báo cáo cuối kỳ điện tử cơ bản

Các hệ thống robot có thể thực hiện các việc như lấy và xếp hàng, xếp hàng lên các chồng pallet hoặc trên các kệ hàng.1.1.2 Hệ thống Tự động hóa băng chuyền- Băng chuyền tự động được ví

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO CUỐI KỲ

NHÓM 11 GVHD: TS.Nguyễn Tấn Đời

SVTH: Lê Thiên Phú - 21151311 Hoàng Minh Phong - 21151512 Nguyễn Minh Phương - 21151315 Đoàn Hải Bảo Phúc - 20151542

Nguyễn Phan Quang Phúc - 20151151

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023

1

Mục lục

Chương 1: Giới thiệu hệ thống 22222

1.1 Giới thiệu tổng quan 2

2.2 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng 7

2.3 Chọn thiết bị cho các khối 8

2.4 Sơ đồ nối dây thiết bị (Vẽ sơ đồ mạch động lực, mạch khí nén, mạch PLC, …) 11

Chương 3: Thiế ế vận hành hệ ống ảot k th .15

3.1 Giới thiệu về Factory I/O 15

3.2 Thiết kế hệ ống ảo trên Factory I/Oth .17

3.2.1 Các thiết bị được sử dụng 17

3.2.2 Tạo mô hình nhà máy 23

3.2.3 Kiểm tra hoạt động 24

Chương 1: Giới thiệu ệ thốngh

1.1 Giới thiệu tổng quan

- Tự động hóa đang trở thành một lĩnh vực không thể thiếu trong ngành công nghiệp của thế giới việc triển khai công nghệ tự động hóa đang giúp ích rất nhiều và tối ưu chi phí trong sản xuất và quản lý kho bãi, tăng năng suất sản lượng và đảm bảo được chất lượng sản phẩm đồng đều nhau Dưới đây là cái nhìn tổng quan về một số lĩnh vực của tự động hóa trong việc sản xuất và phân loại hàng hóa.

1.1.1 Robotis và Hệ thống robot

- Robotis là một thành phần trung tâm của việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào trong sản xuất Việc sử dụng Robotis tăng cường khả năng phân loại và di chuyển hàng hóa trong nhà máy Hệ thống Robotis với việc được tích hợp các cảm biến và camera để phân loại và xử lý hàng hóa dựa trên các tiêu chí như màu sắc, kích thước, trọng lượng Các hệ thống robot có thể thực hiện các việc như lấy và xếp hàng, xếp hàng lên các chồng pallet hoặc trên các kệ hàng.

1.1.2 Hệ thống Tự động hóa băng chuyền

- Băng chuyền tự động được ví như là mạch máu của hệ thống tự động hóa là mộ bộ phận giúp cho các phôi của sản phẩm di chuyển xung quanh nhà máy đến các máy công cụ để thực hiện việc chế tạo hay chế biến sản phẩm, Hệ thống này thường được tích hợp với các cảm biến để định vị được phôi sản phẩm hay thậm chí là cân trong lượng của sản phẩm khi phôi di chuyển trên băng chuyển mà không phải dừng lại giúp tối ưu cho việc sản xuất Hệ thống này được điều khiển tự động để đảm bảo cho việc vận chuyển an toàn và hiệu quả hơn rất nhiều so với việc làm thủ công.

1.1.3 Hệ thống quản lý tự động

- Hệ thống quản lý tự động giúp cho việc kiểm soát và điều phối các quy trình sản xuất và phân phối hàng hóa Điều này bao gồm việc tự động hóa quy trình đặt hàng, quản lý tổn kho và xác định đường đi tối ưu cho hàng hóa Các hệ thống này cũng có khả năng tương tác với các hệ thống khác, để đảm bảo tính liên thông trên toàn bộ hệ thống

1.1.4 Tích hợp IoT trong quản lý kho

- Internet of Things (IoT) đã mở ra cánh cửa cho sự kết nối liên tục giữa các thiết bị và hệ thống trong các cơ sở phân loại hàng hóa Các thiết bị IoT có thể theo dõi và gửi thông tin về vị trí, tình trạng và lịch sử của hàng hóa Qua việc sử dụng dữ liệu từ IoT, các cơ sở có thể tối ưu hóa lộ trình di chuyển, dự đoán nhu cầu tồn kho và thậm chí là cảnh báo về bất kỳ vấn đề nào trong chuỗi cung ứng.

1.1.5 Thực tế ảo và Hệ Thống mô phỏng

- Thực tế ảo và hệ thống mô phỏng là công cụ hỗ trọ cho việc thiết kế hệ thống phân loại hàng hóa và trong việc dự đoán cũng như tối ưu hóa quy trình sản xuất và phân phối Các mô phỏng có thể giúp xác định rõ các kịch bản khác nhau, từ bố trí kho đến quy trình xử lý đơn hàng, giúp cơ sở tối ưu hóa các khu vực làm việc cũng như tiết kiệm nguồn tài nguyên của doanh nghiệp

Tóm lại, sự kết hợp của những yếu tố trên đặt ra cơ sở cho một môi trường tự động hóa linh hoạt và hiệu quả trong các cơ sở phân loại hàng hóa, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và cung ứng, đồng thời giảm thiểu lỗi và tăng cường khả năng đáp ứng nhanh chóng đối với nhu cầu thị trường đa dạng

3 1.1.6 Các vấn đề đặt ra

• Trên thực tế về khả năng chế tạo cũng như ứng dụng của đề tài nghiên cứu “ Hệ thống sản xuất, phân loại sản phẩm theo màu sắc, kiểu dáng, đóng gói và lưu kho tự động “ Đây là một đề tài kiểu mẫu của các nhà máy hiện nay đang áp dụng và vận hành để sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau, nhưng các sản phẩm được sản xuất đều tuân thủ theo một quy trình chung Phạm vi ứng dụng của đề tài này là hoàn toàn có khả năng đưa vào trong vận hành thực tế, các nhà máy sản xuất nước uống đóng chai hay nhà máy sản xuất và đóng gói lúa gạo phục vụ cho tiêu dùng trong nước cũng như xuất khẩu, các nhà máy sản xuất gạch men, v.v

• Các đơn vị, cá nhân nghiên cứu cũng như tư vấn giải pháp tự động hóa cho nhà máy có thể kể tiêu biểu một số đơn vị như sau:

- SAOMAI SOLUTION GROUP: với đội ngũ hơn 100+ kỹ sư và nhiều dự án đã thực hiện… - CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ NĂNG LỰC VIỆT: với các mũi nhọn nghiên cứu về chế tạo

dây chuyền tự động hóa, tư vấn các giải pháp nâng cấp nhà xưởng áp dụng các công nghệ Robot vào trong việc sản xuất

- CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG BÁCH KHOA: một công ty Startup về - lĩnh vực IoT với các sản phẩm chủ lực về: Đồng hồ nước thông minh, đông hồ điện thông minh, Hệ thống chiếu sáng thông minh, Các sản phẩm trên có thể đồng bộ vào các nhà máy với nhu cầu quản lý và kiểm soát nguồn nước đưa vào trong sản xuất kết hợp với đồng hồ điện thông minh để kiểm soát được năng lượng tiêu thụ mà nhà máy cần để đưa tối ưu được việc vận hành thiết bị

1.2 Mô tả hệ thống 1.2.1 Các thiết bị điều khiển

• Điều khiển bằng PLC

- PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần( đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiều điều khiển vào/ra, ) mà không phải thay đổi kết cấu cơ khí của hệ thống sau này, giảm thiểu được tối đa chi phí khi thay đổi lắp đặt và thứ tự điều khiển ( đối với hệ thống điều khiển bằng relay) khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn ( như việc giao tiếp giữa các PLC với nhau trong cùng một nhà máy để lưu và truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống điều khiển linh hoạt hơn Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm không gian rất nhỏ nhưng khả năng xử lý vấn đề cũng như điều khiển nhanh và chính xác hơn Điều này càng giúp cho việc điều khiển các hệ thống phức tạp ổn định, nhanh, chính xác hơn so với việc lắp đặt các hệ thống điều khiển khác

Đề tài nghiên cứu lần này sử dụng PLC Siemen -1200 S7-1200, CPU 1212C, DC/DC/DC 6ES7212-1AE40- S7 0XB0

• Các nút nhấn chức năng Start, Stop, emergency, đèn báo pha

- Các nút nhấn chức năng để điều khiển hệ thống là một loại khí cụ điện dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển Các nút nhấn nhả thường có các lò xo,hệ thống tiếp điểm thường hở (NO), đóng (NC) và có vỏ bảo vệ bên ngoài

Nút nhấn Start, Stop

• 1 bộ tiếp điểm đèn 24VDC hoặc 220VAC

• 2 bộ tiếp điểm: 1NO, 1NC • màu sắc đỏ hoặc xanh

• đường kính lỗ khoét ren: 22mm kích thước: 36x80x29 mm

Nút nhấn emergency

• Điện áp sử dụng: 220VAC, 380VAC • chịu tải: 5A, 2A

Tủ điện điều khiển

• Tủ điện điều khiển chính có các thiết bị như:

• Pin nuôi nguồn dành cho PLC S7-1200

• Ray dẫn hướng dây tín hiệu và dây động lực ra header • Đồng hồ đa chức năng: Multifunction Meter (mfm384)

5

1.2.2 Các cảm biến *Cảm biến quang

- Ánh sáng do LED phát ra được hồi tụ qua thấu kính Ở phần thu ánh sáng từ thấu kính tác động đến transistor thu quang Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu được Sóng dao động dung để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tấn số mạch dao động Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiệu thụ ít công suất hơn Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển Do mạch điều khiển được kết nối với bộ ều khiển PLC nên điện áp của cảm biến là 24 VDC đi

*Area scan camera

- Camera vùng là một thiết bị ghi hình ảnh của vật thể Nhờ có thiết bị này sẽ giúp chúng ta xử lý được sản phẩm kiểm tra được các vấn đề như màu sắc, kích thước của sản phẩm Việc lựa chọn camera có tiêu cự lớn hay nhỏ còn phụ thuộc vào sản phẩm trên thực tế mà nhà máy đang sản xuất, tốc độ màng trập để đáp ứng được sản lượng sản phẩm đạt yêu cầu cũng như phục vụ cho việc điều khiển các thiết bị trên hệ ống th

1.2.3 Các loại băng tải *Băng tải đai Belt conveyor

• Chiều dài: 2m-4m • Chiều rộng dây băng: 1m • Góc nghiêng băng tải: 0o

• Tốc độ băng tải được điều khiển bằng biến tần

• Motor có hộp số giảm tốc với tỉ lệ tùy theo yêu cầu thiết kế • Nhiệt độ làm việc -5-40 C o

*Băng tải con lăn

• Chiều dài: 2-4m • Chiều rộng con lăn : 1m • Góc nghiêng băng tải: 0o

• Tốc độ con lăn được điều khiển bằng biến tần

• Motor có hộp số giảm tốc với tỉ lệ tùy theo yêu cầu thiết kế • Nhiệt độ làm việc -5-40 C o

1.2.4 Hệ ống khí nén th

- Hệ ống khí nén để cung cấp khí nén cho cánh tay hút 2 trục và cơ cấp kẹp sản phẩm Hệ th thống khí nén gồm có các thiết bị như:

• Máy nén khí: tùy theo thiết kế và quy mô củ nhà máy mà có thể ọn một hoặc nhiều máy nén để a ch đảm bảo việc cung cấp đủ khí nén để hệ ống hoạt động th

• Các thiết bị lọc hơi nước khí đầu vào và đầu ra • Các xy-lanh khí nén trong cơ cấu kẹp sản phẩm

1.2.5 Hệ ống sản xuất chính th

- Hệ ống sản xuấ chính này gồm có các thiết bị chính như: th t

• Máy phay 3 trục để gia công các chi tiết cho sản phẩm theo thiết kế

• Cánh tay robot 6 bậc tự do hỗ trợ cho việc đưa phôi sản phẩm và máy phay và lấy phôi sản phẩm đã gia công ra khỏi máy và đưa vào dây chuyển phân loại sản phẩm

1.2.6 Hệ ống cần cẩu xếp hàng tự động th

- hệ ống này hoạt động theo 2 trục X và y th

- cơ cấu chuyển động gồm hai Motor với động cơ giảm tốc - hệ ống di chuyển nhờ các thanh đường ray th

- tốc độ di chuyển và khả năng tải trọng tùy theo thiết kế mà lựa chọn mức tối đa cần cẩu

7

Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho hệ thống

2.1 Qui trình vận hành hệ thống

Qui trình vận hành “Hệ thống sản xuất, phân loại sản phẩm theo màu sắc, kiểu dáng, đóng gói và lưu kho tự động” hoạt động như sau:

2.2 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng

Để thiết kế sơ đồ khối chức năng cho hệ thống của đề tài nghiên cứu này ta cần chú ý đến các tính năng như sau:

• Tín hiệu điều khiển gửi về cho PLC:

+ Tín hiệu từ các cảm biến quang được bố trí thích hợp tại các điểm đầu cuối của băng tải để xác định được sản phẩm trên dây chuyền Việc bố trí và lựa chọn các cảm biến sẽ quyết định được tốc độ sản xuất, kiểm soát được số lượng sản phẩm tạo ra Khối cảm biến giám sát là cần thiết cho hệ thống

+ Các thiết bị bảo vệ được bố trí trong tủ điện gửi tín hiệu thông qua mạng truyền thông công nghiệp RS485 về cho PLC từ đó PLC sẽ ra những quyết định để bảo vệ cho toàn bộ hệ thống sản xuất được an toàn

• Phân loại được sản phẩm qua màu sắc và kích thước

+ Việc phân loại sản phẩm thông qua màu sắc cũng như kích thước của sản phẩm là yếu tố chính của đề tài nghiên cứu này vì vậy việc lựa chọn một khối xử lý vấn đề trên là một điều không thể thiếu

+ Khối phân loại này sẽ ưu tiên chọn thiết bị đáp ứng các yếu tố: tốc độ xử lý nhanh, chính xác, tiết kiệm diện tích, tiết kiệm năng lượng, hoạt động bền bỉ theo thời gian, dễ dàng thay thế sửa chữa khi gặp lỗi, thiết bị thay thế có nhiều trên thị trường phù hợp với tình huống thay đổi cơ cấu nhận diện sản phẩm

• Cơ cấu vận tải sản phẩm đến từng khu vực làm việc của nhà máy

+ Cơ cấu vận tải là một phần quan trọng không thể thiếu trong việc thiết kế hệ thống sản xuất tự động hóa Việc lựa chọn cơ cấu vận tải để di chuyển sản phẩm đến từng khu vực làm việc cần thực hiện theo các tiêu chí đồng bộ được với các thiết bị khác trong hệ thống như cơ cấu kẹp sản phẩm, cơ cấu cánh tay robot 2 trục, cần cẩu xếp hàng tự động, các cảm biến được bố trí kèm theo ở khối giám sát đã nhắc đến phía trên

• Cơ cấu xếp hàng tự động khi có sản phẩm đến

+ Đề tài nghiên cứu của nhóm là việc đưa sản phẩm lên kệ khi sản phẩm được chế tạo xong vì vậy thiết kế hay chọn một Khối lưu kho với hệ thống cần cẩu tự động là một điều cần thiết cho nhà máy này

+ Cần cẩu tự động khi được chọn cần phải đáp ứng các yếu tố: hành trình di chuyển của cần cẩu phải đảm bảo đến được tất cả các ô được bố trí sẵn trên kệ chứa hàng hóa, cần cẩu hoạt động ổn định, chính xác và phải chú ý đến tải trọng của cần cẩu khi thiết kế hệ thống Dựa vào các điều đã nêu ở trên để chọn các khối chức năng chính trong hệ thống

2.3 Chọn thiết bị cho các khối

* Khối băng tải

Thiết bị: Băng tải roller Titan + băng tải PVC

- Chức năng: Chuyển động và truyền tải sản phẩm từ điểm A đến điểm B trong hệ thống - Điều khiển: PLC sẽ điều khiển chuyển động và tốc độ của băng tải.

* Khối phân loại sản phẩm • Công suất tối đa: 3W

• Điện áp hoạt động: 12V (8 24V) cấp qua cổng GPIO

- Chức năng: Quét và nhận diện màu sắc và kích thước của sản phẩm.

9

Điều khiển: Camera sẽ truyền dữ liệu về PLC để thực hiện quyết định phân loại.

* Khối điều khiển trung tâm

Thiết bị:

• PLC Siemmens S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC

Bộ điều khiển hệ ống PLC Siemmens S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC là một dòng PLC th mới của SIEMENS, là thiết bị tự động hóa đơn giản nhưng có độ chính xác cao Có tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hình HMI, điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ ống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản Thông số kỹ thuậth t:

+ Điện áp hoạt động: 24V DC + Định mức dòng điện: 500 mA + Tần số hoạt động: 100 Khz + Công suất hao hụt: 12 W

+ Cổng kết nối: 14 cổng vào digitals (24VDC), 2 cổng vào analogs (0~10VDC) + Cổng kết nối: 10 cổng ra digitals (24VDC)

+ Bộ nhớ: vùng nhớ làm việc 100 Kb, vùng dữ ệu 4Mbli + Tốc độ truyền tải: max 100Mbit/s

+ Giao thức điều khiển: onboard I/O, DC/DC/DC + Giao tiếp: Profinet, RJ45, 100Mbit/s + Biên nhiệt hoạt động: -20ºC ~60ºC + Cấp bảo vệ: IP20

+ Kích thước sản phẩm: 110 x 100 x 75 (mm) + Trọng lượng sản phẩm: 0,415 Kg

- Chức năng: Điều khiển và quản lý các hoạt động của hệ thống, nhận dữ liệu từ camera và áp dụng logic để kiểm soát băng tải và robot

- Điều khiển Băng Tải: Thay đổi tốc độ, bật/tắt chuyển động.

- Điều khiển Robot: Điều khiển cánh tay robot dựa trên dữ liệu phân loại từ camera.

- Điều khiển Cần Cẩu: Quyết định và thực hiện quá trình xếp hàng dựa trên thông tin từ camera

- Chức năng: Lấy và đặt sản phẩm theo yêu cầu, dựa trên quyết định của PLC - Điều khiển: PLC sẽ truyền tín hiệu để cánh tay robot thực hiện các nhiệm vụ cụ thể * Khối lưu kho

Thiết bị: Stack Crane – Hệ ống cần cẩu trục tự động cho pallet th - Tải trọng tối đa: 3000kg

- Chiều cao tối đa: 45m - Có thể ạt động ở nhiệt độ - 30ho oC

- Chức năng: Xếp hàng tự động tùy thuộc vào loại sản phẩm và quyết định của PLC - Điều khiển: PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển để cần cẩu thực hiện các thao tác xếp hàng.

Sơ đồ khối chức năng giúp mô tả cách các thành phần chính trong hệ thống tương tác với nhau và làm thế nào PLC đóng vai trò trung tâm trong quyết định và điều khiển các hoạt động của hệ thống Sự liên kết giữa camera, băng tải, robot và cần cẩu thông qua PLC là chìa khóa để đạt được một hệ thống tự động hiệu quả trong quy trình phân loại và xếp

hang

Sơ đồ khối của hệ thống sẽ được mô tả như hình dưới

11

2.4 Sơ đồ nối dây thiết bị ( ẽ sơ đồ mạch động lực, mạch khí nén, mạch PLC, …)V Sơ đồ mạch động lực của hệ ống th

13

Sơ đồ mạch khí nén

Ngõ ra PLC