Điều khiển tự động hóa không chỉ đơn thuần là sự thay thế sức lao động của con người bằng máy móc, mà còn là việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo AI, Internet vạn vậ
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung
Xếp hàng lên pallet là một phần quan trọng trong quản lý kho bãi và vận chuyển hàng hóa Việc áp dụng các phương pháp và nguyên tắc xếp hàng hợp lý không chỉ giúp tối ưu hóa không gian và chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho hàng hóa khỏi hư hỏng Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về xếp hàng lên pallet:
• Pallet: Là một nền phẳng, thường làm bằng gỗ, nhựa hoặc kim loại, được sử dụng để hỗ trợ hàng hóa trong quá trình lưu trữ và vận chuyển Pallet giúp việc di chuyển hàng hóa dễ dàng hơn bằng xe nâng hoặc xe đẩy tay
• Xếp hàng lên pallet: Là quá trình sắp xếp các thùng hàng lên một pallet theo một cách khoa học nhằm tối ưu hóa không gian và đảm bảo an toàn cho hàng hóa
Lợi ích của việc xếp hàng lên pallet
✓ Tối ưu hóa không gian: Xếp thùng lên pallet giúp sử dụng tối đa không gian lưu trữ và vận chuyển, giảm chi phí kho bãi và vận chuyển
✓ Bảo vệ hàng hóa: Giúp ngăn ngừa hư hỏng do va chạm hoặc nén ép trong quá trình vận chuyển
✓ Dễ dàng vận chuyển: Sử dụng xe nâng hoặc xe đẩy tay để di chuyển pallet, giúp tiết kiệm thời gian và công sức
✓ Quản lý hàng hóa hiệu quả: Dễ dàng kiểm soát số lượng và loại hàng hóa, cải thiện quy trình kiểm kê và quản lý kho
Các phương pháp xếp hàng lên pallet
• Xếp hình khối (Block Stacking): Xếp các thùng hàng chồng lên nhau theo các hàng ngang và dọc Phương pháp này đơn giản và phổ biến, nhưng yêu cầu các thùng hàng phải có độ bền cao
• Xếp xen kẽ (Brick Stacking): Xếp các thùng hàng theo kiểu xen kẽ như xây gạch Phương pháp này tăng cường sự ổn định của hàng hóa trên pallet
- Xếp hình kim tự tháp (Pyramid Stacking): Xếp các thùng hàng tạo thành một hình kim tự tháp, thường được sử dụng khi có số lượng thùng hàng ít và cần ổn định cao
Nguyên tắc xếp hàng lên pallet
• Phân bổ trọng lượng đồng đều: Tránh xếp thùng hàng nặng ở một phía của pallet để tránh làm lật hoặc mất cân bằng
• Xếp thùng lớn và nặng ở dưới cùng: Giúp tăng cường sự ổn định và ngăn ngừa hàng hóa bị nghiền nát
• Sử dụng dây đai và màng bọc: Để cố định các thùng hàng trên pallet, ngăn ngừa chúng bị dịch chuyển trong quá trình vận chuyển
Lưu kho là quá trình bảo quản và quản lý hàng hóa trong các kho hàng hoặc nhà kho để đảm bảo rằng chúng luôn sẵn sàng khi cần thiết Điều này bao gồm việc tiếp nhận, lưu trữ, bảo quản và xuất hàng Do đó lưu kho là một phần không thể thiếu trong việc sau khi xếp thùng lên pallet
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc áp dụng nền công nghiệp hoá, hiện đại hoá vào sản xuất để giúp con người tiết kiệm được sức lao động và có thể thay thế được nhiều công nhân và thuận tiện hơn cho người sử dụng là cả một vấn đề để chúng ta quan tâm Với những yêu cầu được đặt ra hiện nay thì chúng em quyết định chọn đề tài “Mô hình xếp hàng lên pallet và lưu kho” để giải quyết và đáp ứng với những nhu cầu cần thiết cho xã hội
Xếp hàng lên pallet và lưu kho là việc thực hiện lấy thùng hàng trên băng tải xếp lên pallet, sau đó được quấn màng và lưu trữ vào kho Việc phát hiện các thùng hàng cũng như pallet dựa vào cảm biến quang phát hiện vật, còn cảm biến tiệm cận giúp cho việc về home của cơ cấu gắp thùng và lưu kho Việc xếp thùng lên pallet và lưu kho phải yêu cầu chính xác về vị trí nên cần sử dụng phát xung cho các động cơ bước thực hiện Phát xung có thể thực hiện ở các tốc độ khác nhau đảm bảo tuổi thọ lâu hơn cho động cơ và hệ thống sẽ được hoạt động trơn tru ở các điểm đầu cuối mà các động cơ bắt đầu hay kết thúc hoạt động giúp hàng hóa trong thùng luôn ổn định, không bị xáo trộn sau khi được lưu vào kho
Các vấn đề đặt ra
- Mục tiêu đặt ra là thiết kế, xây dựng mô hình xếp hàng lên pallet và lưu kho hoạt động ổn định và chính xác, giám sát được hoạt động của hệ thống qua màn hình HMI
- Cần lập trình phát xung các động cơ bước và hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC
- Cần điều khiển giám sát ở hai chế độ Auto và Manual và thực hiện truyền thông các tín hiệu giữa 2 PLC và đưa các dữ liệu lên màn hình HMI.
Các phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tìm hiểu các nguyên lý hoạt động cách thức vận hành hệ thống, các thiết bị cần thiết và vận hành ổn định khi ứng dụng các thiết bị đó
- Tiến hành nghiên cứu các tài liệu để hiểu truyền thông giữa 2 PLC
- Thiết kế cơ khí: cơ cấu gắp thùng, quấn màng co và cơ cấu lưu kho
- Tiến hành điều khiển giám sát được trên HMI qua thiết kế giao diện trên phần mềm.
Phạm vi giới hạn
Hệ thống xếp hàng lên pallet và lưu kho là một đề tài đã được áp dụng trong công nghiệp và sản xuất khá phổ biến Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới hạn về kiến thức, thời gian nhóm đã tiến hành thiết kế phần cứng mô hình đề tài và giám sát trên HMI.
Nội dung đề tài
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết
• Chương 3: Điều khiển hệ thống
• Chương 4: Giám sát hệ thống
• Chương 5: Kết quả và nhận xét
• Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống xếp hàng tự động
Hệ thống xếp pallet tự động là giải pháp hệ thống tự động thay thế con người trong việc bốc xếp, đóng gói hàng hóa lên pallet một cách thủ công, từ đó tăng năng suất vận hành của nhà máy và giảm thiểu chi phí và lỗi trong việc đóng gói thủ công
Hệ thống bốc dỡ được phát triển vào những năm 1970 là sự kết hợp giữa hệ thống băng tải và thiết bị nâng hạ công nghiệp Để xếp chồng sản phẩm, từng lớp hàng hóa được kẹp vào đúng vị trí và nhấc ra khỏi băng chuyền lên pallet
Vào những năm 1980, cánh tay robot bắt đầu được tích hợp vào hệ thống Việc sử dụng cánh tay robot mang đến sự linh hoạt cho hệ thống xếp dỡ tự động với số lượng chủng loại hàng hóa ngày càng đa dạng Một cánh tay robot có thể được lập trình để xử lý hàng hóa có kích thước khác nhau hoặc sắp xếp chúng trên pallet theo nhiều cách mà không cần thay đổi thiết kế trước đó
Theo thời gian, hệ thống xếp pallet đã chứng tỏ nó mang lại những ưu điểm kỹ thuật vượt trội như sau:
- Nâng cao mức độ tự động hóa trong dây chuyền sản xuất hiện tại của doanh nghiệp
- Cải thiện tính đồng bộ và nhất quán
- Duy trì sự ổn định lâu dài và chính xác của toàn bộ hệ thống
Hình 2 1: Mô hình thực tế của đề tài
Hệ thống palletizer thường sử dụng các cánh tay robot, băng chuyền và các cơ cấu nâng hạ để di chuyển và xếp sản phẩm lên pallet theo các mô hình nhất định Các cảm biến và phần mềm điều khiển sẽ giám sát quá trình để đảm bảo độ chính xác và an toàn
Palletizer tầng thấp (Low-Level Palletizer): Xếp sản phẩm từ phía dưới, sản phẩm được đưa lên cao dần qua các lớp xếp
Palletizer tầng cao (High-Level Palletizer): Xếp sản phẩm từ phía trên, sản phẩm được đặt trực tiếp lên pallet từ độ cao nhất định
Robotic Palletizer: Sử dụng cánh tay robot để linh hoạt xếp sản phẩm theo nhiều hướng khác nhau, phù hợp với nhiều loại sản phẩm và mô hình xếp
Tăng năng suất: Có khả năng xếp hàng nhanh hơn và chính xác hơn so với lao động thủ công
Giảm chi phí lao động: Tự động hóa giúp giảm số lượng nhân công cần thiết cho việc xếp dỡ hàng
Tăng cường an toàn: Giảm nguy cơ tai nạn lao động do ít phải sử dụng sức người trong các công việc nặng nhọc và nguy hiểm
Tối ưu hóa không gian: Xếp hàng hóa theo cách tối ưu giúp tiết kiệm không gian lưu trữ và vận chuyển
Hệ thống palletizer được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm thực phẩm và đồ uống, hóa chất, dược phẩm, và các sản phẩm tiêu dùng Chúng đặc biệt hữu ích trong các nhà máy sản xuất và các trung tâm phân phối có lưu lượng hàng hóa lớn
➢ Công nghệ và tích hợp
Các hệ thống palletizer hiện đại có thể tích hợp với hệ thống quản lý kho (WMS) và hệ thống điều khiển sản xuất (MES) để tối ưu hóa quá trình sản xuất và phân phối Công nghệ cảm biến và AI cũng được áp dụng để nâng cao khả năng nhận diện sản phẩm và tối ưu hóa
Tổng quan về PLC
PLC được viết tắt từ “Programmable Logic Controller”, PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình
PLC được sử dụng để điều khiển hệ thống, thiết bị điện công nghiệp riêng lẻ (Contactor, Rơ-le, timer, ) hoặc kết hợp với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng được bài toán công nghệ đặt ra Trên thế giới hiện nay có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemens, đều có chung một nguyên lý cơ bản, tuy nhiên có vài điểm khác biệt phù hợp với từng ngành Ưu điểm:
- Chương trình PLC dễ lập trình và nối mạch và thiết lập hệ thống
- Các tín hiệu ngõ ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơ-le
- Với hệ thống điều khiển dùng PLC vừa có thể tiến hành hiệu chỉnh sửa chữa mà hệ thống vẫn làm việc, cho phép hiệu chính để đạt được kết quả hiệu chỉnh là tối ưu
- Do chưa có tiêu chuẩn hoá nên mỗi doanh nghiệp sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất về hợp thức hoá
- Giá thành cao đối với các hệ thống có quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơ-le
- Dòng ngõ ra của PLC có dòng điện nhỏ Nên khi đấu nối với các thiết bị công suất lớn phải sử dụng thiết bị trung gian là rơ-le
- Để kết nối lập trình được chương trình điều khiển bắt buộc phải có thiết bị máy tính hoặc máy lập trình đi kèm với cáp chuẩn hóa
PLC thường được phân loại theo 2 cách:
Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Misubishi, Delta, Omron,
Version: Ví dụ như PLC Siemen có các họ: S7-1200, S7-300, S7-400, Logo; PLC Misubishi có các họ: FX3U, FX1S, FX3G,…
Ngôn ngữ lập trình PLC
Ngôn ngữ lập trình PLC (Programmable Logic Controller) là các ngôn ngữ được sử dụng để lập trình các bộ điều khiển logic lập trình (PLC) PLC là một thiết bị được sử dụng để tự động hóa các quy trình công nghiệp, điều khiển máy móc và thiết bị Dưới đây là một số ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến:
Ladder Logic (LD): Đây là ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi nhất cho PLC Nó được thiết kế để dễ hiểu và sử dụng, đặc biệt là cho các kỹ sư điện Giống như một sơ đồ thang (ladder diagram), sử dụng các tiếp điểm và cuộn dây để biểu diễn các logic điều khiển
Function Block Diagram (FBD): Ngôn ngữ này sử dụng các khối chức năng để biểu diễn các hàm điều khiển Các khối này được kết nối với nhau bằng các đường dẫn tín hiệu Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu các phép tính phức tạp và có thể tái sử dụng các khối chức năng
Structured Text (ST): Là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, tương tự như Pascal hoặc
C Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu các phép toán phức tạp, các vòng lặp và các cấu trúc điều khiển điều kiện
Instruction List (IL): Là ngôn ngữ lập trình cấp thấp, tương tự như hợp ngữ Sử dụng các lệnh ngắn gọn và trực tiếp, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ thực thi nhanh và tài nguyên bộ nhớ hạn chế
Sequential Function Chart (SFC): Là một phương pháp biểu diễn các trình tự điều khiển bằng cách sử dụng các trạng thái và chuyển tiếp Thích hợp cho các ứng dụng điều
8 khiển quy trình phức tạp, nơi cần biểu diễn các trạng thái và các điều kiện chuyển đổi giữa các trạng thái
Continuous Function Chart (CFC): Là một dạng mở rộng của Function Block
Diagram (FBD), cho phép các khối chức năng được đặt tự do và kết nối một cách linh hoạt Tối ưu cho các ứng dụng yêu cầu sự linh hoạt cao trong việc bố trí và kết nối các khối chức năng.
Sơ lược về các dòng PLC Mitsubishi
Mitsubishi Electric là một trong những nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, đặc biệt là các bộ điều khiển lập trình logic (PLC) Các dòng PLC của Mitsubishi được biết đến với tính năng đa dạng, độ tin cậy cao và khả năng mở rộng linh hoạt Dưới đây là sơ lược về các dòng PLC phổ biến của Mitsubishi:
• MELSEC-Q Series: Dòng Q là dòng PLC cao cấp của Mitsubishi, nổi bật với hiệu suất cao, tốc độ xử lý nhanh và khả năng mở rộng lớn Nó hỗ trợ nhiều module mở rộng cho các ứng dụng phức tạp
• MELSEC-L Series: Dòng L là sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng vừa và nhỏ với tính năng tích hợp cao và giá thành hợp lý Tích hợp cổng truyền thông phổ biến như Ethernet, USB
• MELSEC-FX Series: Dòng FX là dòng PLC compact, phù hợp cho các ứng dụng nhỏ gọn với yêu cầu tính năng cơ bản.Tích hợp sẵn I/O và các tính năng truyền thông cơ bản Thích hợp cho các hệ thống điều khiển nhỏ, máy móc đơn giản, các ứng dụng không yêu cầu tính phức tạp cao
• MELSEC iQ-R Series: Dòng iQ-R là dòng PLC hiệu suất cao, tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp hiện đại với yêu cầu độ tin cậy và bảo mật cao.Hỗ trợ các giao thức truyền thông hiện đại như Ethernet/IP, Profinet
• MELSEC iQ-F Series: Dòng iQ-F là dòng PLC nhỏ gọn, kết hợp giữa hiệu suất và tính linh hoạt cao, phù hợp cho các ứng dụng từ đơn giản đến trung bình Hỗ trợ
9 điều khiển vị trí, điều khiển chuyển động và tích hợp nhiều tính năng mở rộng và bảo mật
Với việc sử dụng vào các hệ thống điều khiển nhỏ và đơn giản và các ứng dụng không yêu cầu tính phức tạp cao như mô hình đồ án thì nhóm quyết định chọn PLC
Mitsubishi dòng MELSEC-FX Series cho việc điều khiển hệ thống.
Các chuẩn giao tiếp truyền thông
Cổng giao tiếp RS232 thường được gọi là cổng COM Chuẩn kết nối này xuất hiện mặc định trên các dòng máy tính bàn (PC) hoặc một số Laptop Chuẩn kết nối này được kết nối máy tính với các máy in, máy Fax,…Chuẩn kết nối RS232 gồm có 3 dây chính: Tx (dây truyền), Rx (nhận tín hiệu), GND (dây nối đất) Giao tiếp này hoạt động dựa trên sự chênh lệch điện áp TX, RX, GND
Hình 2 2: Sơ đồ các chân kiểu kết nối RS232
• Chân 1: Data Carrier Detect (DCD): Phát tín hiệu mang dữ liệu
• Chân 2: Receive Data (RxD): Nhận dữ liệu
• Chân 3: Transmit Data (TxD): Truyền dữ liệu
• Chân 4: Data Termial Ready (DTR): Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu
• Chân 5: Singal Ground (SG): Mass của tín hiệu
• Chân 6: Data Set Ready (DSR): Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu
• Chân 7: Request to Send: yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu
• Chân 8: Clear To Send (CTS): Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu
• Chân 9: Ring Indicate (RI): Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông Ưu điểm chuẩn kết nối RS232: Khả năng chống nhiễu cao Có thể tháo lắp thiết bị ngoại vi ngay cả khi máy tính đang được cấp điện Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps (ngày nay có thể lớn hơn)
Nhược điểm chuẩn kết nối RS232: Khoảng cách truyền ngắn tối đa khoảng 15m Nguyên nhân là do mất mass không thể phục hồi được Việc kết nối theo tiêu chuẩn này chỉ thực hiện kết nối giữa 2 thiết bị với nhau (point – to – point), nên hạn chế kết nối nhiều thiết bị với nhau
2.5.2 Giao tiếp Modbus RTU – RS485
RS485 là một phương thức giao tiếp được ứng dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp, viễn thông, POS,… Đặc biệt, RS485 được sử dụng nhiều trong các môi trường nhiễu do phạm vi đường truyền rộng lớn, đường cáp truyền đi quá lại quá dài trong môi trường nhiễu Không những vậy, RS485 cũng được ứng dụng nhiều trong hệ thống nhỏ và ít bị ảnh hưởng từ môi trường như máy tính, điều khiển, PLC hay cảm biến thông minh,… Chuẩn giao tiếp RS485 có thể kết nối max lên đến 32 thiết bị trên một cặp dây đơn và một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m
Hình 2 3: Modbus RTU trong công nghiệp
Cáp RS485 được cấu tạo rất đơn giản, chỉ từ các sợi dây nhỏ được xoắn lại với nhau theo từng cặp nối dài Tuy nhiên, chính cấu tạo này lại sinh ra một nhược điểm nghiêm trọng, khi hiện tượng nhiễu xuất hiện ở 1 cặp dây thì ngay lập tức cặp dây khác cũng sẽ bị kéo theo Điều này dẫn đến điện áp hoạt động giữa 2 dây sẽ không có quá nhiều sự chênh lệch, bộ phận thu của RS485 vẫn có thể nhận được tín hiệu vì bộ thu đã loại bỏ hết được hiện tượng nhiễu
Hình 2 4: Cấu tạo cáp RS485
12 Trong mạng RS485 được chia thành 2 cấu hình: Cấu hình 2 dây (hệ thống bán song công), cấu hình 4 dây (hệ thống song công toàn phần)
• Sơ đồ cấu hình 2 dây Đối với cấu hình 2 dây, dữ liệu sẽ được truyền đi theo một hướng tại một thời điểm nhất định Với kiểu thiết lập này, tín hiệu TX và RX sẽ cùng nhau dùng chung một cặp dây duy nhất giúp người sử dụng tiết kiệm được chi phí cài đặt Nhìn vào hình trên, ta thấy được rằng hệ thống phát và hệ thống thu sẽ được kết nối với nhau tại mỗi nút của một cặp xoắn Tuy nhiên, cấu hình 2 dây lại làm giới hạn các nút tại cặp xoắn nên người sử dụng phải chú ý đến độ trễ quay vòng
• Sơ đồ cấu hình 4 dây
13 Cấu hình này hoạt động khác với cấu hình 2 dây, dữ liệu truyền đến và truyền đi đồng thời từ các nút, đồng thời nhận và truyền dữ liệu 2 dây sẽ có nhiệm vụ truyền, 2 dây còn lại sẽ có nhiệm vụ nhận Trong sơ đồ này, cổng chính và máy phát sẽ kết nối với nút nhận dữ liệu trên cặp xoắn Tuy nhiên, sơ đồ này bị giới hạn trong giao tiếp chính và phụ, hay hiểu đơn giản chính là bị giới hạn tại nơi các nút không thể nhận tín hiệu từ nhau Ưu điểm
• Cải thiện được các điểm yếu của chuẩn RS232 trước đó
• Có thể giao tiếp, kết nối cùng lúc nhiều máy phát trên cùng hệ thống mạng
• Kết nối được nhiều thiết bị trên cùng một hệ thống mạng
• Đối với điện trở đầu vào 12Ω thì sẽ kết nối được với 32 thiết bị Hoặc các đầu v
• có điện trở khác cũng có thể kết nối lên đến 256 thiết bị
• Khi RS485 kết nối với các thiết bị ở khoảng cách xa có thể dùng thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối
• Mỗi tín hiệu kết nối với hai dây tín hiệu sẽ truyền nhanh với khoảng cách xa hơn
• Cùng lúc truyền nhiều thiết bị trên cùng một dây thì thời gian đáp ứng sẽ chậm
• Các thiết bị kết nối phải chung chuẩn RS485 thay cho Analog hiện hữu
• Cần có kiến thức về RS485 để sử dụng.
Tổng quan về động cơ bước
Động cơ bước (stepper motor) là một loại động cơ điện đặc biệt, hoạt động theo nguyên lý chuyển động từng bước một Mỗi bước tương ứng với một khoảng góc quay cụ thể, điều này cho phép động cơ bước kiểm soát chính xác vị trí góc của trục quay mà không cần sử dụng các cảm biến phản hồi vị trí
Cấu tạo của một động cơ bước gồm: Rotor và stato
14 Rotor chính là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu được sắp xếp chồng lên nhau kỹ lưỡng, cẩn thận Trên các lá nam châm này được chia thành các cặp cực sắp xếp đối xứng với nhau
Stato được cấu tạo bằng sắt từ, được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây
Hình 2 5: Cấu tạo bên trong của động cơ bước
Nguyên lý hoạt động của một động cơ bước rất khác biệt, không theo các cơ chế thông thường, mà thực hiện quay theo từng bước một, do đó nó có một độ chính xác cao, đặc biệt là về mặt điều khiển học Động cơ motor bước làm việc nhờ vào hoạt động của các thiết bị chuyển mạch điện tử Các mạch điện tử này sẽ đưa các tín hiệu điều khiển chạy vào stato theo số trình tự lần lượt và một tần số nhất định được cài đặt sẵn
Hình 2 6: Sơ đồ bên trong động cơ bước
15 Tổng số góc quay của mỗi con rotor tương ứng với số lần mà động cơ được chuyển mạch Đồng thời, chiều quay và tốc độ quay của con rotor còn phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi cũng như tần số chuyển đổi của nó
Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất, đó là:
• Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cho bộ điều khiển, hoạt động lần lượt theo đúng thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha
• Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): Đây là phương pháp điều khiển cấp xung cùng lúc, đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha được sắp xếp kế tiếp nhau
• Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): Chính là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động cơ bước đủ Khi điều khiển động cơ theo phương pháp này thì giá trị của góc bước nhỏ hơn
2 lần và số bước của động cơ bước cũng sẽ tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bằng động cơ bước đủ Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này có bộ phát xung điều khiển vô cùng phức tạp
• Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp mới, chỉ được áp dụng trong quá trình điều khiển động cơ bước Từ đó, cho phép động cơ bước dừng lại và định vị trong khoảng vị trí nửa bước chính giữa 2 bước đủ Ưu điểm của phương pháp này là động cơ có thể hoạt động hiệu quả với góc bước nhỏ và độ chính xác cao Do xung cấp của động cơ có dạng sóng nên máy sẽ hoạt động êm hơn, hạn chế được các vấn đề cộng hưởng lực mỗi khi động cơ hoạt động.
Tổng quan về xy lanh khí nén
Xy lanh khí nén, hay còn gọi là xilanh khí, là một thiết bị cơ khí sử dụng khí nén để tạo ra lực trong chuyển động tịnh tiến Xy lanh khí nén hoạt động dựa trên nguyên lý của định luật Pascal, đó là áp suất trong một hệ thống kín truyền đi không suy giảm trong mọi hướng
16 Khi khí nén được cung cấp vào xy lanh, nó sẽ tạo ra áp lực lên piston bên trong, làm piston chuyển động theo hướng mong muốn
Piston: Là bộ phận chính di chuyển trong xi lanh dưới tác động của khí nén
Thân xi lanh: Vỏ bọc ngoài của piston, chịu áp lực của khí nén
Trục piston: Nối với piston, truyền lực từ piston ra bên ngoài
Nắp xi lanh: Đóng hai đầu của xi lanh, thường có các cổng vào và ra cho khí nén
Phân loại xi lanh khí nén
Xy lanh tác động đơn: Chỉ sử dụng khí nén để di chuyển piston theo một hướng Hướng ngược lại thường được đưa về vị trí ban đầu nhờ lực lò xo hoặc trọng lực
Xy lanh tác động kép (Double-Acting Cylinder): Sử dụng khí nén để di chuyển piston theo cả hai hướng
Thông số kỹ thuật quan trọng Đường kính piston: Ảnh hưởng đến lực tạo ra
Hành trình xi lanh: Khoảng cách mà piston có thể di chuyển Áp suất làm việc: Áp suất tối đa mà xi lanh có thể chịu được
Lực kéo và đẩy: Lực mà xi lanh có thể tạo ra trong các chu kỳ làm việc Ứng dụng
Xy lanh khí nén được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa, sản xuất công nghiệp, robot công nghiệp, hệ thống điều khiển tự động và nhiều lĩnh vực khác như trong ngành ô tô, chế tạo máy, đóng gói và vận chuyển Ưu điểm:
Tốc độ phản hồi nhanh: Xy lanh khí nén có thể hoạt động với tốc độ cao Độ chính xác và điều khiển tốt: Dễ dàng điều khiển và đạt được độ chính xác cao
Bền bỉ và chi phí bảo trì thấp: Có tuổi thọ dài và ít hỏng hóc
Cần hệ thống khí nén: Phải có nguồn cung cấp khí nén ổn định
Giới hạn lực: Không thể tạo ra lực lớn như các hệ thống thủy lực
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Thiết kế phần cơ khí
Mô hình được chia làm 2 băng tải khác nhau:
• Băng tải 1: Có nhiệm vụ đưa hộp đến vị trí cảm biến quang được gắn để phát hiện và thực hiện lấy hộp đưa lên pallet Việc thực hiện lấy hộp bao gồm hút để giữ hộp và xoay, cơ cấu hút sẽ dùng giác hút chân không và cơ cấu xoay dùng xy lanh xoay Pallet được đưa ra là nhờ xy lanh đẩy và các cơ cấu dẫn hướng pallet, nhờ đó pallet được đưa đến đúng vị trí
• Băng tải 2: Vận chuyển sản phẩm sau khi được xếp lên pallet, khi đến vị trí cảm biến ở khu vực quấn băng tải sẽ dừng để thực hiện việc quấn Khi quấn gần đúng số vòng xy lanh kẹp được đẩy, khi đủ số vòng xy lanh được gắn cơ cấu cắt thực hiện đồng thời xy lanh kẹp trở lại vị trí ban đầu để kẹp Sau đó tiếp tục chờ được xếp hộp lên ở pallet tiếp theo Khi Pallet tiếp theo thực hiện xếp đủ số hộp thì pallet được quấn xong được đưa đến vị trí lưu kho nhờ cảm biến quang phát hiện và thực hiện lưu vào kho
3.1.1 Thiết kế cơ khí phần cơ cấu xếp thùng lên pallet
• Thực hiện chuyển động 3 trục linh hoạt và ổn định
• Trong quá trình lấy thùng lên pallet cần giảm độ rung của khung đỡ để trong quá trình hoạt động có thể đưa hộp lên pallet có được vị trí chính xác nhất
• Phần đẩy pallet cần đưa đúng vị trí với tốc độ phù hợp
• Quá trình gắp và di chuyển hàng đảm bảo không rơi hay cấn móp hàng hóa
• Ở trục X và Y, truyền động từ động cơ bước qua pulley được gắn với dây đai và kéo cơ cấu
• Liên kết thêm các thanh nhôm cho khung để giảm độ rung
• Sử dụng thanh trượt để di chuyển linh hoạt các trục
18 c) Cụm trục X, Y Để thay đổi vị trí các trục X, Y sao cho chính xác, những thiết bị cơ khí sử dụng là:
- Động cơ bước tạo ra chuyển động quay và mô men giúp di chuyển toàn bộ hệ robot
- Khớp nối cứng – truyền chuyển động quay sang trục ty trượt tròn cũng như là khớp nối giữa trục động cơ và thanh ty trượt tròn
- Thanh ty trượt tròn – truyền chuyển động lên phía trục X trên, giúp cho chuyển động sang ngang được cân bằng, êm mượt, tránh xảy ra hiện tượng không đồng tốc dẫn đến toàn bộ hệ bị kẹt
- Dây đai răng (dây curoa) – là bộ phần gắn trực tiếp lên cơ cấu cánh tay robot giúp kéo toàn bộ cánh tay di chuyển trên 2 trục X, Y
- Hệ thanh trượt dẫn hướng –dẫn hướng con trượt và ray trượt Nó hoạt động tương đối chính xác và khả năng chịu tải cao từ đó tạo chuyển động trên 2 trục X, Y
Phân tích ưu điểm của hệ ray trượt dẫn hướng và truyền động đai:
Hình 3 1: Cơ cấu ray trượt dẫn hướng thực tế
Ray trượt là một thiết bị phần cứng được thiết kế chủ yếu để đạt được chuyển động tịnh tiến tuyến tính của đường ray bên trong (hoặc thanh trượt) của bộ phận ổ trục Nó đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực máy móc và sản xuất bằng cách cung cấp sự hỗ trợ và hướng dẫn để chuyển động trơn tru của các bộ phận chuyển động khác nhau
Ray trượt con lăn có thể chịu lực từ nhiều hướng, hỗ trợ chuyển động linh hoạt Đường ray trượt không bôi trơn không cần bảo trì, giảm chi phí bảo trì thường xuyên Kết luận: Phân tích trên đã cho thấy lý do nhóm quyết định kết hợp hệ thanh trượt dẫn hướng kết hợp với truyền động đai vào thi công cụm trục X, Y
Hình 3 2: Hệ truyền đai thực tế b) Trục Z Để truyền động cho trục Z, nhóm lựa chọn sử dụng truyền động vitme kèm ray trượt để dẫn hướng tạo thành một bàn trượt vitme
Hình 3 3: Bàn trượt vít me
Bàn trượt vít me là cơ cấu truyền động cơ học biến đổi chuyển động quay của trục vitme thành chuyển động tịnh tiến theo bàn trượt với ma sát thấp Nhờ đó mà các thiết bị máy có thể truyền động ổn định c) Cụm gắp hàng Để nâng hạ thùng hàng, nhóm sử dụng van hút chân không để không gây hư hại lên thùng
Hình 3 4: Mô hình thực tế của cơ cấu gắp hàng
Hình 3 5: Thiết kế 3D cơ cấp gắp hàng
Hình 3 6: Mô hình thực tế cơ cấu gắp hàng
3.1.2 Thiết kế cơ khí cơ cấu quấn màng co
• Trong quá trình quấn tránh làm lệch vị trí của hộp
• Khung quấn được thiết kế ổn định tránh rung lắc khi quấn
• Phải cắt được sau khi quấn để thực hiện quấn sản phẩm tiếp theo
• Dùng các thanh nhôm gắn cố định trên mặt phẳng để giảm độ lệch khi quấn
• Các hộp phải có một khối lượng nhất định để có được vị trí ổn định
• Sử dụng xy lanh gắn thanh gia nhiệt để cắt màng co khi quấn xong
22 Để truyền động cho trục quấn , nhóm lựa chọn sử dụng động cơ bước để truyền động , theo kèm là hệ thống truyền động day đai và pully , giúp giữ nguyên chuyễn động quay Tuy nhiên hệ số bánh răng truyền động của 2 pully sẽ là 1:3 để làm tăng momen xoắn của động cơ trong khi giữ được độ chính xác vị trí
Hình 3 7: Pully và bánh răng
Hình 3 8: Thiết kế 3D cơ cấu quấn
Hình 3 9: Mô hình thực tế cơ cấu quấn
3.1.3 Thiết kế cơ khí cơ cấu lưu kho
• Cơ cấu nâng và đưa đến vị trí lưu kho chính xác sản phầm sau khi thực hiện quấn màng co
• Cơ cấu di chuyển linh hoạt và ổn định trong quá trình lưu kho
• Sử dụng dây đai và vitme để truyền động đến các cơ cấu có được vị trí chính xác
• Sử dụng thanh trượt có đủ độ cứng để tránh bị nghiêng cơ cấu trục X khi lưu vào kho Áp dụng phương án phân tích phương án thiết kế của cơ cấu xếp hàng lên pallet nhóm lựa chọn sử dụng động cơ bước để truyền động
Cụm trục X: Nhóm lựa chọn kết hợp ty trượt tròn với truyền động đai vào thi công cụm trục X
Cụm trục Y và Z: Để truyền động cho trục Y và Z, nhóm lựa chọn sử dụng truyền động vitme kèm bàn trượt để dẫn hướng tạo thành một bàn trượt vitme
Hình 3 10: Mô hình 3D cơ cấu lưu kho được xây dựng trên SolidWorks
Hình 3 11: Mô hình thực tế cơ cấu lưu kho
Hình 3 12: Toàn bộ mô hình hệ thống được vẽ trên SolidWorks
STT Tên thiết bị Số lượng Đơn vị
4 Đai ốc vit me T8 + Vitme 500mm 2 Bộ
5 Đai ốc vit me T8 + Vitme 250mm 1 Bộ
6 Gối đỡ đai ốc Vitme 2 Cái
11 Ty tròn phi 10 800 mm 3 Cái
12 Gối đỡ thanh trượt 6 Cái
18 Dây đai vòng GT2 2 Cái
25 Gá đỡ cảm biến tiệm cận 7 Cái
26 Gá đỡ cảm biến quang 4 Cái
27 Xích nhựa đi dây 15-20 3 Mét
32 Gá đỡ trục Z cơ cấu bốc xếp hàng 1 Cái
Bảng 1: Danh sách các thiết bị phần cứng được sử dụng
Thiết kế phần điện mô hình
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3 13: Sơ đồ chức năng hệ thống
- Khối giám sát hiển thị: cung cấp các thông tin từ ngõ ra hệ thống
- Khối điều khiển: tín hiệu sẽ được đưa từ đầu vào để tiến hành tính toán và cung cấp tín hiệu đầu ra cho hệ thống Trong đó bộ não là các board PLC là FX3U-48MT và FX3U-24MT nhận tín hiệu từ ngõ vào và đưa các tín hiệu ngõ ra
- Khối nguồn: thực hiện cấp điện hoạt động cho toàn bộ hệ thống và các loại nguồn được sử dụng là:
+ 220V AC: cấp điện áp cho bộ chuyển đổi nguồn
+ 24V DC: cấp điện áp cho PLC, đèn báo hoạt động, cảm biến, driver, động cơ + 5V DC: cấp cho chân +5V để cấp xung cho của bộ Driver
- Khối tín hiệu vào: là các tín hiệu được nhận từ cảm biến và nút nhấn nhả
- Khối công suất: nhận tín hiệu điều khiển từ ngõ ra từ PLC, gồm có các Driver và Relay trung gian
- Khối cơ cấu chấp hành: là các đèn báo và động cơ bước
3.2.2 Tính toán điều khiển động cơ truyền động Để truyền động cho cơ cấu bốc xếp hàng, quấn màng co và lưu kho, động cơ bước sẽ phải được sử dụng Cần phải nắm được cách tính toán xung và đặt số bước cho động cơ thông qua bộ Driver điều khiển động cơ bước
Tính toán xung bước cho cơ cấu bốc xếp hàng: a) Tính toán xung bước động cơ trục X1 và Y1
Cpl: Chu vi Pully gắn trục xoay dpl: Đường kính Pully gắn trục xoay
Chu vi Pully chính là quãng đường khi trục xoay quay được một vòng
Nhóm truyền động từ trục quay động cơ với trục xoay với tỉ lệ 1:2 tướng ứng khi trục động cơ quay 2 vòng thì trục chuyển động quay được 1 vòng
Cài đặt số bước khi động cơ quay được một vòng, ở đây nhóm cài 3200 xung tương ứng với một vòng quay động cơ
Từ đó suy ra số xung tương ứng với mỗi mm là:
Khi lập trình, có thể tùy ý điều khiển cơ cấu đi được quãng đường mong muốn dựa vào số xung đã tính toán ở trên
Xx: số xung cần phát trên chương trình điều khiển
Sx: quãng đường người điều khiển mong muốn cơ cấu đi được
82: Số xung (xem công thức 3.3) b) Tính toán xung bước động cơ trục Z1
29 Nhóm truyền động trục động cơ với vitme qua một khớp nối cứng tương ứng khi trục động cơ quay được 1 vòng thì trục vitme cũng quay được 1 vòng Bộ điều khiển động cơ nhóm cài đặt 1600 xung tương ứng với một vòng quay động cơ
Nhóm sử dụng vitme có bước ren 8mm , tương ứng vitme quay 1 vòng sẽ đi được 8mm
Từ đó xuy ra số xung tương ứng mỗi mm là
Khi lập trình, có thể tùy ý điều khiển cơ cấu đi được quãng đường mong muốn dựa vào số xung đã tính toán ở trên
Xx: số xung cần phát trên chương trình điều khiển
Sx: quãng đường người điều khiển mong muốn cơ cấu đi được
Tính toán xung bước cho động trục quấn
Nhóm truyền động từ trục quay động cơ với trục xoay với tỉ lệ 1:3 tướng ứng khi trục động cơ quay 3 vòng thì trục chuyển động quay được 1 vòng
Cài đặt số bước khi động cơ quay được một vòng, ở đây nhóm cài 3200 xung tương ứng với một vòng quay động cơ
Từ đó suy ra số xung tương ứng với một vòng quấn là:
Khi lập trình, có thể tùy ý điều khiển cơ cấu quấn được số vòng mong muốn dựa vào số xung đã tính toán ở trên
Xx: số xung cần phát trên chương trình điều khiển
Sx: quãng đường người điều khiển mong muốn cơ cấu đi được
Tính toán xung bước cho cơ cấu lưu kho a) Tính toán xung bước cho trục X2
Cpl: Chu vi Pully gắn trục xoay
30 dpl: Đường kính Pully gắn trục xoay
Chu vi Pully chính là quãng đường khi trục xoay quay được một vòng
Cài đặt số bước khi động cơ quay được một vòng, ở đây nhóm cài 800 xung tương ứng với một vòng quay động cơ
Từ đó suy ra số xung tương ứng với mỗi mm là:
Khi lập trình, có thể tùy ý điều khiển cơ cấu đi được quãng đường mong muốn dựa vào số xung đã tính toán ở trên
Xx: số xung cần phát trên chương trình điều khiển
Sx: quãng đường người điều khiển mong muốn cơ cấu đi được b) Tính toán xung bước cho trục Y2 và Z2
Nhóm truyền động trục động cơ với vitme qua một khớp nối cứng tương ứng khi trụcđộng cơ quay được 1 vòng thì trục vitme cũng quay được 1 vòng
Bộ điều khiển động cơ nhóm cài đặt 1600 xung tương ứng với một vòng quay động cơ Nhóm sử dụng vitme có bước ren 8mm, tương ứng vitme quay 1 vòng sẽ đi được 8mm
Từ đó xuy ra số xung tương ứng mỗi mm là
Khi lập trình, có thể tùy ý điều khiển cơ cấu đi được quãng đường mong muốn dựa vào số xung đã tính toán ở trên
Xx: số xung cần phát trên chương trình điều khiển
Sx: quãng đường người điều khiển mong muốn cơ cấu đi được
Lựa chọn thiết bị
Lựa chọn Board PLC Mitsubishi của nhóm là vì nó cung cấp nhiều chân phát xung điều khiển được nhiều động cơ bước trong mô hình của nhóm thay vì chọn PLC Mitsubishi chính hãng
Hình 3 14: Board PLC Mitsubishi FX3U
• Mức điện áp cung cấp: 24VDC
• Bộ nhớ chương trình: 64k steps (64,000 steps)
• Bộ nhớ dữ liệu: 32,000 points
• Các loại I/O: Digital input/output, Analog input/output (tùy thuộc vào module mở rộng)
• Tốc độ xử lý lệnh: Khoảng 0.065 às/lệnh cơ bản
• Cổng truyền thông: RS-232, RS-485
• Giao thức: Modbus, CC-Link, MELSECNET/H, mạng Ethernet/IP,…
• Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình: Ladder logic, SFC, ST,…
• Khả năng xử lý tốc độ cao
• Các chức năng định vị tích hợp, hỗ trợ điều khiển servo và stepper motor
3.3.2 Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX
Hình 3 15: Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX
• Đường kính của đầu cảm biến: 12mm
• Khoảng cách hoạt động: 0 -> 4mm
• Chất liệu bên ngoài: Nhựa, Hợp Kim
3.3.3 Cảm biến LS201-BG50ND
LS201-BG50ND là cảm biến quang điện ứng dụng phản xạ khuếch tán và triệt tiêu nền
Hình 3 16: Cảm biến LS201-BG50ND
• Khoảng cách phát hiện: Khoảng 50 mm
• Loại đầu ra: NPN/PNP
• Thời gian đáp ứng: Thông thường khoảng 1 ms
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -25°C đến +55°C
• Tiêu chuẩn: IP67, thích hợp với môi trường khắc nghiệt
• Vật liệu vỏ: Thường được làm từ vật liệu bền như polycarbonate
• Tín hiệu đầu vào có cách ly quang, tốc độ cao bằng opto
• Dừng động cơ bằng cách ngắt chân cấp xung
• Bảo vệ quá nhiệt, quá dòng và sụt áp
• Điều khiển động cơ quay, đảo chiềuvà ở chế độ vi bước (1/2; 1/4; 1/8; 1/16 bước)
• Moment xoắn trên trục: 1.8 Nm
3.3.6 Bộ hút chân không ZH10B
Hình 3 19: Giác hút và van hút chân không
35 Cốc hút ZH10B của SMC, một phần của Dòng ZH, có các thông số kỹ thuật chính sau:
• Chân không tối đa: -88 kPa
• Tiêu thụ không khí: 46 L/phút
• Tốc độ dòng hút tối đa: 24 L/phút (ANR)
• Kiểu kết nối: Phụ kiện một chạm
• Kớch thước cổng chõn khụng: ỉ6 mm
• Kớch thước cổng cấp khớ: ỉ6 mm
• Đường kính vòi phun: 1,0 mm
• Áp suất vận hành tối đa: 0,6 MPa
• Áp suất cung cấp tiêu chuẩn: 0,45 MPa
• Độ cao khung: Khoảng 1.5 inch (38 mm)
• Khả năng tải trọng tối đa: Lên đến pounds 50kg
• Tốc độ băng tải: 20m/phút
• Khung: Được làm bằng nhôm định hình 20x20
• Băng tải: Dây băng PU màu trắng, hoặc PVC màu xanh lá dày 2mm
• Truyền động trực tiếp qua dây đai
Nút nhấn được sử dụng để thực hiện các tác vụ như khởi động máy, dừng và reset lại hệ thống
Hình 3 21: Nút nhấn nhả không đèn phi 22 LA38
• Loại: đỏ, vàng, xanh lá
Cho phép người lao động/ nhân viên có thể tắt hệ thống một cách nhanh chóng khi xảy ra những tình huống nguy hiểm hoặc những vấn đề cần lập tức ngừng lại để đảm bảo an toàn
Hình 3 22: Nút nhấn khẩn cấp LA38
• Tiếp điểm bạc dày, chất lượng tốt
Công tắc xoay được dùng để thực hiện điều khiển 2 chế độ Auto và Manual của hệ thống
Hình 3 23: Công tắc xoay 2 vị trí LA38-203 AC 440V 10A
• Trạng thái: thường hở - NO, thường đóng – NC
• Kích thước công tắc xoay LA38: 32*28*77 mm
• Điện áp đầu vào: 220VAC
• Dòng cắt khi sự cố: 6KA
3.3.12 Relay trung gian Omron LY2N
Hình 3 27: Relay trung gian Omron LY2N
• Dòng điện cuộn dây (Coil Current): tiêu thụ khoảng 37.7 mA
• Điện trở cuộn dây (Coil Resistance): có điện trở khoảng 636 Ω
• Số tiếp điểm (Contacts): NO (Thường mở) và 2 NC (Thường đóng)
• Khả năng chịu tải (Contact Rating): 10A ở 24VDC
• Tuổi thọ cơ học (Mechanical Life): Khoảng 20,000,000 lần hoạt động
• Tuổi thọ điện (Electrical Life): Khoảng 500,000 lần hoạt động với tải định mức
Hình 3 28: HMI Weintek MT6070iH
• Kích thước mà hình hiển thị: 7 inch
• Độ phân giải (WxH dots): 800×480
• Tuổi thọ LCD: hơn 30000 giờ
• COM1 (RS-232,RS-485 2W/4W), COM2 (RS-232), COM3 (RS-232/RS-485 2W)
• Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm
• Tiêu chuẩn bảo vệ: IP65
Giới thiệu về phần mềm lập trình cho HMI
EB8000 là phần mềm thiết kế giao diện người với máy (HMI - Human Machine Interface) được phát triển bởi công ty Weintek, một công ty nổi tiếng về các giải pháp HMI Phần mềm này được sử dụng để lập trình và cấu hình các thiết bị HMI của Weintek, giúp kết nối và điều khiển các hệ thống tự động hóa công nghiệp
42 Thiết kế giao diện đồ họa: EB8000 cung cấp một loạt các công cụ để tạo và thiết kế giao diện người dùng với các thành phần đồ họa như nút bấm, đèn báo, thanh trượt, biểu đồ, v.v
Khả năng kết nối: EB8000 có khả năng kết nối với nhiều loại thiết bị điều khiển PLC từ các nhà sản xuất khác nhau, giúp dễ dàng tích hợp vào các hệ thống tự động hóa hiện có
Tính năng mô phỏng: Người dùng có thể chạy mô phỏng các giao diện đã thiết kế ngay trên máy tính để kiểm tra và điều chỉnh trước khi triển khai thực tế
Công cụ lập trình: Hỗ trợ lập trình kịch bản (script) để thực hiện các tác vụ phức tạp và tùy chỉnh cao hơn
Hình 3 29: Phần mềm EB8000 được sử dụng để lập trình giao diện
Thiết lập kết nối với PLC
Mở phần mềm Easy Builder 8000, chọn New để cấu hình tạo chương trình mới.
Hình 3 30: Cấu hình cho HMI
Hình 3 31: Chọn mã HMI được sử dụng
44 Sau đó, vào Edit → chọn System parameters → chọn Setting
Hình 3 32: Cấu hình kết nối HMI với PLC
• Áp suất hoạt động: 0.15 ~ 0.8 MPa
• Tần suất hoạt động: 5 lần/giây
• Điện áp: Thông thường là 12V DC, 24V DC, 110V AC, hoặc 220V AC
• Công suất tiêu thụ: Khoảng 4.5W đối với điện DC và 5.5VA đối với điện AC
• Chất liệu thân van: Hợp kim nhôm
• Loại van: Van điện từ tác động kép
• Độ bền: Có thể chịu được khoảng 10 triệu chu kỳ hoạt động
Hình 3 34: Xy lanh xoay Airtac
STT Tên thiết bị Số lượng Đơn vị
1 PLC Mitsubishi FX3U_48MT 1 Cái
2 PLC Mitsubishi FX3U_24MT 1 Cái
3 Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX 7 Cái
4 Cảm biến LS201-BG50ND 4 Cái
5 HMI Weintek MT6070iH 1 Cái
6 Nút bấm nhấn nhả 3 Cái
7 Động cơ bước size 57- KH56LM2B018 3 Cái
8 Động cơ bước size 42- 17HD4401S 4 Cái
10 Bộ điều khiển động cơ bước TB 6600 7 Cái
15 Relay trung gian Omron LY2N 8 Cái
17 Van điện từ Airtac 5 Cái
20 Cáp kết nối PLC vs HMI DP9 đực cái 1 Cái
22 Công tắc chuyển mạch 1 Cái
24 Cáp nạp board PLC CH340 1 Cái
25 Giác hút chân không 2 Cái
26 Bộ tạo hút chân không ZH10B 1 Cái
27 Xy lanh đơn Airtac hành trình 250mm 1 Cái
28 Xy lanh đôi Airtac hành trình 150mm 1 Cái
29 Xy lanh đôi Airtac hành trình 125mm 1 Cái
30 Xy lanh xoay SMC góc quay 0-90 độ 1 Cái
Bảng 2: Danh sách các thiết bị điện được sử dụng
Phân công đầu vào ra
X003 Nút nhấn dừng khẩn cấp
Bảng 3: Ngõ vào PLC Master
Bảng 4: Ngõ ra PLC Master
X000 Cảm biến home trục X2 X001 Cảm biến home trục Y2 X002 Cảm biến home trục Z2
Bảng 5: Ngõ vào PLC Slaver
Bảng 6: Ngõ ra PLC Slaver
Sơ đồ nối dây
Hình 4 1: Sơ đồ nối dây hệ thống
Sơ đồ khí nén
Hình 4 2: Sơ đồ khí nén hệ thống
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Quy trình vận hành
Hệ thống có thể được vận hành ở 2 chế độ Auto và Manual
- Khi đã On hệ thống, và công tắc ở chế độ Auto, nhấn nút On Auto trên giao diện để bắt đầu hoạt động chế độ Auto
- Băng tải 1 chạy cho đến khi cảm biến phát hiện thùng hàng, đồng thời xy lanh 3 sẽ đẩy pallet vào vị trí
- Khi cảm biến thùng phát hiện thùng hàng, hệ thống gắp sẽ hoạt động bắt đầu quá trình gắp thùng hàng và đặt lên pallet theo thứ tự
- Quá trình xếp thùng hàng lên pallet được diễn ra liên tục cho dến khi đủ số lượng thùng trên 1 pallet, lúc này băng tải 2 bắt đầu chạy
- Băng tải 2 chạy, pallet có hàng sẽ di chuyển đến khi cảm biến vị trí quấn phát hiện, băng tải 2 sẽ dừng và bắt đầu quấn màng co cho pallet, đồng thời xy lanh 3 sẽ đẩy 1 pallet mới vài vị trí xếp hàng và tiếp tục quá trình gắp thả hàng
- Khi quấn xong và đã xếp hàng xong, băng tải 2 bắt đầu chạy, trên băng tải 2 lúc này sẽ có 2 pallet hàng, 1 pallet đã quấn xong màng co Khi cảm biến kho gặp được pallet đã quấn màng co, băng tải 2 dừng và hệ thống lưu kho sẽ hoạt động
- Băng tải 2 chạy lại, lúc này trên băng tải còn 1 pallet hàng chưa quấn màng co, khi cảm biến quấn gặp được pallet hàng, băng tải 2 dừng và xy lanh 3 lại đẩy 1 pallet mới vào vị trí xếp hàng và tiếp tục quá tình xếp hàng lên pallet
- Quá trình hoạt động sẽ diễn ra liên tục cho đến khi người vận hành ấn nút OFF, EMERGENCY hoặc kho đã báo đầy
➢ Chế độ Manual Ở chế độ Manual, người dùng có thể điều khiển từng thiết bị trong hệ thống như:
- Chạy hoặc dừng băng tải 1 và 2
- Bặt tắt các xy lanh
- Điều khiển đầu hút của hệ thống xếp hàng di chuyển tiến, lùi, trái, phải, lên xuống
Lưu đồ hệ thống
KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
Kết quả thi công mô hình
Hình 5 1: Hình ảnh mô hình phần cứng
Hình 5 2: Hình ảnh tủ điều khiển
Kết quả chạy thực nghiệm
Hình 5 3: Màn hình chính giao diện
Màn hình chính hiển thị tên đề tài và các nút nhấn để chuyển sang trang điều khiển khác
Hình 5 4: Màn hình chế độ Manual
Các nút nhấn nhả, khi nhấn vào nút sẽ chuyển sang màu trắng, kích hoạt các cơ cấu hoạt động
Hình 5 5: Màn hình chế độ Auto
Màn hình giám sát Auto đang hiển thị trạng thái on, đèn START ở màu xanh Hệ thống đang hoạt động ở chế độ Auto, đèn Auto sáng màu xanh
- Cơ cấu bốc xếp hàng đang được cài đặt chạy ở tần số X1, Y1, Z1 tương ứng là 12800,12800 và 14400
- Hệ thống đang ở trạng thái dừng
- Số lượng sản phẩm và số pallet đã được xếp hàng tương ứng là 53 sản phẩm và 12 pallet và xếp lỗi 5 sản phẩm
- Hai kho chưa có hàng nên không sáng đèn
- Các nút START, STOP, AUTO, RESET, RESET KHO là nút nhấn nhả, thực hiện các chức năng tương ứng là on hệ thống, off hệ thống, chạy chế độ auto, reset số lượng sản phẩm và pallet, reset kho hàng
Hình 5 6: Màn hình lịch sử hoạt động của các động cơ
- Màn hình nhỏ hiển USER và PASS để điền tài khoản và mật khẩu đăng nhập vào trang HISTORY và SETTING,
- Các thông số được hiển thị ở bên cạnh cơ cấu tương ứng thể hiện số giờ hoạt động tương ứng của động cơ DC hoặc Step để kiểm tra thực hiện bảo trì, bảo dưỡng
Hình 5 7: Màn hình setting các động cơ
Muốn động cơ chạy theo 1 tần số theo ý muốn, ta sẽ nhập tần số đó vào và nhấn lưu
Hình 5 8: Màn hình khi cần liên hệ với người thiết kế
Hình 5 9: Kết quả sau khi xếp lên pallet và quấn màng co
Thời gian Số hàng Số pallet Lỗi gắp hàng Lỗi đẩy pallet Lỗi hoạt động sai lưu kho
Lỗi cắt không hết Hiệu suất
Bảng 7: Thống kê các hoạt động của hệ thống theo thời gian
Kết quả thực nghiệm: Hệ thống hoạt động xếp thùng lên pallet, thực hiện quấn màng co và lưu kho đúng với quy trình và vị trí mong muốn Tuy nhiên trong trình hoạt động do một số lỗi về phần cứng của cơ cấu cắt màng co, nhiễu cảm biến dẫn đến hoạt động sai khi thực hiện với một khoảng thời gian dài ảnh hưởng đến cả họat động của hệ thống
