Tiểu luận trang bị điện khí nén hệ thống phân loại và đóng gói theo màu sắc

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 bị điện- Khí nén GV: Nguyễn Tấn Đời

Mục lục

Chương 1: Giới thiệu hệ thống 2

1.1 Giới thiệu tổng quan 2

1.2 Mô tả các thành phần hệ thống 2

1.3 Hình vẽ 3D của hệ thống 2

Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho hệ thống 6

2.1 Quy trình vận hành 6

2.2 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng 6

2.3 Chọn thiết bị các khối 7

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

3.2.4 Điều khiển bằng PLC 22

3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM 22

3.4 Vận hành hệ thống 22

Chương 4: Kết quả và kết luận 24

4.1 Kết quả đạt được 24

4.2 Kết luận 26

1

Chương 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 nhàmáy đã và đang ứng dụng công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóavào các dây chuyền sản xuất

Sản phẩm được sản xuất kèm theo đó là rất nhiều loại mẫu mã đadạng 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 caogiúp ta tiết kiệm được các chi phí phát sinh trong quá trình sản xuất vànhân công

Ứng dụng của hệ thống rất lớn: Ta có thể áp dụng vô các ngànhchuyển phát nhanh như J&T Express, Shopee hoặc các ngành côngnghiệp sản xuất lượng lớn đồ gia dụng Colgate, Clear,…

Hệ thống hỗ trợ dây chuyền sản xuất phân loại vật liệu , hàng hóa cómàu 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 chuyềnvào

Cảm biến sẽ bao gồm: cảm biến màu sắc, các cảm biến đếm tín hiệukhi 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

Chương 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 màusắc 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 phẩmlần lượt đi qua cảm biến, tín hiệu từ cảm biến sẽ được truyền qua cáccánh tay gạt nhờ PLC để đẩy các sản phẩm qua các băng tải phụ tươngứng với màu của sản phẩm Những sản phẩm không được nhận diện làsản 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 đếnhộp riêng của sản phẩm đó để đóng gói Cuối mỗi băng chuyền phụ sẽ cómột cảm biến đếm số lượng sản phẩm mỗi thùng hàng, một thùng hàng sẽbao gồm 2 sản phẩm

Đối với một màu riêng biệt (tùy chọn), các sản phẩm được đưa đến băngchuyền riêng có cánh tay robot gắp sản phẩm để ghép lại, sau đó mớiđóng 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 sảnphẩm đó

Ghép sản phẩm với một màu đã chọn

Đóng gói

Sơ đồ khối:

2.3 Chọn thiết bị cho các khối

a Khối cảm biến: Nhận biết màu từ sản phẩm, sau đó phát ra tín hiệu đếnkhối điều khiển

Tích hợp MCU xử lý và chuyển đổi giao tiếp.

Giao tiếp có thể lựa chọn qua Jumper: I2C của TCS34725 I2C củaMCU UART của MCU

Tiêu chuẩn: IEC 60947

Điện áp hoạt động: 690VAC

+ Relay nhiệt: NXR-25- CHINT 3P 0.16A- 0.25A

Áp suất hoạt động: 0.6 – 12 barNhiệt độ hoạt động: -20 – 80 độ CVật liệu piston: Hợp kim nhôm rèn

15

Áp suất hoạt động: 1.5~9 bar

Thông số kỹ thuật:

Tải trọng: 0- 80kg

Vận tốc: 0- 0.25m/s2.4 Sơ đồ nối dây thiết bị

Sơ đồ mạch động lực:

Băng chuyền:

Tay gạt:

17

Sơ đồ mạch khí nén:

Cánh tay robot:

Sơ đồ mạch PLC:

19

Chương 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 tựđộng hóa Được thiết kế dễ sử dụng, nó cho phép nhanh chóng xây dựngmột 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 dụngcông 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 côngnghiệp 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 đếncảm 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 đếncảm 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, …

Tự tạo mô hình mới.

* Các thiết bị được sử dụng cho mô hình:

- 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

- 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 tacần 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 (sốnguyên)

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

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

6 Kết nối tương ứng giữa 2 cột Sensors và Autuator với các ngõInput/Output trên PLC đã lập trình

7 Nhấn nút Connect để Factory I/O kết nối với PLC, kết nối thành công sẽxuất hiện tick xanh kế ô Driver

8 Sau đó vào PLCSIM để điều khiển mô hình

23

Chương 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 dichuyển cho sản phẩm Từ đó cải thiện tốc độ, độ chính xác trong việc sảnxuất Ngoài ra do được cố định chắc chắn sản phẩm sẽ ít bị tác động tránhgây hư hỏng

Trên phần mềm: Nhóm nghiệm thu được thông qua các lưu đồ giải thuậtnhư sau

Các thông số:

25

4.2 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 chínhxác nhất có thể để hệ thống tự động hóa ít sự can thiệp của con người vôhoạt 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 độngnhanh hơn

+ Vẫn còn vướng 1 vài trục trặc nhỏ khiến sản phẩm rớt ra ngoài