Giới thiệu tổng quanTrong thời kỳ hội nhập công nghệ 4.0 như hiện nay, hầu hết các nhà máy đã và đang ứng dụng công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa vào các dây chuyền sản xuất.Sản p
Trang 2Mục lục
Chương 1: Giới thiệu hệ thống 2
1.1 Giới thiệu tổng quan 2
2.4 Sơ đồ nối dây các khối 17
Chương 3: Thiết kế và vận hành hệ thống ảo 20
3.1 Giới thiệu về Factory I/O 20
3.2 Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O 20
3.2.1 Navigating (Điều hướng) 20
3.2.2 Xây dựng nhà máy ảo 20
3.2.3 Kiểm tra hoạt động 22
Trang 3Chương 1: Giới thiệu hệ thống
1.1 Giới thiệu tổng quan
Trong thời kỳ hội nhập công nghệ 4.0 như hiện nay, hầu hết các nhà máy đã và đang ứng dụng công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa vào các dây chuyền sản xuất.
Sản phẩm được sản xuất kèm theo đó là rất nhiều loại mẫu mã đa dạng Từ đó, công việc phân loại sản phẩm trở nên cần thiết hơn.
Máy móc có thể làm công việc này chính xác với hiệu năng cực kì cao giúp ta tiết kiệm được các chi phí phát sinh trong quá trình sản xuất và nhân công
Ứng dụng của hệ thống rất lớn: Ta có thể áp dụng vô các ngành chuyển phát nhanh như J&T Express, Shopee hoặc các ngành công nghiệp sản xuất lượng lớn đồ gia dụng Colgate, Clear,…
Hệ thống hỗ trợ dây chuyền sản xuất phân loại vật liệu , hàng hóa có màu với độ chính xác cao Sau khi được đóng gói, ta sẽ dễ dàng quản lý số lượng hàng hóa đầu ra đầu vào.
1.2 Mô tả các thành phần hệ thống
Bộ điều khiển: PLC S7-1200, Tủ điện.
Hệ thống có băng chuyền các loại như: Coveyor, Roller Conveyor, Curved Conveyor mục đích nhằm để di chuyển sản phẩm nằm trên.
Các hộp đựng hàng sẽ là nơi để đựng các sản phẩm rớt từ băng chuyền vào.
Cảm biến sẽ bao gồm: cảm biến màu sắc, các cảm biến đếm tín hiệu khi có vật đi ngang qua.
Tay gắp sẽ đảm bảo việc ghép sản phẩm có màu riêng biệt chọn trước 1.3 Hình vẽ 3D mô tả hệ thống
Trang 7Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho hệ thống
2.1 Quy trình vận hành hệ thống
Khi bấm START, các băng tải bắt đầu chạy Các loại sản phẩm có màu sắc khác nhau và sản phẩm lỗi sẽ lần lượt được đưa lên băng tải chính.
Cuối băng tải sẽ có một cảm biến nhận biết màu sắc Khi các sản phẩm lần lượt đi qua cảm biến, tín hiệu từ cảm biến sẽ được truyền qua các cánh tay gạt nhờ PLC để đẩy các sản phẩm qua các băng tải phụ tương ứng với màu của sản phẩm Những sản phẩm không được nhận diện là sản phẩm lỗi, sản phẩm lỗi này được đào thải ra ở cuối băng chuyền.
Các sản phẩm sau khi được phân loại đi qua một băng tải phụ sẽ đi đến hộp riêng của sản phẩm đó để đóng gói Cuối mỗi băng chuyền phụ sẽ có một cảm biến đếm số lượng sản phẩm mỗi thùng hàng, một thùng hàng sẽ bao gồm 2 sản phẩm.
Đối với một màu riêng biệt (tùy chọn), các sản phẩm được đưa đến băng chuyền riêng có cánh tay robot gắp sản phẩm để ghép lại, sau đó mới đóng gói.
Khi bấm STOP, các băng chuyền, cảm biến, tay gạt sẽ dừng hoạt động 2.2 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng
Các tính năng của hệ thống:
Nhận biết màu sắc của sản phẩm.
PLC thu nhận tín hiệu từ cảm biến, sau đó phát ra tín hiệu điều khiển Phân loại sản phẩm ra các băng tải khác nhau tương ứng với màu của sản phẩm đó.
Ghép sản phẩm với một màu đã chọn Đóng gói.
Sơ đồ khối:
Trang 82.3 Chọn thiết bị cho các khối
a Khối cảm biến: Nhận biết màu từ sản phẩm, sau đó phát ra tín hiệu đến khối điều khiển.
Trang 9Tích hợp MCU xử lý và chuyển đổi giao tiếp.
Giao tiếp có thể lựa chọn qua Jumper: I2C của TCS34725 I2C của MCU UART của MCU.
Trang 10b Khối điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển tay gạt Đóng, ngắt điện của hệ thống.
Chọn thiết bị:
+ CB Mitsubishi 3 pha 16A 6kA - BH-D6 3P 16A
Hãng sản xuất: Mitsubishi 9
Trang 11Tiêu chuẩn: IEC 60947 Điện áp hoạt động: 690VAC
+ Relay nhiệt: NXR-25- CHINT 3P 0.16A- 0.25A
Trang 16Sơ đồ chân: + Van tiết lưu: JSC8-02
Thông số kỹ thuật:
Lưu chất hoạt động: Khí nén sạch Áp suất tối đa: 1.35 Mpa (13.5 kgf/cm )2 Nhiệt độ môi trường hoạt động: 0~60 độ
Trang 17Áp suất hoạt động: 1.5~9 bar Khung băng tải: Inox304 Dây băng tải: Cao su thường + Roller Conveyor:
Trang 19Sơ đồ mạch khí nén: Cánh tay robot:
Sơ đồ mạch PLC:
Trang 2019
Trang 21Chương 3: Thiết kế và vận hành hệ thống ảo
3.1 Giới thiệu về Factory I/O
Factory I/O là một mô phỏng nhà máy 3D để học tập các công nghệ tự động hóa Được thiết kế dễ sử dụng, nó cho phép nhanh chóng xây dựng một nhà máy ảo bằng cách sử dụng một số bộ phận công nghiệp phổ biến Factory I/O cũng bao gồm nhiều scene lấy cảm hứng từ các ứng dụng công nghiệp điển hình, độ khó từ sơ cấp đến nâng cao.
Sử dụng Factory I/O phổ biến nhất là làm nền tảng đào tạo PLC vì PLC là bộ điều khiển phổ biến nhất được tìm thấy trong các ứng dụng công nghiệp Tuy nhiên, nó cũng có thể được sử dụng với vi điều khiển, SoftPLC, Modbus, trong số nhiều công nghệ khác.
3.2 Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O 3.2.1 Navigating (Điều hướng)
Để quan sát, di chuyển và tương tác với các đối tượng trong Factory I/O, người sử dụng thông qua các camera của chương trình.
Có 3 loại camera, mỗi loại đều có chức năng riêng - Orbit camera:
+ Là camera mặc định khi xây dựng mô hình nhà máy.
+ Camera duy nhất cho phép di chuyển các đối tượng nhưng không gây ra va chạm.
- Fly camera:
+ Fly camera được dùng để di chuyển tự do trong không gian 3D + Di chuyển đối tượng có xảy ra va chạm nhưng không ảnh hưởng đến cảm biến.
- First Person camera:
+ Là camera góc nhìn thứ nhất của một người có chiều cao 1m8 + Dùng để mô phỏng một người trong nhà máy ảo.
+ Di chuyển đối tượng có xảy ra va chạm nhưng không ảnh hưởng đến cảm biến.
3.2.2 Xây dựng nhà máy ảo.
Chúng ta có 2 cách để tạo nhà máy ảo:
Dùng các Scene có sẵn trong nhà máy: Conveyor, Filling Tank, Assembler, …
Trang 22Tự tạo mô hình mới.
* Các thiết bị được sử dụng cho mô hình:
+ Retroreflective Sensor and Reflector: cảm biến vật cản (phản xạ) Đèn LED màu xanh lá cây: được căn chỉnh với gương phản xạ Đèn LED vàng: chùm ánh sáng không bị gián đoạn - Conveyor (băng tải):
+ Belt Conveyor: vận chuyển sản phẩm + Roller Conveyor: vận chuyển thùng hàng - Pivot Arm Sorter: cánh tay gạc.
+ Tốc độ đai: 2 m / s
+ Tốc độ góc của cánh tay: 5 rad / s - Two-Axis Pick & Place: Gắp sản phẩm + Hành trình trục X: 1,125 m
+ Hành trình trục Z: 0,625 m + Tốc độ cánh tay và bộ gắp: 2 m / s
+ Xoay trục Z với gia số 90 ° (cánh tay và bộ kẹp) - Operators (tủ điều khiển):
+ Emergency Stop: dừng khẩn cấp.
+ Selector: bộ chọn trạng thái manual/auto + Push Buttons (nút nhấn): start, stop, reset + Digital Display: màn hình kĩ thuật số.
21
Trang 23- Positioning Bars (thanh định vị): kẹp, định vị sản phẩm + Hành trình dọc: 0,373 m
+ Hành trình kẹp: 0,48 m 3.2.3 Kiểm tra hoạt động
Để đảm bảo mô hình hoạt động đúng trước khi điều khiển PLC, chúng ta cần thử chạy trước trên Factory I/O.
Sử dụng Tag để điều khiển các đối tượng.
+ Một đối tượng sẽ có ít nhất một Tag gồm 2 thông tin: Tên và giá trị (Name, Value)
+ Có 2 loại Tag, Sensors Tag và Actuator Tag.
+ Tag có 3 loại kiểu dữ liệu: Boolean (on/off), Float (số thực), Int (số nguyên)
3.2.4 Điều khiển bằng PLC
Sử dụng PLC điều khiển mô hình thông qua các I/O driver Người sử dụng chọn Driver thích hợp với bộ điều khiển PLC Có thể sử dụng phần mềm mô phỏng của PLC để điều khiển mô hình 3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM
Factory I/O cần được kết nối với PLCSIM để có thể điều khiển mô hình mà không cần bộ PLC thực.
Factory I/O được kết nối với PLCSIM thông qua Driver do Factory I/O cung cấp sẵn.
Nếu PLC không có Driver phù hợp có thể kết nối với Factory I/O thông qua các giao thức trung gian như OPC, Modbus, …
3.4 Vận hành hệ thống
Đầu tiên, mở chương trình logic điều khiển trong PLCSIM: 1 Khai báo các ngõ ra/vào
2 Viết chương trình logic điều khiển trong PLCSIM 3 Sau đó bật PLC sang chế độ “ Run ”
4 Mở Factory I/O và chọn mô hình muốn điều khiển, chọn Driver thích hợp để kết nối giữa Factory I/O và PLC.
5 Mở cửa sổ Configuration và thiết lập các ngõ ra/vào
Trang 246 Kết nối tương ứng giữa 2 cột Sensors và Autuator với các ngõ Input/Output trên PLC đã lập trình
7 Nhấn nút Connect để Factory I/O kết nối với PLC, kết nối thành công sẽ xuất hiện tick xanh kế ô Driver
8 Sau đó vào PLCSIM để điều khiển mô hình.
23
Trang 25Chương 4: Kết quả và Kết luận
4.1 Kết quả đạt được
Trên phần cứng: Các khối, bộ phận được kết nối giúp định hướng di chuyển cho sản phẩm Từ đó cải thiện tốc độ, độ chính xác trong việc sản xuất Ngoài ra do được cố định chắc chắn sản phẩm sẽ ít bị tác động tránh gây hư hỏng.
Trên phần mềm: Nhóm nghiệm thu được thông qua các lưu đồ giải thuật như sau
Trang 26Các thông số:
25
Trang 274.2 Kết luận
Sau khi thực hiện đề tài nhóm có thêm kinh nghiệm về thiết kế 1 hệ thống tự động đi từ những bước căn bản nhất để giải quyết các vấn đề đặt ra Kết nối được phần cứng và phần mềm để chạy hệ thống sao cho chính xác nhất có thể để hệ thống tự động hóa ít sự can thiệp của con người vô hoạt động sản xuất
Các hạn chế cần khắc phục:
+ Xử lý các chương trình phần mềm chưa tối ưu nhất.
+ Các khớp nối ,tốc độ tay gạt hoặc các conveyor chưa hoạt động nhanh hơn.
+ Vẫn còn vướng 1 vài trục trặc nhỏ khiến sản phẩm rớt ra ngoài.