thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch

Loại hình sản phẩm học thuật Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên/khóa luận tốt nghiệp/luận văn thạc sĩ/luận án tiến sĩ: Khóa luận tốt nghiệp 3.. Bằng việc ký xác nhận vào mẫu

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG MÃ VẠCH

GVHD: TS TRẦN VI ĐÔ SVTH: NGUYỄN XUÂN THÀNH ĐẠT

S K L 0 1 3 2 5 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS Trần Vi Đô SVTH: Nguyễn Xuân Thành Đạt MSSV: 17151184

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI

SẢN PHẨM BẰNG MÃ VẠCH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI

SẢN PHẨM BẰNG MÃ VẠCH

GVHD: TS Trần Vi Đô SVTH : Nguyễn Xuân Thành Đạt MSSV: 17151184

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BẢN CAM KẾT VÀ XÁC NHẬN KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐẠO VĂN (DÀNH CHO BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN,

KHÓA LUẬN, LUẬN VĂN, LUẬN ÁN) I Thông tin chung

1 Tên sản phẩm học thuật: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch

2 Loại hình sản phẩm học thuật (Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên/khóa luận tốt nghiệp/luận văn thạc sĩ/luận án tiến sĩ): Khóa luận tốt nghiệp

3 Mã số sản phẩm học thuật (nếu có):

4 Thông tin tác giả (ghi tất cả tác giả của sản phẩm)

Vai trò

(Chủ nhiệm/thành viên/tác giả chính/đồng tác giả…) 1 Nguyễn Xuân Thành Đạt 17151184 Tác giả

5 Thông tin giảng viên hướng dẫn

Họ và tên: Trần Vi Đô MSCB: 4033

Khoa: Điện – Điện Tử

II Kết quả kiểm tra đạo văn

Ngày nộp sản phẩm

Ngày kiểm tra đạo

văn

% trùng lặp toàn nội dung

% trùng lặp cao nhất từ 1

nguồn

Lưu ý: % trùng lặp nêu ở bảng trên không tính % trùng lặp của danh mục tài liệu tham khảo

Nhóm tác giả sản phẩm học thuật và giảng viên hướng dẫn cam kết rằng:

1 Nội dung trong sản phẩm học thuật nêu trên không vi phạm đạo đức và liêm chính khoa học

2 Kết quả % trùng lặp nêu tại mục II là hoàn toàn chính xác và trung thực 3 Bằng việc ký xác nhận vào mẫu này, nhóm tác giả và giảng viên hướng dẫn cam kết chịu hoàn toàn trách nhiệm có liên quan đến sản phẩm học thuật nói trên

Xác nhận của đại diện nhóm tác giả Xác nhận của giảng viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày tháng năm 2024

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ

Họ và tên: Nguyễn Xuân Thành Đạt MSSV: 17151184 Tel: 0358197879

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá I TÊN ĐỀ TÀI: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch” II Nhiệm vụ

1 Các số liệu ban đầu: 2 Nội dung thực hiện:

- Nghiên cứu cách đọc nhà nhận dữ liệu từ đầu đọc mã vạch - Thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm - Thiết kế hệ thống SCADA

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 29/01/2024 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2024 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Vi Đô

Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày tháng năm 2024

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Nguyễn Xuân Thành Đạt MSSV: 17151184 Tên đề tài: “Hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch”

GVHD

01/02/2024 – 07/2/2024 Lên kế hoạch, thiết kế sơ bộ cho hề thống 08/02/2024 –

15/03/2024 Tính toán sơ bộ các thiết bị phần cứng 16/03/2024-

31/03/2024 Mua thiết bị theo những số liệu đã tính toán

01/04/2024 – 08/03/2024

- Thi công phần cứng, đi dây hoàn thiện - Chỉnh sửa cho phù hợp theo góp ý của giá viên hướng dẫn

09/03/2024 - 22/04/2024 Lập trình, cấu hình hệ thống 23/04/2024 –

15/05/2024

Lập trình và thiết kế giao diện điều khiển, web server, cơ sở dữ liệu

16/05/2024 - 31/05/2024

Chạy thử, sửa lỗi, cải thiện và hoàn thiện hệ thống hệ thống

01/06/2024 – 20/06/2024 Thực hiện viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày tháng năm 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi Nguyễn Xuân Thành Đạt cam đoan đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu của bản than tôi dưới tự hướng dẫn của tiến sĩ Trần Vi Đô Các kết quả công bố trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và không thực hiện sao chép từ bất kỳ công trình nào khác

Người thực hiện đề tài

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o

Tp HCM, ngày tháng năm 2024PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên sinh viên: Nguyễn Xuân Thành Đạt MSSV: 17151184 Hội đồng Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG MÃ VẠCH Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hoá Họ và tên GV hướng dẫn: TS Trần Vi Đô Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: ………

tối đa

Điểm đạt được

1

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của

Tính cấp thiết của đề tài 10

2

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật khoa học xã hội…

yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

Khả năng cỉa tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật,

7 Kết luận:

Được phép bảo vệ Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng năm 2024

Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch” là nội dung em đã tìm hiều, nhiên cứu và thực hiện khóa luận tốt nghiệp sau thời gian học tập tại Khoa Điện - Điện Tử, ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô đã tạo điều kiện để em được rèn luyện, học tập và tích lũy thêm kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng để có thể thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cám ơn đến giảng viên hướng dẫn TS Trần Vi Đô đã tận tình theo dõi tiến độ, hướng dẫn và đưa ra các lời khuyến để em có thể giải quyết mọi vấn đề gặp phải khi thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Nội dung của khóa luận tốt nghiệp em đã thực hiện khó tránh được những thiếu sót do bản thân chưa có đủ kinh nghiệm thực tế Em rất mong được nhận thêm những góp ý và sự chỉ dạy của quý thầy cô

Cuối cùng, em xin cám ơn và chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe để đạt thêm thật nhiều thành công trong cuộc sống

Em xin chân thành cám ơn!

TÓM TẮT

Trong các năm gần đây, sự phát triển của xuất nhập khẩu, công nghệ và nhu cầu tự động hóa trong sản xuất, công nghiệp và các ngành khác đang tăng cao Đã có rất nhiều hệ thống phân loại sản phẩm được ra đời Tuy nhiên với mỗi ngành thì mục tiêu và yêu cầu được đặt ra cho hệ thống là khác nhau Khóa luận có đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch” sẽ đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu và thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống hoạt động theo mục tiêu đặt ra Trên cơ sở các hệ thống đã có sẵn, cỉa tiến và điều chỉnh cho phù hợp với mục tiêu đề ra Kết quả đạt được rất khả quan với độ chính xác cao và khả năng điều chỉnh, thay đổi thông số cho phù với những khu vực khác Nội dung khóa luận được trình bay theo kết cấu sau:

• Phần mở đầu: Chương 1

- Lý do chọn đề tài: trình bày lý do chọn đề tài này - Mục tiêu nghiên cứu: trình bày rõ mục tiêu cần đạt được sau khi thực

hiện khóa luận tốt nghiệp - Đối tượng và phạm vi: trình bày đối tượng nghiên cứu bao gồm

những gì và phạm vi nghiên cứu • Phần nội dung: Chương 2, chương 3 và chương 4

- Cơ sở lý thuyết: trình bày những hệ thống đã được thực hiện và những khái niệm cơ bản được sử dụng để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

- Thiết kế phần cứng: trình bày cách tính toán và lựa chọn thiết bị phần cứng cho hệ thống

- Thiết kế phần mềm: trình bày cách cấu hình phần mềm cho hệ thống • Phần kết luận: Chương 5 và chương 6

- Kêt quả thực nghiệm: trình bày kết quả đạt được sau khi thiết kế và thi công hoàn chỉnh

- Kết luận: trình bày kêt quả đạt được, hạn chế và hướng phát triển trong tương lai cho hệ thống

DANH MỤC HÌNH

Hình 1- 1 Kho phân loại hàng xuất nhập khẩu 1

Hình 1- 2 Hệ thống phân loại hành lý trong sân bay 1

Hình 1- 3 Hệ thống phân loại trong nhà máy 2

Hình 2- 1 Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview 5

Hình 2- 2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo barcode 6

Hình 2- 3 Cấu trúc truyền dữ liệu RS-232 9

Hình 3- 1 Sơ đồ khối của hộ thống 11

Hình 3- 2 PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 13

Hình 3- 3 Sơ đồ chân của PLC 14

Hình 3- 4 HoneyWell IS3480 15

Hình 3- 5 Hệ thống băng tải 16

Hình 3- 6 Các tỷ số truyền hiện hành 17

Hình 3- 7 Thông số động cơ khi có hộp số 17

Hình 3- 8 Hiệu suất của hộp số 18

Hình 3- 9 Thông số tiêu chuẩn của động cơ 18

Hình 3- 10 Biến tần Mitsubishi FR-D720-0.2K 19

Hình 3- 11 Relay khối Omron G6B-4BND DC24 21

Hình 3- 12 Nút nhấn nhả màu xanh, đỏ và vàng 22

Hình 3- 13 Các đèn báo 23

Hình 3- 14 Bảng thông số xy lanh Airtac 24

Hình 3- 15 Thông số kỹ thuật của xy lanh khí nén Airtac 24

Hình 3- 16 Valve khí nén 5/2 24

Hình 3- 17 Thông số nguồn 25

Hình 3- 18 Aptomat Mitsubishi BHW-T4-C25 25

Hình 3- 19 Sơ đồ đấu dây nguồn 27

Hình 3- 20 Sơ đồ đấu dây PLC 28

Hình 3- 21 Sơ đồ đấu dây ngõ vào 29

Hình 3- 22 Sơ đồ đấu dây ngõ ra 30

Hình 3- 23 Sơ đồ đấu dây cảm biến 31

Hình 3- 24 Sơ đồ đấu dây khí nén 32

Hình 3- 25 Sơ đồ đấu dây đèn báo 33

Hình 3- 26 Sơ đồ mạch động lực 34

Hình 3- 27 Thi công phần cứng 35

Hình 3- 28 Đấu nối dây tủ điện 35

Hình 4 - 1 Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống 36

Hình 4 - 2 Lưu đồ giả thuật chương trình chính 37

Hình 4 - 3 Lưu đồ giải thuật chương trình chạy tự động 37

Hình 4 - 4 Lưu đồ giải thuật chương trình chạy bằng tay 38

Hình 4 - 5 Lưu đồ giải thuật chương trình cơ sở dữ liệu 38

Hình 4 - 6 Tạo dự án TIA Portal 39

Hình 4 - 7 Chọn PLC 39

Hình 4 - 8 Khởi tạo bộ đếm tốc độ cao 41

Hình 4 - 9 Chọn địa chỉ ngõ vào cho encoder 41

Hình 4 - 10 Thiết lập tần số quét cho ngõ vào encoder 42

Hình 4 - 11 Kích hoạt web server cho PLC 42

Hình 4 - 12 Các chương trình con trong hệ thống 43

Hình 4 - 13 Khởi tạo giao diện điều khiển 45

Hình 4 - 14 Thêm cổng kết nối 45

Hình 4 - 15 Tạo kết nối với PLC 46

Hình 4 - 16 Tạo kết nối với HMI 46

Hình 4 - 17 Giao diện điều khiển 46

Hình 4 - 18 Giao diện cài đặt 47

Hình 4 - 19 Tạo chứng chỉ cho WEBSERVER 47

Hình 4 - 20 Tạo tài khoản đăng nhập 48

Hình 4 - 21 Bỏ chọn “Activate secure download” 48

Hình 4 - 22 Hoàn thành cấu hình WEBSERVER 48

Hình 4 - 23 Đăng nhập vào SQL Server 49

Hình 4 - 24 Tạo tài khoản đăng nhập 49

Hình 4 - 25 Tạo cơ sở dữ liệu 50

Hình 4 - 26 Tạo bảng dữ liệu 50

Hình 4 - 27 Cấu hình bảng dữ liệu 51

Hình 4 - 28 Cấu hình địa chỉ IP 51

Hình 4 - 29 Nhập địa chỉ IP lên PLC 52

Hình 4 - 30 Chọn Hardware Identify 52

Hình 5 - 1 Các mẫu vật 53

Hình 5 - 2 Các hình thức đặt vật 53

Hình 5 - 3 Mặt trước của hệ thống 54

Hình 5 - 4 Mặt trên của hệ thống 54

Hình 5 - 5 Mặt trái của hệ thống 54

Hình 5 - 6 Mặt bên phải của hệ thống 55

Hình 5 - 7 Mặt trước của tủ điện 55

Hình 5 - 8 Phía trong tủ điện điều khiển 56

Hình 5 - 9 Sản phẩm thứ nhất khi đi qua máy quét 56

Hình 5 - 10 Sản phẩm thứ nhất được đẩy vào kho 56

Hình 5 - 11 Sản phẩm thứ hai sau khi đi qua máy quét 57

Hình 5 - 12 Sản phẩm thứ hai được đẩy vào kho 57

Hình 5 - 13 Sản phẩm thứ ba sau khi đi qua máy quét 57

Hình 5 - 14 Sản phẩm thứ ba được đẩy vào kho tương ứng 58

Hình 5 - 15 Màn hình điều khiển 58

Hình 5 - 16 Màn hình cài đặt 59

Hình 5 - 17 Trang thay đổi thông tin người dùng 59

Hình 5 - 18 Nhập dữ liệu thủ công 59

Hình 5 - 19 Lọc theo ngày vào kho 60

Hình 5 - 20 Lọc theo mã sản phẩm thứ nhất 60

Hình 5 - 21 Lọc theo mã sản phẩm thứ hai 61

Hình 5 - 22 Lọc theo mã sản phẩm thứ ba 61

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 - 1 So sánh giữa các giao thức truyền thông 9

Bảng 3- 2 Lựa chọn thiết bị 12

Bảng 3- 3 Thông số kỹ thuật PLC 14

Bảng 3- 6 Thông số kỹ thuật đầu đọc mã vạch 15

Bảng 3- 7 Thông số kỹ thuật biến tần 20

Bảng 3- 8 Thông số kỹ thuật relay trung gian 21

Bảng 3- 9 Thông số kỹ thuật MCB 26

Bảng 4 - 1 Bảng địa chỉ ngõ vào 40

Bảng 4 - 2 Bảng địa chỉ ngõ ra 41

Bảng 5 - 1 Kết quả thực nghiệm 61

CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt

PLC Programable Logic Ctrol Bộ điều khiển có thể được

LAN Local Area Network Mạng nội bộ

HTML Hyper Text Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn

bản

MCB Miniature Circuit Breaker Thiết bị đóng ngắt dòng điện

SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn có cấu

trúc

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ v

LỜI CAM ĐOAN vii

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP viii

LỜI CẢM ƠN xi

TÓM TẮT xii

DANH MỤC HÌNH xiii

DANH MỤC BẢNG xvi

CÁC TỪ VIẾT TẮT xvii

MỤC LỤC xviii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

Đặt vấn đề 1

Mục tiêu 3

Nội dung nghiên cứu 3

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 3

1.3.3 Bố cục đề tài 4

Giới hạn 4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

Những hệ thống tương tự đã có hiện nay 5

2.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview 5

2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo barcode 6

2.1.3 Các cải tiển của hệ thống 6

Các dạng mô hình phân loại sản phẩm 6

Web server là gì 7

Tổng quan về WINCC Unified 7

Cách đọc và truyền dữ liệu từ đầu đọc mã vạch về PLC 8

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 11

Sơ đồ khối của hệ thống 11

Lựa chọn thiết bị điều khiển 12

3.2.1 Lý do chọn PLC 12

3.2.2 PLC Siemens s7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 13

Tính toán và lựa chọn các thiết bị còn lại 14

3.3.1 Đầu đọc mã vạch HoneyWell IS3480 14

3.3.2 Động cơ 16

3.3.3 Biến tần 18

3.3.4 Relay trung gian 21

3.3.5 Nút nhấn và đèn báo 22

3.3.6 Tính toán lựa chọn xy lanh khí nén và van khí nén 23

3.3.7 Tính toán lựa chọn nguồn 24VDC 24

3.3.8 Tính toán lựa chọn MCB 25

Sơ đồ đấu dây hệ thống 26

Thi công hoàn chỉnh phần cứng hệ thống 35

CHƯƠNG 4 THIIẾT KẾ PHẦN MỀM 36

Lập trình hệ thống 36

4.1.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống 36

4.1.2 X`Khởi tạo dự án 39

4.1.3 Cấu hình phần cứng 41

4.1.4 Lập trình phần mềm 42

Thiết kế giao diện điều khiển 45

Thiết kế web server 47

Thiết kế cơ sở dữ liệu 49

Cấu hình protocol để giao tiếp giữa PLC và SQL Server 51

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 53

Mẫu vật sử dụng 53

Kết quả phần cứng 53

Đi dây tủ điện 55

Kết quả thiết kế phần mềm 56

Kết quả thiết kế giao diện điều khiển 58

Kết quả thiết kế web truy xuất dữ liệu 60

Kết quả thực nghiệm 61

Nhận xét 61

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 63

Kết quả đạt được 63

Những hạn chế còn tồn tại 63

Hướng phát triển 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 65

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ngày nay khi nhu cần xuất nhập khẩu và giao hàng đang được đẩy mạnh thì việc phân loại hàng hoá cũng cần phải được cải thiện Trong đó rất nhiều nhà máy, kho hàng hay ở các sân bay với lượng hàng ra vào hàng ngày là rất nhiều Đây cũng là một khâu cơ bản trước khi hàng hoá được vận chuyển đi các khu vực khác như các tỉnh thành hoặc thậm chí là các nước khác trên thế giới

Hiện nay có rât nhiều mô hình phân loại hàng hoá đang được sử dụng: - Trong các kho xưởng xuất nhập khẩu:

-

Hình 1- 1 Kho phân loại hàng xuất nhập khẩu

(Nguồn:https://als.com.vn/phan-loai-hang-hoa-chuyen-cho-thong-qua-duong-hang-khong) - Trong sân bay:

Hình 1- 2 Hệ thống phân loại hành lý trong sân bay

https://vnexpress.net/he-thong-phan-loai-hanh-ly-tu-dong-trong-san-bay-anh-3939898.html )

- Trong nhà máy sản xuất

Hình 1- 3 Hệ thống phân loại trong nhà máy

(Nguồn: Công ty cổ phần kỹ thuật và công nghiệp Việt Nam(bangtai.net)) Trong những ngành nghề khác thì việc phân loại sản phẩm rất quan trọng, nhờ đó ta có thể biết được sản phẩm cần đi đâu để có thể đưa ra lộ trình vận chuyển hợp lý

Hiện tại có rất nhiều mô hình phân loại hàng hoá khác nhau Những mô hình này đề có mục đích là phân loại hàng hoá theo các nhóm riêng biệt tuỳ vào nhu

cầu của người sử dụng

Đối với các nơi cần phân loại sản phầm với trọng lượng cao thì người ta thường sử dụng xe nâng và nhân công quét mã trên những kiện hàng

Ưu điểm của mô hình này bao gồm: - Có khả năng tải được hàng hoá có khối lượng lớn - Dễ dàng di chuyển hàng hoá vào các kệ

- Tính linh hoạt cao Nhược điểm của mô hình này bao gồm: - Mặt bằng cần rộng lớn do hàng hoá có khối lượng nặng thường có kích

thước khá to - Tốc độ phân loại khá hạn chế - Cần sử dụng khá nhiều nhân công - Luôn cần nhân công để sử dụng máy quét

Đối với các nơi cần phân loại với tốc độ cao và hàng hoá có khối lượng vừa phải thì người ta thường sử dụng hệ thống phân loại sử dụng máy quét mã gắn trên băng tải và xy lanh đẩy

Ưu điểm của mô hình này bao gồm: - Tốc độ phân loại có thể điều chỉnh được, từ chậm đến nhanh tuỳ vào số

lượng hàng hoá - Nhân công cần để vận hành cho mô hình khá thâp

Nhược điểm của mô hình này bao gồm: - Khả năng phân loại sản phẩm kích thước to và khối lượng nặng là rất hạn

chế - Tính linh hoạt trong các nhóm mặt hàng khá hạn chế để thêm nhóm mặt

hàng vào hệ thống là khá khó khan

Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là “Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã mã vạch” là tìm hiểu và thiết kế hệ thống có thể phân loại được sản phẩm có dán mã vạch với một số thông số như sau:

- Tốc độ phân loại 60 sản phẩm mỗi phút - Tốc độ tối đa của băng tải là 50mm/s - Điều khiển thông qua màn hình điều khiển và web server - Có thể truy xuất và xuất dữ liệu từ xa

Nội dung nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã mã vạch

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Nhóm đã nghiên cứ và thiết kế hệ thống dựa trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm

Lý thuyết: - Tham khảo các tài liệu, nguồn thông tin về các đọc mã mã vạch - Đọc và tìm hiểu các giao tiếp giữa đầu đọc mã và hệ thống xử lý tín

hiệu

- Nghiên cứu tính toán động lực học của hệ thống Thực nghiệm:

- Lựa chọn thiết bị thi công phù hợp cho hệ thống - Dự trù kinh phí trong việc chế tạo và vận hành hệ thống - Chạy thực nghiệm và so sánh với mục tiêu đề ra

- Rút kinh nghiệm và khắc phục

1.3.3 Bố cục đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN: đặt vấn đề, mục tiêu của đề tài CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: các hệ thống tương tự đã được thực hiện và tổng quan các lý thuyết được sử dụng trong đề tài

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG: trình bày phần thiết kế phần cứng của hệ thống, cách chọn các thiết bị sử dụng

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM: trình bày cách cấu hình, nội dung phần mềm và thiết kế giao diện điều khiển

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: trình bày về kết quả khi vận hành hệ thống

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN: trình bày về kết quả đã đạt được, hạn chết và hướng phát triển của đề tài

dụng mạng LAN

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Những hệ thống tương tự đã có hiện nay 2.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview

Hệ thống này được nghiên cứu và phát triển bởi cựu sinh viên trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh khóa K17, năm thực hiện đề tài vào 2022

Hình 2- 1 Hệ thống phân loại sản phẩm lỗi ứng dụng xử lý ảnh Labview

(Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=RnTQMvCN21c&t=848s) Sơ bộ về hệ thống này:

- Xử dụng hai máy ảnh để xác định mã vạch, màu sản phẩm và số lượng sản phẩm

- Phân loại theo các thông số được thiết lập theo yêu cầu - Ưu điểm của hệ thống:

- Có thể phân loại được nhiều dạng sản phẩm - Có độ chính xác khá cao theo mô tả của tác giả - Nhược điểm của hệ thống:

- Chỉ phân loại một sản phẩm trên băng tải trong một lần - Tốc độ phân loại không cao

- Luôn phải đi kèm máy tính để đọc dữ liệu từ máy ảnh

2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo barcode

Đề tài được thực hiện bởi cựu sinh viên trường đại học Tôn Đức Thắng, năm thực hiện vào 2020

Hình 2- 2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo barcode

(Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=jqFlT0qoZQo&t=214s) Sơ bộ về hệ thống:

- Phân loại sản phẩm theo mã barcode được định sẵn - Sử dụng máy ảnh để đọc barcode

- Ưu điểm của hệ thống: - Có khả năng đọc được nhiều mã barcode trên cùng một sản phẩm - Khả năng nhận diện và đọc barcode khá chính xác

- Nhược điểm của hệ thống: - Tốc độ phân loại còn khá thấp - Chỉ có thể phân loại mỗi lần một sản phẩm

2.1.3 Các cải tiển của hệ thống

Dựa vào các ưu và nhược điển của những hệ thống đã được làm trước đây, hệ thống của nhóm có những cải tiển như sau:

- Khả năng điều khiển tốc độ băng tải - Khả năng phân loại tốc độ cao với nhiều sản phẩm cùng lúc và tối đa là

mười sản phẩm

Các dạng mô hình phân loại sản phẩm

Ngoài ra hiện nay có rất nhiều các hệ thống phân loại sản phẩm khác như:

- Phân loại sản phẩm theo kích thước - Phân loại sản phẩm theo khối lượng - Phân loại sản theo màu sắc

- Phân loại sản phẩm theo loại vật liệu - …

Web server là gì

Thuật ngữ web server hiện nay đã không còn lạ lẫm gì với đa số mọi người Với PLC Siemens S7-1200 hoặc với những hãng khác thì web server là một ứng dụng để chúng ta có thể điều khiển các thiết bị ngoại vi và cơ cấu chấp hành thông qua PLC ở bất cứ đâu có Internet Ngoài ra ta còn có thể nhập/xuất dữ liệu của PLC

Trên PLC S7-1200 chúng ta có nhiều cách để thiết kế một web server như: - Thiết kế thông qua một trang HTML

- Sử dụng WINCC Unified Trong đó việc thiết kế thông qua một trạng HTML sẽ đơn giản và được áp dụng nhiều hơn, tuy nhiên với các hệ thống phức tạp và nhiều chi thiết thì việc thiết kế bằng HTML sẽ gặp một số hạn chế như tốc độ truyền tín hiệu từ PLC và Internet Nếu có quá nhiều tác vụ cần thực hiện thì khả năng cao sẽ bị gián đoạn hoặc không điều khiển được do cần thông qua một thư viện lập trình của Jquery, trong trường hợp ta khác phục được điều đó thì tín hiệu cũng sẽ bị gián đoạn do chúng cần chờ thời gian đọc trong mỗi vòng lặp, thông thường sẽ là khoảng một đến hai giây Ở trường hợp này ta nên sử dụng WINCC Unified vì khả năng truyền dữ liệu rất nhanh do được kết nối thẳng với PLC mà không thông qua một phần mềm nào khác

Tổng quan về WINCC Unified

WINCC Unified là phần mềm dùng để cấu hình cho HMI đặt tại các hệ thống cho đến các giản pháp SCADA phức tạp Được thiết kế bởi Siemens và là một phần của bộ công cụ TIAPortal

WINCC Unified cho phép người dùng thiết kế các giao diện đồ họa để tương tác, điều khiển và giám sát các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp Phần mềm

này được thiết kế để hoạt động tốt trên các nền tảng web sử dụng HTML5, SVG và cả JavaScript, cho phép chúng ta truy cập kết nối từ xa linh hoạt giữa các thiết bị và hệ thống khác nhau WINCC Unified cung cấp các tính năng mạnh mẽ như quản lý dữ liệu, xử lý cảnh báo, lưu trữ và xuất báo cáo

Các tính năng nổi bật của WINCC Unified: - Cung cấp các mẫu giao diện sẵn có giúp người dùng cấu hình các thành

phần trong dự án nhanh chóng và đẹp mặt - Đối với các client chỉ cần sử dụng trình duyệt web thông thường và không

cần cài đặt phức tạp - Hỗ trợ sâu về JavaScript - Quản lý dữ liệu, xử lý cảnh báo, lưu trữ và xuất báo cáo linh hoạt hơn nhiều

các phiên bản WINCC trước đây - Có hỗ trợ cơ sở dữ liệu Microsoft SQL hoặc SQLite

Cách đọc và truyền dữ liệu từ đầu đọc mã vạch về PLC

Hiện nay, đa phần các đầu đọc mã vạch đều sử dụng giao thức kết nối 232, RS-422 hoặc RS-485 để giao tiếp với máy tính hoặc PLC Tuy nhiên các giao thức kết nối này lại có sự khác nhau rõ rệt:

Số thiết bị tối đa 1 1 (10 thiết bị ở

chế độ nhận)

32 (với các bộ lặp lớn hơn thường lên tới 256)

Dạng thức truyền Truyền

Fullduplex (Song song)

Truyền Fullduplex (Song song)

Truyền Halfduplex (2 dây) và

Fullduplex(4 dây)

Khoảng cách tối đa 15m với tốc độ

9600bps

1200m với tốc độ 9600bps

1200m với tốc độ 9600bps Cấu trúc liên kết Point-to-Point Point-to-Point Multy-Point

Bảng 2 - 1 So sánh giữa các giao thức truyền thông

Trong đề tài này, nhóm sử dụng chuẩn giao thức RS-232 nên sẽ chỉ đi sâu vào chuẩn kết nối này

Giao diện RS-232 (TIA/EIA-232) dành cho việc tổ chức truyền dữ liệu giữa máy phát hoặc thiết bị đầu cuối (Thiết bị đầu cuối dữ liệu tiếng Anh, DTE) và thiết bị thu hoặc truyền thông (Thiết bị truyền thông dữ liệu tiếng Anh, DCE) sơ đồ point-to-point

Giao thức RS-232 hoạt động ở chế độ song song, cho phép người dùng gửi và nhận thông tin cùng một lúc Điều này trái ngược với chế độ bán song song, khi một liên kết được sử dụng để nhận và truyền dữ liệu, nó bị hạn chế đối với hoạt động nhận và truyền cùng một lúc

Thông tin trong giao thức RS-232 được truyền dưới dạng kỹ thuật số với hai mức logic 0 và 1 Logic “1” tương ứng với điện áp từ -3 đến -15V, và logic “0” tương ứng với điện áp từ +3 đến +15V

Cấu trúc truyền dữ liệu trong RS-232 như hình sau:

Hình 2- 3 Cấu trúc truyền dữ liệu RS-232

- Một dữ liệu được gửi qua RS-232 sẽ bao gồm một bit bắt đầu, một số bit dữ liệu, bit chẵn lẻ và bit kết thúc

- Bit bắt đầu (Start bit) là bit biểu thị sự bắt đầu của việc truyền chuỗi dữ liệu, thường là sẽ bằng 0

- Bit dữ liệu (Data bit) sẽ bao gồm 5, 6, 7 hoặc 8 bit dữ liệu - Bit chẵn lẻ (Parity bit) là bit được thêm vào để kiểm tra, phát hiện lỗi trong

dữ liệu được truyền đi hoặc trong khi đọc dữ liệu - Bit kết thúc (Stop bit) là bit cho biết việc truyền dữ liệu đã kết thúc

Để có thể đọc được tín hiệu tốt nhất và chính xác thì chúng ta cần thiết lập đúng thông số các bit trên.

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3- 1 Sơ đồ khối của hộ thống

Tổng quan về sơ đồ khối của hệ thống: - Khối nguồn: có chức năng cung cấp điện cho hệ thống - Màn hình điều khiển: bao gồm bảng điều khiển để quan sát trạng thái của

hệ thống Có thể tuỳ chỉnh các chế độ vận hành và quan sát trạng thái hoạt động của các thiết bị

- Máy tính: dùng để lập trình phần mềm, giao diện điều khiển và nạp chương trình vào PLC, có thể sử dụng để cấu hình cho biến tần

- Bộ điều khiển trung tâm: nhận lệnh điều khiển từ các nút nhấn, cảm biến từ đó ra tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành

- Van khí nén: nhận tín hiệu đóng ngắt từ bộ điều khiển để vận hành xy lanh khí nén

- Máy nén khí: cấp khí nén cho van khí nén để vận hành xy lanh Trong quá trình thiết kế mạch điều khiển với từng nhiệm vụ mong muốn, thì bên cạnh đó ta cũng cần quan tâm tới vấn đề án toàn của bản than và người vận hành máy trong quá trình sử dụng, do đó việc lựa chọn thiết bị phù hợp là điều rất quan trọng

Lựa chọn thiết bị điều khiển

Dựa vào các yêu cầu ban đầu của hệ thống, nhóm đã lựa chọn sơ bộ cho các các thiết bị cần có trong hệ thống như sau:

1 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bộ điều khiển trung tâm

2 Module S7-1200, Communication CM 1241 Giao tiếp RS232 với đầu

đọc mã vạch

4 Nút nhấn, đèn Thiết bị điều khiển

5 Biến tần Mitsubishi Điều khiển động cơ

7 Nguồn Omron S8FS-C350-24J Nguồn điện 24V

- Việc sử dụng PLC sẽ khiến cho linh kiện cần dùng sẽ được giảm xuống rất nhiều do đó dây dẫn cần thiết cho hệ thống cũng sẽ ít hơn và kích thước cũng nhỏ gọn hơn

- Công suất tiêu thụ nhỏ hơn so với hệ thống sử dụng relay

- Dễ dàng thay đổi quy trình vận hành của hệ thống bằng cách nạp hoặc sửa lại chương trình PLC mới thông qua phần mềm lập trình Đây cũng là ưu điểm lớn nhất nhất của hệ thống có sử dụng PLC

- Được tích hợp công nghệ vi xử lý bán dẫn nên tốc độ phản ứng cũng như nhận tín hiệu của hệ thống PLC là rất nhanh

- Độ bền và độ tin cậy nằm ở mức cao do được sản xuất dành cho các hệ thống công nghiệp

- Quy trình bảo dưỡng được thực hiện dễ dàng và tốn ít nhân lực hơn - Việc lập trình cho hệ thống cũng khá đơn giản với người dùng nên có thể

- Nhỏ gọn - Số lượng I/O phù hợp với hệ thống nên không cần sử dụng thêm module

I/O

Hình 3- 2 PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

• Thông số kỹ thuật

Thông số CPU 1214C DC/DC/DC

Điện áp hoạt động 20.4VDC-28.8VDC Phát xung tốc độ cao 4 kênh 100kHz, 4 kênh 40kHz

Phần mềm lập trình Tia Portal

Bảng 3- 2 Thông số kỹ thuật PLC

Sơ đồ chân của PLC:

Hình 3- 3 Sơ đồ chân của PLC

Tính toán và lựa chọn các thiết bị còn lại 3.3.1 Đầu đọc mã vạch HoneyWell IS3480

Dựa theo yêu cần hệ thống, nhóm chọn HoneyWell IS3480 để sử dụng là đầu đọc mã vạch cho hệ thống

Đầu đọc mã vạch này đáp ứng được tất cả các loại mã vạch 1D hiện nay trên thế giới Tuy nhiên để có thể giao tiếp một cách ổn định ta cần thiết lập lại cài đặt dựa trên sổ tay hướng dẫn của nhà máy

Ưu điểm: - Nhỏ gọn - Tốc độ đọc giữa 2 lần liên tiếp cao - Hoạt động ổn định

Nhược điểm: - Không đọc được mã 2D - Quy trình cài đặt để giao tiếp được với PLC khá phức tạp

Hình 3- 4 HoneyWell IS3480

Thông số kỹ thuật

Chuẩn giao tiếp RS232, USB, Keyboard Wedge,

RS485, OCIA, Điện áp định mức 5VDC ± 0,25VDC

Mã vạch có thể giao tiếp

Code 39, Code 93, Code 128, UPC/EAN/JAN, Code 2 of 5, Code 11, Codabar, MSI Plessey, GS1 DataBar, Telepen, Trioptic

Ký tự tối đa của mã vạch có thể đọc 80 ký tự

Bảng 3- 3 Thông số kỹ thuật đầu đọc mã vạch

3.3.2 Động cơ a) Thông số ban đầu

Hình 3- 5 Hệ thống băng tải

Dựa vào yêu cầu và giới hạn hệ thống, nhóm đưa ra số liệu cơ bản của hệ thống băng tải như sau:

- Trọng lượng tối đa đặt trên băng tải: M1=3kg - Ngoại lực tác động khi đặt vật lên băng tải: Fa=0N - Hệ số ma sát: μ=0.3

- Đường kính roller: D=34mm - Khối lượng con lăn: 100g - Hiệu suất của hộp số: η1=0.9 - Vận tốc tối đa: 50mm/s - Điện áp động cơ: U=220VAC / 50Hz - Thời gian hoạt động: ≈18 tiếng/ngày

b) Tính toán hộp số

• Vận tốc tại đầu trục hộp số: 𝑁𝐺 =𝑉 ∗ 60

𝜋 ∗ 𝐷 =

(50 ± 5) ∗ 60𝜋 ∗ 34 = 28.1 ± 2.8(𝑟𝑝𝑚)

Động cơ ba pha 220VAC theo cataloge tiêu chuẩn của OrientalMotor thì tốc độ định mức 1000~1200 rpm

• Tỷ số truyền cho hộp số: 𝑖 =𝑅𝑎𝑡𝑒𝑑 𝑟𝑝𝑚

1000~120028.1 ± 2.8 = 35.5~42.7 Dựa vào cataloge tiêu chuẩn của OrientalMotor thì chọn i = 36

Hình 3- 6 Các tỷ số truyền hiện hành

• Tính tổng lực tác dụng lên băng tải: 𝐹 = 𝐹𝑎 + 𝑚 × 𝑔 × (𝑠𝑖𝑛𝜃 + 𝜇 × 𝑐𝑜𝑠𝜃)

= 0 + 3 × 9.807 × (𝑠𝑖𝑛0° + 0.3 × 𝑐𝑜𝑠0°) = 8.83(𝑁)

• Tính moment xoắn trục hộp số: 𝑇′𝐿 =𝐹 × 𝐷

2 × 𝜂 =

8.83 × 34 × 10−32 × 0.9 = 0.1668(𝑁𝑚) Sau đó ta nhân thêm hệ số an toàn Sf=2

→ 𝑇𝐿 = 𝑇′𝐿 × 2 = 0.1668 × 2 = 0.333(𝑁𝑚) Dựa vào kết quả tính toán trên, ta lựa chọn sơ bộ (tương đối) cho hộp số là 2GN36K -> động cơ 2IK6GN-SW2L

Hình 3- 7 Thông số động cơ khi có hộp số

Tính moment xoắn tại đầu trục động cơ: - Dựa theo cataloge ta thấy được hiệu suất của hộp sô 2GN15K là 81%

Hình 3- 8 Hiệu suất của hộp số

𝑇𝑀 = 𝑇𝐿𝑖 × 𝜂𝐺 =

0.33336 × 0.73= 0.013(𝑁𝑚) = 13(𝑚𝑁𝑚) Từ đó ta có được moment xoắn tính toán lý thuyết của động cơ là 0.027Nm hay 27mNm

c) Kiểm tra lại moment khởi động của động cơ

Hình 3- 9 Thông số tiêu chuẩn của động cơ

Dựa vào cataloge của hãng cung cấp ta thấy được moment khởi động của động cơ là 41 mNm > 13 mNm theo tính toán Vậy nên động cơ và hộp số đã chọn sơ bộ phù hợp với yêu cầu hệ thống

3.3.3 Biến tần

Dựa vào động cơ đã chọn sau khi tính toán, công suất của động cơ theo nhà sản xuất công bố là 6W, do đó nhóm chọn biến tần phù hợp là Mitsubishi FR-D720-0.2K

Hình 3- 10 Biến tần Mitsubishi FR-D720-0.2K

Ưu điểm: - Nhỏ gọn - Phù hợp với công suất của động cơ - Tối ưu hoá việc điều khiển động cơ

Thông số kỹ thuật:

Tần số ngõ ra tối đa 400Hz