thất lợi nhuận.

Việc sử dụng các hệ thống phân loại mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là trong việc tăng cường công suất so với phương pháp phân loại thủ công Với thiết kế thông minh, các hệ thống này đem lại nhiều ưu điểm cho hoạt động kinh doanh, bao gồm khả năng linh hoạt trong quản lý cấu hình liên quan đến tốc độ vận chuyển và nhận dạng sản phẩm, độ chính xác cao nhờ tính năng định vị tự động và mô hình xã hàng phù hợp với từng loại sản phẩm cụ thể Chúng cũng có khả năng xử lý linh hoạt với các loại hàng hóa đặc biệt như hàng dễ vỡ và hỗ trợ chức năng vận chuyển kép cho nhiều gói hàng, tăng cường hiệu suất trong quá trình sắp xếp

Hình 1 2 Phạm vi ứng dụng của mô hình đóng gói tự động

Sự xuất hiện của các loại máy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi diện mạo của sản xuất công nghiệp Cắt cnc kim loại có thể gia công được các chi tiết có hoa văn từ đơn giản đến phức tạp.

Không những thế, nó có thể cắt được cả các đường cong và đường thẳng, các cấu trúc phức tạp ba chiều cũng dễ dàng thực hiện Nhờ ứng dụng công nghệ cắt cnc này đã giúp giảm thiểu một khối lượng công việc lớn do con người thao tác.

Gia công bằng phương pháp cắt cnc không những cắt được những vật liệu kim loại cứng như sắt, thép, đồng, nhôm và inox mà nó còn có thể ứng dụng trong gia công các vật liệu phi kim như mica, gỗ, nhựa… Sự kết hợp tự động hóa trong quá trình sản xuất của máy cắt CNC tạo nên sự phát triển đáng kể về độ chính xác và chất lượng sản phẩm được tạo ra Độ chính xác cực cao, dễ dàng thực hiện việc cắt khắc các họa tiết phức tạp đòi hỏi sự khéo léo và sự chính xác cực cao, giảm thiểu đáng kể sức lao động của con người với tính năng tự động hóa trong sản xuất cường độ cao, sản phẩm ít bị lỗi, giá thành sản phẩm thấp.

Hình 1 3 Dây chuyền cắt sản phẩm của VinFast

Dây chuyền lắp ráp là một quy trình sản xuất phân chia lao động bằng cách chia nhỏ quá trình sản xuất một sản phẩm thành các bước nối tiếp nhau được hoàn thành theo một trình tự được xác định trước Dây chuyền lắp ráp đã thay đổi mạnh mẽ cách thức sản xuất hàng hóa Trước khi được giới thiệu, công nhân sẽ lắp ráp một sản phẩm hoặc một phần lớn của sản phẩm tại chỗ, thường với một công nhân hoàn thành tất cả các nhiệm vụ liên quan đến việc tạo ra sản phẩm Mặt khác, dây chuyền lắp ráp có công nhân (hoặc máy móc) hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể trên sản phẩm khi nó tiếp tục đi dọc theo dây chuyền sản xuất thay vì hoàn thành một loạt nhiệm vụ Điều này làm tăng hiệu quả bằng cách tối đa hóa số lượng một công nhân có thể sản xuất so với chi phí lao động.

Các loại dây chuyền lắp ráp thường được điều chỉnh cho phù hợp với các sản phẩm đang được sản xuất được chia thành các loại sau: Dây chuyền lắp ráp tự động hóa là dây chuyền thay vì con người, các dây chuyền lắp ráp này chủ yếu được vận hành bởi và với sự hỗ trợ của lao động là máy móc, phần lớn các dây chuyền lắp ráp được tự động hóa Dây chuyền cổ điển là dây chuyền lắp ráp cổ điển sử dụng một loạt các bước và các cá nhân khác nhau để tạo ra một sản phẩm, chẳng hạn như ô tô.

Dây chuyền không liên tục là loại dây chuyền lắp ráp này tạo ra các sản phẩm tương tự nhưng không giống hệt nhau.

Hình 1 4 Phạm vi của quá trình lắp ráp trong công nghiệp

Lưu kho có thể được coi là một hệ thống lưu trữ hàng hóa một cách an toàn Tại các kho hàng, hàng hóa sẽ được sắp xếp cẩn thận dựa theo từng loại để dễ dàng bảo quản hơn Bên cạnh đó, hàng hóa sẽ được lưu trữ thông tin trong hệ thống quản lý của kho để có thể dễ dàng tìm kiếm cũng như xử lý khi có bất kỳ vấn đề gì xảy ra Hệ thống quản lý, lưu trữ hàng thông minh là một hệ thống tự động hoàn toàn, sử dụng khung kệ chứa hàng, robot sắp xếp và lấy hàng tự động, các băng tải để chuyển hàng hóa sang các dây chuyền đóng gói tự động và đặc biệt là sử dụng phần mềm IT để điều khiển và lưu trữ thông tin Các hoạt động trong kho như đặt hàng, xuất nhập hàng hoặc lấy thông tin đều có thể lấy trực tiếp từ phần mềm điều hành thực hiện các giao dịch mà không cần giấy tờ mà không cần qua thủ kho thông thường, các hoạt động đều được ghi lại một cách tự động để truy vấn khi cần.

Hình 1 5 Hệ thống lưu kho và truy xuất tự động

Hình vẽ 3D mô tả hệ thống

Hình 1 6 Hình vẽ 3D mô tả hệ thống trên Factory IO

THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG

Qui trình vận hành hệ thống

Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2 2 Lưu đồ tổng quát của hệ thống

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG GVHD: NGUYỄN TẤN ĐỜI

Thiết kế sơ đồ các khối chức năng

Hình 1 Lưu đồ khâu gia công -Cần một băng tải vận chuyển sản phẩm thô, có thể chạy hoặc dừng tự động theo tín hiệu máy gia công.

- Một máy gia công tự động, phát hiện sản phẩm thô vào khu vực và có chế độ báo trạng thái làm việc.

- Phát hiện sản phẩm bị kẹt ở đầu vào khu vực gia công và cho dừng hệ thống.

Hình 2 Lưu đồ khâu lắp ráp

-Cần có chức năng vận chuyển tự động chi tiết đế (sản phẩm sau gia công) và chi tiết nắp ( lắp ráp vào mặt đế) Dùng 2 băng tải để vận chuyển và có thể chạy, dừng theo tín hiệu cảm biến và tay gắp lắp ráp.

- Tự động phát hiện sản phẩm sau gia công và tới vị trí lắp ráp nhờ cảm biến.

- Cố định vị trí của 2 loại chi tiết nhờ tay gạt một cách tự động theo tín hiệu cảm biến Cùng với đó là khả năng nâng tay gạt tự động để thả sản phẩm sau lắp ráp theo tín hiệu tay gắp 2 trục.

- Cần một tay gắp 2 trục tự động để lắp ráp chi tiết nắp vào chi tiết đế sau khi nhận tín hiệu từ tay gạt.

Hình 3 Khâu đóng thùng -Một băng tải vận chuyển sản phẩm sau lắp ráp có thể dừng và chạy tự động theo tín hiệu cảm biến và tay gắp

- Tự động phát hiện sản phẩm sau lắp ráp và tới vị trị tay gắp nhờ cảm biến.

- Bộ đếm sản phẩm theo tín hiệu cảm biến.

- Một tay gắp tự động gắp sản phẩm bỏ vào thùng theo tín hiệu cảm biến.

-Hai băng tải vận chuyển thùng hàng tự động theo tín hiệu bộ đếm và cảm biến.

- Tự động phát hiện thùng hàng đến vị trí kho nhờ cảm biến.

- Bộ đếm đếm thùng hàng theo tín hiệu cảm biến để xếp vào kho theo vị trí.

- Một cần cẩu xếp hàng tự động nhờ tín hiệu cảm biến.

2.1 Qui trình vận hành hệ thống:

Hình 5 Sơ đồ tổng quát hệ thống

Hình 6 Lưu đồ thuật toán hệ thống

- Hệ thống cần những chức năng:

+ Tự động phát hiện sản phẩm thô, sản phẩm sau gia công, sản phẩm sau lắp ráp và thùng hàng.

+ Tự động gia công, lắp ráp, bỏ sản phẩm vào thùng và lưu kho.

+ Phát hiện lỗi và dừng hệ thống

Chọn thiết bị cho các khối

* Các thiết bị cần thiết cho hệ thống:

SIMATIC S7-1200, CPU 1211C, DC/DC/DC (6ES7211-1AE40-0XB0):

Hình 2 13 Two-Axis Pick & Place

- Chức năng của cánh tay này là để di chuyển các vật bằng

Bảng 6 Số liệu Two-Axis Pick & Place trong Factory IO

X-axis stroke 1.125m Arm and picker speed 2m/ s Z-axis stroke 0.625m Z-axis rotate (arm and gripper)

Băng tải hạng nặng, chủ yếu được sử dụng để hỗ trợ cần cầu nâng hàng xếp/dỡ hàng hóa vào kho Có thể được điều khiển bằng các giá trị digital(kỹ thuật số) hoặc analog(tương tự) Bán kính cuộn: 0,046 m Tốc độ truyền tải tối đa: 0,45 m/s (kỹ thuật số); 0,8 m/s (tương tự).

Hệ thống cần những chức năng:

- Tự động phát hiện sản phẩm thô, sản phẩm sau gia công, sản phẩm sau lắp ráp và thùng hàng

- Tự động gia công, lắp ráp, bỏ sản phẩm vào thùng và lưu kho

- Phát hiện lỗi và dừng hệ thống

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG GVHD: NGUYỄN TẤN ĐỜI Đi vào chi tiết từng khối:

- Diffuse Sensor: Cảm biến quang khuếch tán.

- Belt Conveyor: băng tải dây đai.

- Machining Center: Trung tâm gia công đứng.

- Arm Robot: Cánh tay robot.

=> Khối này có nhiệm vụ là cắt, tỉa, gia công phần sản phẩm thô, để tạo ra các thành phần của sản phẩm.

- Right Positioner: Định vị bên phải

- Two-Axis Pick & Place: Máy gắp 2 trục.

=> Khối này có nhiệm vụ lắp ráp các thành phần rời, để tạo ra sản phẩm cuối cùng.

- Two-Axis Pick & Place: Máy gắp 2 trục.

- Stackable Box: Hộp có thể xếp chồng lên nhau.

=> Khối này có nhiệm vụ là bỏ vào thùng đúng số lượng sản phẩm đã đặt trước.

- Stacker Crane: Cần cẩu nâng hạ.

- Roller Conveyor: Băng tải con lăn.

- Loading Conveyor: băng tải dây đai.

=> Khối này có nhiệm vụ là đưa các thùng đã được đóng gói ở khâu 3 vào kho.

Sơ đồ nối dây thiết bị

2.4.1 Các module mở rộng chân:

CPU 1211C DC/DC/DC của PLC S7-1200:

6ES7211-1AE40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC:

Hình 2 15 6ES7211-1AE40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC

Module mở rộng chân OUT(16 OUT):

6ES7222-1BH32-0XB0 – Module S7-1200 Digital Output SM 1222 16 DO:

Hình 2 16 6ES7222-1BH32-0XB0 – Module S7-1200 Digital Output SM 1222 16 DO

Hình 2 17 6ES7222-1BH32-0XB0 – Module S7-1200 Digital Output SM 1222 16 DO

Module mở rộng chân IN (16 IN ):

6ES7221-1BH32-0XB0 – Module S7-1200 Digital Input SM 1221 16DI.

Hình 2 18 6ES7221-1BH32-0XB0 – Module S7-1200 Digital Input SM 1221 16DI

Module mở rộng chân IN (8 IN ):

Hình 2 19 6ES7221-1BF32-0XB0 – Module S7-1200 Digital input SM 1221 8DI

Hình 2 20 Mạch động lực băng tải dây đai

Hình 2 21 Mạch động lực băng tải con lăn

Hình 2 22 Mạch động lực băng tải tải

Hình 2 23 Mạch khí nén của 2 tay gắp

Hình 2 24 Mạch khí nén của 2 tay gạt

THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẢO

Giới thiệu về Factory I/O

Factory IO là phần mềm mô phỏng hệ thống 3D rất trực quan và hiện đại Hỗ trợ mô phỏng Process chuyên nghiệp với nhiều hãng PLC, thư viện đa dạng sát thực tế Có nhiều ứng dụng đã mô phỏng khá sát thực với phần mềm này trước khi áp dụng thực tế Đem lại hiệu quả cao, thỏa mãn trải nghiệm trong công việc.

Factory IO được thiết kế sẵn 20 mô hình dựa theo các ứng dụng công nghiệp Các hệ thống, đối tượng trong Factory IO thường được cung cấp sẵn trong thư viện Factory IO để thiết kế dây chuyền, hệ thống theo nhu cầu riêng của người dùng Các thư viện này có thể được thấy khi mở phần mềm Factory IO lên ở góc bên phải gồm các thư viện như băng tải nặng, băng tải nhẹ, cảm biến… Có lựa chọn nhóm thiết bị rồi kéo thả là có thể lắp ghép mô hình dễ dàng.

- Thư viện gồm hầu hết các đồ dùng công nghiệp: Tạo một nhà máy ảo bằng cách sử dụng các bộ phận công nghiệp có sẵn ở thư viện, bao gồm cảm biến, băng tải, thang máy, nhà ga và nhiều bộ phận khác.

- Xây dựng 3D Việc xây dựng khung cảnh 3D trở nên dễ dàng mà có độ : chân thực cao.

- Sử dụng các giá trị kỹ thuật số để điều hành các thiết bị trong nhà máy ảo, cân các vật phẩm hoặc kiểm soát mức chất lỏng.

- Factory I/O sử dụng trình điều khiển để giao tiếp với PLC,

SoftPLC, mô phỏng PLC, Modbus và nhiều công nghệ khác.

Hình 3 1 Giới thiệu Factory IO

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẢO GVHD: NGUYỄN TẤN ĐỜI

- Thực hành sửa chữa khắc phục sự cố bằng các lệnh Always On và Always Off trong các cảm biến và bộ truyền động

Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O

Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM

Sau khi đã thiết kế xong hệ thống, Factory IO sẽ kết nối với các bộ điều khiển PLC thông qua các driver kết nối được cung cấp sẵn Điều khá hay là không những kết nối với thiết bị thật, factory IO còn cho phép chúng ta kết nối với bộ mô phỏng PLC Sim của Siemens.

Bước 1: Bắt đầu mô phỏng PLC trong Tia Portal:

Hình 3 6 Bước 1 giao tiếp PLCSIM và Factory IO

Bước 2: Vào Factory IO và chọn FILE-> Drive và chọn Siemen S7 PLCSIM:

Hình 3 7 Giao tiếp PLCSIM và Factory IO

Bước 3: chọn CONFIGURATION để thiết lập cấu hình PLC:

Hình 3 8 Configuration để thiệt lập cấu hình PL

Bước 4: Chọn modul PLC mình đang làm là S7 1200:

Hình 3 9 Chọn module PLC đang sử dụng

- I/O Config và I/O Point cần lưu ý:‚khi ta chọn kiểu là

DWORD hay WORD thì các giá trị trên I/O Point cũng sẽ tương ứng như vậy, các giá trị này giúp ta liên kết với PLC theo nhóm bit hay qua các giá trị số định dạng Word,

Offset: là để tính từ vị trí đó.

Ví dụ: Offset 0 và Count 19 của Bool Inputs, cho ta cấu hình PLC trong Factory IO sẽ là 19 digital inputs tính bắt đầu từ I0.0 tới I2.2

Bước 5: Liên kết các tag trong Factory IO:

Hình 3 11 Tag ActuatorsSau khi hoàn thành ghép các tag:

Hình 3 12 Kết quả sau khi ghép Tag

Vận hành hệ thống

Hình 3 13 Sản phẩm thô đưa vào khu vực gia công

Hình 3 14 Cánh tay đưa sản phẩm thô vào máy phay

Hình 3 15 Sản phẩm sau khi gia công sẽ được lắp ráp lại với nhau

Hình 3 16 Sản phẩm được bỏ vào thùng để tiến hành lưu kho

Hình 3 17 Cần cẩu nâng hàng lấy hàng tăng băng tải

Hình 3 18 Cần cẩu nâng và đưa hàng vào kho

KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN

Kết quả đạt được

• Nhóm đã hoàn thành đề tài “Hệ thống lắp ráp sản phẩm theo màu sắc, đóng gói và lưu kho tự động”

• Thiết kế thành công hệ thống dựa vào phần mềm Factory I/O và Tia Portal và đạt đượcyêu cầu ban đầu đặt ra Nắm được cách lập trình cho PLC Seimens, biết cách giao tiếp PLC SIM với phần mềm Factory I/O.

• Hiểu được các thành phần của hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, biết được cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các thiết bị có trong hệ thống

• Vận hành hệ thống dễ dàng, hệ thống hoạt động một cách ổn định và đạt được yêu cầu bàn đầu đặt ra.

Tiêu đề	Hệ Thống Cắt Sản Phẩm CNC, Lắp Ráp, Đóng Gói Và Lưu Kho Tự Động
Tác giả	Hoàng Anh Sơn, Trần Minh Thiện, Thạch Si Tha, Nguyễn Văn Thế, Võ Quốc Thắng
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Tấn Đời
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Điện - Điện Tử
Thể loại	báo cáo cuối kỳ
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	12,22 MB