Nguyễn Tấn Đời Họ và tên Sinh viên: Phùng Minh Đức MSSV: 20151462 Huỳnh Đặng Việt Hà Vũ Hoàng Hiệp MSSV: 20151464 MSSV: 20151470 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và tự động hó
TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ, từ lâu đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, đang ngày càng khẳng định vai trò của mình trong mọi lĩnh vực Đặc biệt trong thế giới công nghiệp hiện đại, công nghệ đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất Từ tự động hóa với các robot công nghiệp và hệ thống PLC, đến Internet vạn vật công nghiệp (IoT) kết nối các thiết bị và máy móc, công nghệ đang biến đổi toàn bộ cách thức hoạt động của nhà máy
Hình 1 1 Ứng dụng máy móc tự động trong dây chuyền sản xuất
Chính vì vậy, các mô hình hệ thống phân loại sản phẩm và lưu trữ hàng hóa cũng được ứng dụng các công nghệ tự động hóa để giúp tối ưu hóa không gian kho, có các robot vận chuyển tự động, tăng cường khả năng lưu trữ hàng hóa Bên cạnh đó, quá trình nhập xuất hàng hóa cũng được tự động hóa với công nghệ mã vạch, RFID, giúp tăng tốc độ và độ chính xác, đồng thời giảm thiểu sai sót và công sức nhân lực Hơn nữa, các hệ thống quản lý kho tự động còn cải thiện đáng kể việc theo dõi tồn kho, giúp người dùng nắm bắt tình hình một cách chính xác và kịp thời Việc ứng dụng công nghệ tự động còn mang lại hiệu quả vượt trội trong việc tiết kiệm chi phí nhân công và cải thiện năng suất lao động
Hình 1 2 Ứng dụng cánh tay robot trong hệ thống lưu kho
Với các ưu điểm trên, nhóm chúng em đã tiến hành chọn và nghiên cứu đề tài
“Hệ thống phân loại sản phẩm và lưu kho tự động quản lý bằng mã QR” để theo kịp xu hướng và đáp ứng nhu cầu xu hướng hiện tại của thế giới Hệ thống bao gồm một hệ thống khung giàn (Racking) kết hợp với một hệ thống máy trục (Crane) tự động để nhập xuất hàng Hệ thống này sẽ bao gồm phần cứng và phần mềm Trong đó phần mềm sẽ giữ vai trò điều khiển giám sát và quản lý dữ liệu hàng hoá thông qua giao diện màn hình WebServe.Về phần cứng của hệ thống sẽ bao gồm các băng tải vận chuyển hàng hóa, hệ thống giá kệ cố định, cơ cấu lấy cất hàng vào/ra các cửa nhập/xuất của kho Mô hình được điều khiển thông qua PLC Siemen S7-1200 kết hợp cùng với máy quét mã vạch Webcam 1080p để phân loại sản phẩm, động cơ bước để điều khiển vị trí vận tốc của hệ thống máy trục.
MỤC TIÊU
- Thiết kế, thi công hoàn thiện mô hình phân loại sản phẩm và lưu kho tự động sát với thực tế và hoạt động ổn định dựa trên những yêu cầu thực tế của hệ thống
- Ứng dụng PLC vào thực tiễn để vận hành hệ thống
- Dùng Webserver để tạo giao diện giám sát và điều khiển hệ
- Thông tin về lỗi sẽ được hiển thị khi có lỗi xảy ra với hệ thống.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đồ án “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ LƯU KHO TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ BẰNG MÃ QR” gồm các nội dung như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày, giới thiệu tổng quan, nguyên lý hoạt động của hệ thống, hệ thống lưu kho AS/RS Sơ lược về PLC S7-200, quản lý dữ liệu SQL, và giao diện thiết kế Webserver,…
Chương 3: Tính toán thiết kế
Chương này trình bày những tính toán thiết kế (về phần cơ và điện) để đáp ứng yêu cầu của hệ thống, dựa vào đó để lựa chọn thiết bị phù hợp, vẽ sơ đồ đấu nối điện và giải thuật điều khiển hệ thống,…
Chương 4: Thi công hệ thống
Chương này trình bày công đoạn thi công lắp ráp phần cứng (cơ khí và điện) dựa trên thiết kế trước đó, cài đặt thiết bị
Chương 5: Kết quả thực hiện
Chương này trình bày kết quả mô phỏng và thực tế đạt được của hệ thống khi thực hiện đề tài
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Chương này trình bày các kết luận rút ra được từ đề tài, các nhược điểm và hướng phát triển của đề tài trong tương lai.
GIỚI HẠN
Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ có những giới hạn nhất định mà nhóm chưa thể thực hiện được cụ thể như sau:
- Đề tài mới dùng ở mức lần lượt phân loại và lưu kho 2 sản phẩm khác nhau trong cùng một thời điểm
- Mô hình là bản thu nhỏ so với mô hình hệ thống thực tế
- Vẫn còn sai sót trong quá trình thực hiện đề tài
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO
2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO
Hệ thống lưu kho là một phần quan trọng trong quản lý chuỗi cung ứng và logistics Nó bao gồm việc lưu trữ hàng hóa, nguyên liệu và sản phẩm ở một địa điểm cụ thể cho đến khi chúng được phân phối hoặc sử dụng Khi công nghệ chưa được áp dụng mạnh mẽ trong các dây chuyền, hệ thống lưu kho truyền thống là hệ thống chính được sử dụng để quản lý kho hàng Các kho này thường có cấu trúc vật lý như nhà kho và giá kệ, được trang bị các phương tiện hỗ trợ như xe nâng hàng và xe đẩy tay để di chuyển và sắp xếp hàng hóa Hệ thống này chủ yếu dựa vào lao động thủ công để thực hiện các nhiệm vụ như nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa và cần phải kiểm kê định kỳ bằng tay để theo dõi số lượng và chất lượng hàng hóa.Hệ thống này có lợi thế là đơn giản, dễ hiểu, và có chi phí đầu tư thấp, đồng thời cho phép sự linh hoạt trong việc điều chỉnh quy mô và bố trí kho theo nhu cầu Tuy nhiên, nó cũng có nhiều hạn chế như hiệu quả thấp, rủi ro sai sót cao do quy trình thủ công, và khó khăn trong việc quản lý thông tin và theo dõi tình trạng hàng tồn kho khi số lượng hàng hóa lớn và thường áp dụng trong các doanh nghiệp có quy mô nhỏ, độ an toàn lao động thấp,…
Hình 2 1 Kho lưu trữ truyền thống
Với sự bùng nổ về nhu cầu về lưu trữ hàng hóa trong thương mại điện tử ngày càng tăng cao trong thế giới hiện nay Việc đáp ứng nhu cầu người dùng ngày càng gặp trở ngại nếu không có sự cải tiến trong việc xuất nhập, lưu trữ hàng hóa.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO
2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO
Hệ thống lưu kho là một phần quan trọng trong quản lý chuỗi cung ứng và logistics Nó bao gồm việc lưu trữ hàng hóa, nguyên liệu và sản phẩm ở một địa điểm cụ thể cho đến khi chúng được phân phối hoặc sử dụng Khi công nghệ chưa được áp dụng mạnh mẽ trong các dây chuyền, hệ thống lưu kho truyền thống là hệ thống chính được sử dụng để quản lý kho hàng Các kho này thường có cấu trúc vật lý như nhà kho và giá kệ, được trang bị các phương tiện hỗ trợ như xe nâng hàng và xe đẩy tay để di chuyển và sắp xếp hàng hóa Hệ thống này chủ yếu dựa vào lao động thủ công để thực hiện các nhiệm vụ như nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa và cần phải kiểm kê định kỳ bằng tay để theo dõi số lượng và chất lượng hàng hóa.Hệ thống này có lợi thế là đơn giản, dễ hiểu, và có chi phí đầu tư thấp, đồng thời cho phép sự linh hoạt trong việc điều chỉnh quy mô và bố trí kho theo nhu cầu Tuy nhiên, nó cũng có nhiều hạn chế như hiệu quả thấp, rủi ro sai sót cao do quy trình thủ công, và khó khăn trong việc quản lý thông tin và theo dõi tình trạng hàng tồn kho khi số lượng hàng hóa lớn và thường áp dụng trong các doanh nghiệp có quy mô nhỏ, độ an toàn lao động thấp,…
Hình 2 1 Kho lưu trữ truyền thống
Với sự bùng nổ về nhu cầu về lưu trữ hàng hóa trong thương mại điện tử ngày càng tăng cao trong thế giới hiện nay Việc đáp ứng nhu cầu người dùng ngày càng gặp trở ngại nếu không có sự cải tiến trong việc xuất nhập, lưu trữ hàng hóa
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chính vì vậy, hệ thống lưu kho tự động ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh công nghiệp 4.0 và sự cạnh tranh gay gắt trên thị trường Các hệ thống này sử dụng công nghệ hiện đại như robot, cảm biến, và phần mềm quản lý thông minh, mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với phương pháp lưu kho truyền thống như tăng được hiệu quả và tốc độ xếp dỡ hàng hóa, giảm sai sót và tổn thất, tối ưu hóa được không gian lưu trữ, tăng cường an toàn và bảo mật,…Có thể thấy, việc ứng dụng tự động hoá vào mô hình này là cần thiết và giảm thiểu những rủi ro xảy đến với các doanh nghiệp
Thị trường kho hàng tự động toàn cầu được dự báo sẽ tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm tới Theo báo cáo của Grand View Research, quy mô thị trường hệ thống kho hàng tự động toàn cầu đã đạt giá trị 5.71 tỷ USD vào năm 2022 và quy mô thị trường dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR (Compound Annual Growth Rate) khoảng 7.8% giai đoạn 2023-2030, và ước tính sẽ là 10.31 tỷ USD trong năm
2030 [2] Ở Việt Nam, mô hình này không kém phần phát triển nhanh chóng để theo kịp xu hướng toàn cầu Một số công ty nổi bật trong lĩnh vực kho hàng tự động tại Việt Nam bao gồm Yusen Logistics, Vinatech Group, Thị trường kho hàng tự động tại Việt Nam được dự đoán sẽ tăng trưởng với tốc độ kép hàng năm (CAGR) khoảng 11% từ năm 2024 đến năm 2032
2.1.2 M ỘT SỐ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều các loại hệ thống lưu trữ tự động thông minh sử dụng công nghệ hiện đại để tối ưu hóa việc quản lý và vận hành kho bãi Dưới đây là một số hệ thống lưu trữ tự động thông minh phổ biến:
- Hệ thống kệ di động (Mobile Racking Systems): Hệ thống kệ có thể di chuyển giúp tối ưu hóa không gian lưu trữ bằng cách loại bỏ lối đi cố định Kệ di động thường được sử dụng trong kho có không gian hạn chế
- Hệ thống kệ định vị tự động (ASRS - Automated Storage and Retrieval System): Đây là hệ thống bao gồm các thiết bị cơ khí và điều khiển tự động để lưu trữ và lấy hàng AS/RS thường gồm có hệ thống kệ cao, máy chuyển hàng (crane), và hệ thống băng chuyền
- Hệ thống Robot di động tự động (Autonomous Mobile Robots - AMRs):
Hệ thống này sử dụng cảm biến và trí tuệ nhân tạo để điều khiển robot di động di chuyển và thực hiện các nhiệm vụ trong kho mà không cần sự can thiệp của con người AMRs thường được sử dụng để chuyển hàng giữa các khu vực trong kho
- Hệ thống quản lý kho hàng (Warehouse Management System - WMS): Đây không phải là một hệ thống lưu kho cụ thể, hệ thống này là phần mềm quản lý kho hàng giúp quản lý và điều phối các hoạt động trong kho một cách hiệu quả WMS cung cấp thông tin về vị trí lưu trữ, số lượng hàng tồn, và tình trạng kho hàng
- Hệ thống Pick-to-Light và Put-to-Light: Hệ thống này sử dụng đèn
LED được đặt ở mỗi vị trí lưu trữ để hướng dẫn nhân viên trong việc lấy và đặt hàng hóa Khi một đơn đặt hàng được tạo, hệ thống sẽ kích hoạt các đèn tương ứng trên các vị trí hàng hóa cần được lấy hoặc đặt
- Hệ thống pallet tự động (Automated Pallet Systems): Hệ thống này sử dụng các robot hoặc máy tự động để xử lý pallet, từ việc xếp hàng lên pallet đến vận chuyển pallet trong kho
- Hệ thống xe tự hành (Automated Guided Vehicles - AGV): Hệ thống này sử dụng các công nghệ dẫn đường như băng từ, dây cảm ứng, laser, và hình ảnh để tự định hướng robot và di chuyển Các loại AGV phổ biến bao gồm xe nâng, xe kéo, xe chở hàng, và xe robot
Hình 2 2 Hệ thống kệ tự động
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2 3 Hệ thống Robot di chuyển tự động
2.1.3 HỆ THỐNG LƯU KHO VÀ TRUY XUẤT TỰ ĐỘNG (AS/RS)
Kho tự động AS/RS (Automated Storage & Retrieval System), hay còn gọi là
“Hệ thống lưu trữ và truy hồi tự động”, là sự kết hợp của kho tự động pallet và hệ thống lưu trữ tự động Hệ thống AS/RS được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp quy mô lớn như: sản xuất đồ uống, thực phẩm đông lạnh, cơ khí, điện tử, logistic,…vì khả năng tối ưu hóa không gian lưu trữ và nâng cao hiệu suất quản lý hàng hóa của hệ thống này
Các bộ phận cấu thành hệ thống AS/RS gồm:
- Kệ lưu trữ (Storage Racks): Hệ thống kệ cao, gồm nhiều tầng để tối ưu hóa không gian
- Robot vận chuyển hàng (Crane/Shuttle): Đây là thiết bị tự động di chuyển theo chiều dọc và ngang giữa các kệ để lấy hàng từ băng tải và cất hàng vào kho
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic Trong tiếng Việt, PLC còn được gọi là bộ điều khiển logic khả trình Nó làm nhiệm vụ quyết định và kiểm soát các hoạt động trong một hệ thống công nghiệp hoặc quá trình sản xuất
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output) PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder, Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất sẽ có các ngôn ngữ lập trình riêng Các hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay gồm: Siemens, Mitsubishi, Rockwell, B&R, Delta…
Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:
- Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM
- Bộ xử lý trung tâm CPU - giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC
- Module input/output Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O
Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:
- Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình
- Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…
CPU sẽ điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ Ưu điểm và nhược điểm
- Bộ điều khiển PLC có những ưu điểm dễ thu hút người sử dụng như:
- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa
- Cấu trúc dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác
- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác
Tuy nhiên cũng có vài nhược điểm đi kèm như giá thành cao và đòi hỏi người sử dụng có trình độ chuyên môn cao Ứng dụng thực tế
- Sử dụng cho các tủ điều khiển của các nhà máy thủy điện, nhiệt điện và năng lượng khác
- Sử dụng cho các máy móc, dây chuyền sản xuất thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm
- Sử dụng cho hệ thống vận hành, vận chuyển, logistic
- Ứng dụng trong các tòa nhà lớn như hệ thống thang máy, quản lý bãi đậu xe tự động, hệ thống thoát hiểm, báo cháy, …
2.2.2 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA SIMATIC S7-1200
Siemens được biết đến là một trong những công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển công nghiệp, là một trong những đối thủ đáng gờm trong nền công nghiệp tự động hóa với những đặc điểm nối bật như: độ uy tín về chất
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT động và cảm biến Bên cạnh đó, hãng còn đáp ứng được các tiêu chuẩn quốc tế về chất lượng và an toàn
Có rất nhiều loại PLC đến từ thương hiệu này như Simatic S7-1200, S7-1200, S7-1500, tuy nhiên sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và dựa vào quy mô của đồ án, nhóm cũng em đã quyết định lựa chọn dòng PLC SIMATIC S7-1200 làm bộ điều khiển cho đề tài “ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ LƯU KHO TỰ ĐỘNG QUẢN LÝ BẰNG MÃ QR” với những đặc điểm nổi trội sau đây:
- Kích thước nhỏ gọn, phù hợp cho ứng dụng cỡ vừa và nhỏ
- Hiệu suất ổn cho các quy mô vừa phải, xử lý nhanh, đáng tin cậy
- Có board tín hiệu (Signal Board- SB) gồm 1 cổng vào analog 12bit, 2 cổng vào, 2 cổng tín hiệu số 0.5A, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng ít, tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng với số lượng tín hiệu ít
- Bên cạnh đó còn có khả năng tích hợp với các module mở rộng (Signal Module -SM) được gắn trực tiếp vào bên phải CPU
- Bên cạnh truyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 còn có thể mở rộng thêm 3 module truyền thông khác, giúp kết nối linh hoạt, nhanh chóng hơn
- Tích hợp nhiều tính năng hiện đại cống giao tiếp (CP) như Profinet, điều khiển chuyển động cơ bản, và web server
- Sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình hệ thống, giao diện thân thiện và tích hợp nhiều công cụ tiện ích, lập trình, cấy hình và mô phỏng
- Có độ bảo mật cao, các tính năng tiên tiến như mã hóa dữ liệu và bảo
- Giá cả hợp lý, mang lại hiệu quả tốt so với chi phí đầu tư
S7-1200 có 5 dòng chính là CPU 1221C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C và CPU 1217C có một số điểm chung như:
- Ba bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
- Hai mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp
24 VDC Tuy nhiên, các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau….
ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC QUA PLC S7-
2.3.1 SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC:
Khái niệm Động cơ bước (Stepper motor) là loại động cơ điện chuyển động theo từng bước rời rạc, có tác dụng chuyển đổi năng lượng điện biến thành cơ năng Ngoài ra, nó cũng là một động cơ điện không có chổi than, động cơ đồng bộ, có thể chia một vòng quay đầy đủ ra thành nhiều bước mở rộng Mỗi xung điện được gửi đến động cơ sẽ tạo ra một bước chuyển động nhất định Điều này giúp động cơ bước có khả năng kiểm soát vị trí, tốc độ và hướng một cách chính xác mà không cần hệ thống phản hồi vị trí phức tạp Động cơ bước thường có hai thành phần chính:
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2 6 Cấu tạo động cơ bước
- Stator (phần tĩnh): Thường được làm bằng sắt, là phần đứng yên của động cơ và chứa các cuộn dây điện từ Khi dòng điện chạy qua các cuộn dây này, nó sẽ tạo ra từ trường
- Rotor (phần động): Là phần quay của động cơ và thường được làm bằng nam châm vĩnh cửu hoặc vật liệu từ mềm Từ trường được tạo ra bởi các cuộn dây stator sẽ tương tác với rotor và làm cho nó quay
Nguyên lý hoạt động của động cơ
Dựa trên nguyên lý từ trường, khi tín hiệu xung từ các mạch điều khiển được cấp vào các cuộn dây của stator theo thứ tự và tần số nhất định, nó sẽ tạo ra từ trường quay Từ trường này tương tác với nam châm hoặc vật liệu từ trên rotor, tạo ra lực kéo rotor quay từng bước một theo hướng xác định, còn gọi là một bước quay của động cơ
Khi góc bước của động cơ càng bé, số bước trên mỗi vòng quay sẽ càng nhiều, dẫn đến độ chính xác vị trí thu được càng cao Với giới hạn mức dao động từ 0,72 độ/ bước đến 90 độ/bước trong đó các góc bước phổ biến nhất là 1,8 độ/bước, 2,5 độ/bước, 7,5 độ/bước, và 15 độ/bước
Bảng 1 Số bước/vòng tương ứng với góc quay của động cơ bước
Góc quay Số bước/vòng
15 24 Ứng dụng: Động cơ bước được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực như sản xuất, y tế, điện tử tiêu dùng, quân sự Ví dụ, trong công nghiệp, động cơ này được sử dụng trong các máy đo ô tô và máy công cụ thiết bị sản xuất tự động, máy CNC, ; Trong y tế, động cơ bước được dùng trong các máy quét, máy lấy mẫu, mặt na phòng độc,…
2.3.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC QUA PLC-S71200 Để điều khiển động cơ bước bằng PLC S7-1200, có nhiều phương pháp phát xung có thể sử dụng Dưới đây là so sánh của các phương pháp phổ biến để người dùng lựa chọn cách phù hợp nhất:
Bảng 2 Bảng so sánh các phương pháp cấp xung của PLC S7-1200
Phương pháp Độ chính xác Độ phức tạp
Tần số xung Ứng dụng chính
Train Output) Cao Trung bình Cao Điều khiển chính xác vị trí, kiểm soát vận tốc
Counters &Timers Trung bình Thấp Thấp Ứng dụng vào những hoạt động đơn giản
Control Cao Cao Cao Điều khiển chuyển động phức tạp
Trung bình Điều khiển tốc độ Không
Bộ đếm tốc độ cao
Rất cao Ứng dụng yêu cầu tốc độ
PLC phải có hỗ trợ bộ đếm tốc độ cao
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp phù hợp nhất để nhóm chúng em lựa chọn trong đề tài này là sử dụng chức năng PTO (Pulse Train Output) của PLC vì tính năng hiệu quả, đúng với mục đích sử dụng và không đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật quá cao Để giải thích rõ hơn thì cả PWM và PTO đều là những bộ tạo xung, tuy nhiên PTO là tạo ra chuỗi xung vuông có tỷ lệ Ton/ Tchu kỳ là không đổi, còn PWM là tạo ra chuỗi xung vuông có tỷ lệ Ton/ Tchu kỳ biến thiên, tức là có thể cài đặt được thời gian chu kỳ và độ rộng xung Chức năng PTO của PLC S7-1200 cho phép tạo xung với tần số lên đến 100 kHz và thường dùng để phát xung điều khiển cho Driver của Động cơ Servo hay Động cơ bước (Stepper Motor) PWM thường được dùng để điều khiển trong điều khiển động cơ một chiều, bộ gia nhiệt hay điều khiển biến tần… Để sử dụng chức năng PTO của PLC S7-1200 để phát xung tốc độ cao điều khiển động cơ bước, chúng ta cần thực hiện ba bước sau:
- Bước 1: Chọn một ngõ PTO phù hợp PLC S7-1200 có 4 ngõ PTO, được ký hiệu là PTO1, PTO2, PTO3 và PTO4 Mỗi ngõ PTO có các đặc tính khác nhau, cụ thể như sau:
Bảng 3 Các ngõ PTO của PLC S7-1200
Ngõ PTO Tần số xung tối đa Độ rộng xung tối đa
- Bước 2: Thiết lập tần số xung và độ rộng xung thông qua tham số PTD của ngõ PTO
Tham số PTD có dạng PTD=F*W, trong đó:
- F là tần số xung, đơn vị là Hz
- W là độ rộng xung, đơn vị là μs
- Bước 3: Kết nối động cơ bước với ngõ PTO.
MÃ QR
Mã QR (Quick Response code) hay tiếng việt gọi là mã phản hồi nhanh, là một loại mã vạch có hai chiều được phát minh bởi Masahiro Hara vào năm 1994, được
QR là dùng để theo dõi cá bộ phận trong công nghệ sản xuất ô tô Tuy nhiên, vì sự tiện ích của phần mềm này, người ta đã áp dụng phần mềm đọc mã QR vào các thiết bị điện tử có camera nhằm giúp việc nhập dữ liệu, thu thập thông tin một cách nahnh chóng và dễ dàng hơn
Mã QR có cấu tạo hình vuông (viền bởi quite zones) gồm các ô trắng đen cấu thành Nhìn qua mã QR, chúng ta sẽ nghĩ rằng các ô vuông này sắp xếp một cách ngẫu nhiên không có trật tự Tuy nhiên, những sự sắp xếp đó đều theo một cấu trúc nhất định và mỗi mã khác nhau sẽ có một sự sắp xếp riêng biệt
Hình 2 7 Cấu trúc của mã QR
Một mã QR có cấu tạo gồm nhiều bộ phận như:
- Finder Patterns (Hoa văn định vị): Ba hình vuông lớn ở các góc để định vị mã QR, giúp camera hay máy quét QR có thể xác định được phạm vi mã QR một cách dễ dàng
- Alignment Patterns (Mẫu căn chỉnh): Các hình vuông nhỏ hơn giúp camera quét mã QR chính xác hơn, duy trì tính chính xác khi bị nghiêng hoặc biến dạng
- Cell: là các chấm vuông đen trắng tương ứng với các mã nhị phân, chúng mang giá trị 1 và 0 Tập hợp rất nhiều chấm vuông đen trắng chính là thông tin được lưu trữ trong mã QR
- Timing Patterns: là các ô vuông đen trắng được sắp xếp xen kẽ một cách có chủ ý nhằm giúp cho máy quét định vị hàng và cột mã QR
- Format Information: là các ô vuông đen trắng xung quanh 3 hoa văn định vị, nó chưa thông tin về định dạng và mức độ sửa lỗi của QR code khi bị hư hại
- Data and Error Correction Keys: Chứa dữ liệu thực và mã sửa lỗi
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Với khả năng lưu trữ dữ liệu cao, có thể mã hõa hơn 300 ký tự chữ cái và số cho một mã QR có kích thước bình thương và lưu trữ tối ta 2.953 byte cho dữ liệu số nhị phân 8bit Mã QR đã được ứng dụng phổ biến vào các dịch vụ:
- Marketing và quảng cáo: Đưa người dùng đến trang Web một cách trực tiếp sau khi quét mã
- Thanh toán điện tử: Sử dụng trong các giao dịch thanh toán di động thông qua các ví điện tử như Smart Banking, Momo, Zalo Pay,…
- Phân loại và quản lý kho hàng: Theo dõi sản phẩm, quản lý kho hàng
- Giáo dục: Cung cấp tài liệu học tập, hoặc các liên kết đến các nguồn tài nguyên trực tuyến,…
PHẦN MỀM WEBSERVER
WebServer (máy chủ web) là một hệ thống máy tính cung cấp các tài nguyên web như các tập tin HTML, CSS, âm thanh, hình ảnh, video,…giúp xử lý các yêu cầu người dùng thông qua các giao thức HTTP (Hypertext Transfer Protocol) hoặc HTTPS (HTTP Secure) Nó sẽ nhận được các tập tin và tài nguyên từ server và hiển thị chúng lên trình duyệt web
Chức năng chính của một hệ thống WebServer gồm:
- Lưu trữ và phân phối nội dung dến người dùng khi được yêu cầu
- Xử lý yêu cầu HTTP/HTTPS sau đó gửi lại các phản hồi tương ứng
- Chạy mã phía server như PHP, Python, Java, để tạo nội dung động
- Cung cấp các tính năng bảo mật như SSL/TLS để mã hóa giao tiếp, bảo vệ dữ liệu không bị tấn công
Hình 2 9 Cách thức hoạt động của webserver
Nội dung của hầu hết các trang web rất đa dạng như văn bản, âm thanh hoặc một biểu đồ thống kê tỷ số người dân trên toàn cầu, … và sẽ được mã hóa bằng ngôn ngữ HTML (HyperText Markup Language) Để nội dung linh hoạt như vậy cần có sự kết hợp bởi ngôn ngữ kịch bản phía máy chủ Các ngôn ngữ được hỗ trợ phổ biến như là: Active Server Page (ASP), Javascript, PHP, Python và Ruby
Bên cạnh đó WebServer còn có các tính năng nâng cao như phân phối tải truy cập đến nhiều server khác nhau để tối ưu hiệu suất (Load Balancing) hay vho phóa chạy nhiều trang web cùng một server ảo (Virtual Hosting), …
Web server đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau trong đời sống thực tế Mọi người thường sử dụng để xây dựng các ứng dụng web, website, sàn thương mại điện tử, blog và các ứng dụng khác liên quan đến truy cập trên mạng Internet
Bên cạnh đó, các công ty, tổ chức và cá nhân cũng sử dụng WebServer để chia sẻ tài nguyên trên mạng nội bộ, quản lý dữ liệu và mở các nền tảng học trực tuyến Thậm chí, WebServer có thể được nhúng trong một thiết bị như là máy ghi ảnh kỹ thuật số, vi điều khiển để người dùng có thể giao tiếp với thiết bị thông qua trình duyệt web hoặc ứng dụng mọi lúc, mọi nơi Một số WebServer được sử dụng phổ biến hiện nay: Apache, Nginx, Microsoft Internet Information Services (IIS), LifeSpeed, Node.js,…
QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU
MySQL là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS) được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc SQL Với MySQL, lập trình viên có thể tạo ra các ứng dụng mạnh mẽ, có khả năng xử lý, lưu trữ, truy xuất dữ liệu một cách hiệu quả Bằng những lệnh đơn giản, MySQL giúp người dùng tạo và quản lý các cơ sở dữ liệu có quy mô lớn một cách dễ dàng và đáng tin cậy
MySQL cung cấp một loạt tính năng mang lại hiệu quả cao như:
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- Hỗ trợ đa dạng ngôn ngữ lập trình phổ biến như Python, Java, C#, các loại dữ liệu như số, chuỗi, ngày, tháng,…
- Kiểm soát chính sách người dùng thông qua cơ chế quản lý quyền truy cập
- Có khả năng tăng cường và mở rộng dữ liệu
- Có thể xử lý lượng lớn các truy vấn đến cơ sở dữ liệu cùng lúc mà không làm suy giảm hiệu suất
Với sự tiện ích và đa dạng các tính năng, MySQL được cộng đồng lớn của các nhà phát triển, chuyên gia, người tiêu dùng tin tưởng sử dụng và được cải tiến liên tục Do đó, nó đã trở thành hệ cơ sở dữ liệu mạnh mẽ, đáng tin cậy cho các ứng dụng web, giao diện điều khiển dành cho các doanh nghiệp
Sự tương tác giữa WebServer và MySQL:
WebServer và MySQL thường hoạt động cùng nhau để bổ trợ, cung cấp các dịch vụ web động và quản lý, truy xuất dữ liệu Sau khi nhận yêu cầu truy cấp dữ liệu động từ khách hàng như là thông tin người dùng, bài viết, WebServer gửi mã phía server (PHP, Python, Ruby, ) đẻ gửi các truy vẫn SQL đến cơ sở dữ liệu MySQL
Sau đó, MySQL sẽ nhận truy vẫn, thực thi và trả về kết quả cho Web, và máy chủ sẽ sử dụng chúng để tạo nội dung động theo mong muốn Sự kết hợp này mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất, khả năng quản lý dữ liệu, độ bảo mật cao và trải nghiệm người dùng, giúp xây dựng các ứng dụng web linh hoạt và hiệu quả.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
YÊU CẦU CHUNG CỦA HỆ THỐNG
Với đề tài để phục vụ cho việc thực hiện khóa luận tốt nghiệp, nên mô hình sẽ không đáp ứng được tối ưu với điều kiện thực tế trong công nghiệp Tuy vậy, mô hình cần phải đảm bảo những yêu cầu như:
- Các thiết bị, linh kiện được sử dụng phải thông dụng, dễ dàng thay thế
- Việc đấu nối thiết bị phần cứng, điện phải dễ dàng
- Thao tác vận hành mô hình đơn giản, nhưng bám sát thực tế trong công nghiệp
Hệ thống có một số yêu cầu sau:
- Có mô hình của hệ thống điều khiển giám sát khâu phân loại, khâu nhập/xuất kho
- Thiết kế giao diện dành cho người vận hành và giám sát hệ thống trên Websever
- Thực hiện lập trình trên PLC S7-1200
- Viết chương trình quét mã QR
- Thu thập và quản lý số liệu bằng SQL
Phôi hàng của hệ thống:
- Phôi hàng: hình hộp chữ nhật có kích thước (10x4x2) cm
- Hộp đựng phôi hàng: hình hộp chữ nhật có kích thước (13x5,5x3.5) cm
- Hệ thống phân loại 2 loại hàng (A và B): mỗi hộp chứa 2 phôi hàng trên
- Khâu lưu kho được chia đều 9 ô vị trí chứa hàng cho mỗi loại hàng.
HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Khi hệ thống được khởi động, hệ thống tiến hành đưa cơ cấu gắp hút, nâng hạ về vị trí Home, tiếp đến mới tiến hàng quy trình phân loại hàng, và nhập/xuất kho
3.2.1 PHÂN LOẠI HÀNG Ở khâu phân loại hàng, 2 loại hàng sẽ cùng được vào một băng tải, tại đây hàng sẽ được quét mã QR để nhận diện loại hàng Sau đó, cảm biến của cơ câu gắp hút sẽ nhận diện và đưa hàng tới băng tải chứa hộp chứa hàng tương ứng Tiếp đó, băng tải
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.2.2 NHẬP HÀNG Ở khâu nhập hàng, thì sẽ có hai phương thức nhập hàng đó là: nhập hàng tự động (Auto) và nhập hàng bằng tay (Manual)
- Chế độ nhập hàng tự động: Khi băng tải đưa hộp chứa hàng vào băng tải nhập hàng, hộp chứa hàng đến vị trí cảm biến nhập hàng thì băng tải sẽ dừng lại Sau đó, cơ cấu nâng hạ sẽ đưa hàng đặt vào vị trí trống chưa có hàng (theo thứ tự từ 1 tới 9), sau khi đưa hàng vào kho, cơ cấu nâng hạ sẽ trở lại vị trí ban đầu và tiếp tục nhập hàng tiếp theo
- Chế độ nhập hàng bằng tay: Khi băng tải đưa hộp chứa hàng vào băng tải nhập hàng, hộp chứa hàng đến vị trí cảm biến nhập hàng thì băng tải sẽ dừng lại Sau đó, cơ cấu nâng hạ sẽ đưa hàng đặt vào vị trí mà người điều khiển đã cài đặt trước đó trên màn hình điều khiển hệ thống
Tương tự như ở khẩu nhâp hàng, thì cũng sẽ có hai phương thức xuất hàng đó là: xuất hàng tự động (Auto) và xuất hàng bằng tay (Manual):
- Chế độ xuất hàng tự động: Khi người điều khiển chọn chế độ xuất hàng, cơ cấu nâng hạ sẽ tới vị trí có hàng gần nhất (theo thứ tự từ 1 tới 9) để lấy hàng và xuất hàng ra kệ
- Chế độ xuất hàng bằng tay: Khi người điều khiển chọn chế độ xuất hàng, người điều khiển sẽ chọn vị trí chứa hộp hàng được lấy ra Sau đó, cơ câu nâng hạ sẽ tới vị trí mà người điều khiển đã chọn để lấy hàng ra.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Hệ thống được chia thành hai khâu: Khâu phân loại, khâu lưu kho Ở khâu phân loại có cơ cấu gắp hút khâu lưu kho sẽ có cơ cấu nâng hạ
- Cơ cấu gắp hút: cấu trúc của khâu phân loại sẽ là 3 băng tải được đặt song song với nhau (băng tải ở giữa sẽ là băng tải vận chuyển hàng cần được phần loại, hai băng tải còn lại vận chuyển hộp chứa hàng) Do đó cơ cấu chuyển động cho khâu phân loại sẽ là chuyển động theo 1
- Cơ cấu nâng hạ: Cấu trúc của hệ thống lưu kho là đối xứng nhau và cơ cấu nâng hạ sẽ được đặt ở giữa hai tầng hàng Vì vậy, cơ cấu chuyển động cho khâu lưu kho sẽ là chuyển động như các hướng của trục tọa độ XYZ
Các cơ cấu của thống đều là chuyển động tịnh tiến, và trên thực tế có rất nhiều loại chuyển động tạo ra chuyển động tịnh tiến như:
Truyền động đại là loại cơ cấu truyền động ma sát sử dụng dây đai đàn để truyển lực giữa các trục Cấu tạo gồm: Dây đai, ròng rọc, trục Hoạt động theo nguyên lý, khi trục dẫn quay thì nhờ lực ma sát giữa dây đai và trục dẫn làm cho trục bị dẫn quay theo Ưu điểm của truyền động đai:
- Hoạt động hiệu quả trong nhiều hệ thống yêu cầu tốc độ và công suất khác nhau
- Dây đai truyền động dễ dàng bảo trì
- Độ bền kéo cao, và chịu được những tay đổi đột ngợt về tải trọng
Nhược điểm của truyền động đai:
- Dây đai theo thời gian sẽ bị mòn
- Sử dụng trong môi trường ẩm ướt thời gian dài sẽ làm cho dây đai bị mục, dẫn tới hư hại bộ truyền động
Hình 3 1 Cơ cấu truyền động đai
Truyền động Vitme – Đai ốc bi
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Truyển động Vitme – Đai ốc bi là loại cơ cấu truyền động biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ đai ốc bi Cấu tạo gồm: trục vitme và đai ốc bi vitme Ưu điểm của truyền động Vitme – Đai ốc bi:
- Độ chính xác cao, tỉ số truyền lơn
- Chuyển động êm, lực truyền lớn
- Thiết kế gọn, gia công dễ dàng
Nhược điểm: Bộ bánh răng bị mòn bởi ma sát sau khi sử dụng lâu dài
Hình 3 2 Truyền động Vitme – Đai ốc bi
Truyền động ray trượt tròn
Truyển động ray trượt tròn là loại cơ cấu truyền động mà ray trượt sẽ được cố định tại một vị trí và con trượt giúp cho các thiết gắn trên đó có thể di chuyển trên thanh trượt Cấu tạo gồm: Ray trượt, con trượt, gồi đỡ Ưu điểm của truyền động ray trượt tròn:
- Bộ truyền động có cấu trúc đơn giản, dễ dàng lắp đặt
- Giá thành sản phẩm rẻ
Nhược điểm: Thanh ray trượt dễ gãy, cong vênh theo thời gian
Dựa vào các ưu điểm và nhược điểm của các cơ cấu truyền động, nhóm đã chọn phương án: Cơ cấu truyền động đai qua Pulley cho khâu phân loại, với khâu nâng hạ, nhóm chọn cơ cấu truyền động vitme, cơ cấu có ray trượt trơn và cơ câu truyền động đai
3.3.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHO ĐỘNG CƠ
Trong các hệ thống điều khiển vị trí đòi hỏi độ chính xác cao, để áp ứng điều này thông thường người ta sẽ chọn động co bước và động cơ servo Để chọn được động cơ phù hợp với mô hình, nhóm dựa vào bảng so sánh 2 loại động cơ để chọn
Bảng 4 So sánh 2 động cơ Step và Servo Động cơ bước Động cơ Servo
Mạch Driver Mạch đơn giản Mạch phức tạp
Nhiễu và rung động Rất ít
Tốc độ Chậm (tối đa 1000-2000 rpm) Nhanh hơn (tối đa 3000-
5000 rpm) Hiện tượng trượt bước
Dễ xảy ra Khó xảy ra nếu trên băng tải vật nặng Phương pháp điều khiển
Vòng hở (không encoder) Vòng hở (không encoder)
Hình 3 4 Động cơ serve mà động cơ step
Với những yêu cầu cho một hệ thống lưu kho đã đặt ra thì việc sử dụng động servo sẽ được ưu tiên, tuy nhiên với quy mô của mô hình thì việc dử dụng động cơ
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ servo sẽ rất tốn chi phí Do đó, nhóm chọn động cơ step cho việc điều khiển các cơ cấu trong mô hình
3.3.3 THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO HỆ THỐNG Để thiết kế bản vẽ cũng như mô hình 3D cho hệ thống, nhóm dùng phần mềm Soildwork để lên thiết kế cho toàn bộ phần cứng của hệ thống
3.3.3.1 Thiết kế khung lưu kho
Khung chứa các vị trí để lưu kho được nhóm sử dụng vật liệu là sắt ống, hàn cố định lại đối xứng nhau mỗi kệ hàng Kích thước của mỗi ô hàng là 160x148.8mm, các giá kê hàng có kích thước là 30mm Toàn bộ kích thước bộ khung hàng như Hình
Hình 3 5 Kích thước bộ khung lưu kho
3.3.5.2 Thiết kế cơ cấu gắp hút
Khâu phân loại được sử dụng 3 băng tải xếp song song nhau, với băng tải xếp giữa là băng tải vận chuyển hàng được phân loại Do đó cơ câu gắp hút sẽ có hành trình là trục X Cơ cấu gắp hút sử động cơ step để di chuyển qua lại giữa các băng tải, dùng 1 xi lanh kép gắn trên trục để có thể di chuyển hàng theo trục Y Trên xi lanh được gắn một giác hút, để có thể hút hàng Hành trình chuyển động của cơ cấu gắp hút như Hình 3 6:
Hình 3 6 Cơ cấu gắp hút
3.3.5.3 Thiết kế cơ câu nâng hạ
Khâu lưu kho là hai kệ chứa hàng đối xứng nhau, nên cơ câu nâng hạ sẽ được đặt ở giữa hai kệ hàng Do đó, nhóm sử dụng cơ cấu gồm 3 trục X, Y, Z vận hành liên kết nhau để đưa hàng đến vị trị được cài đặt Cơ cấu nâng hạ có hành trình hoạt động như các Hình 3 7, Hình 3 8 và Hình 3 9:
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hệ thống gồm 2 khâu: khâu phân loại, khâu lưu kho Trong đó, khâu phân loại sẽ có 3 băng tải đều có kích thước 600x60x100mm Khâu lưu kho, có 1 băng tải có kích thước 600x160x100m Các băng tải vận chuyển trong hệ thống là các loại băng tải nhỏ cho nên chỉ dùng động cơ 24VDC để phù hợp kích thước tổng quan của mô hình Hình ảnh thiết kế các băng tải như Hình 3 10 và Hình 3 11:
Hình 3 10 Băng tải của khâu lưu kho
Hình 3 11 Băng tải của khâu phân loại
3.3.5.5 Mô hình 3D và bản vẽ 2D của hệ thống
Sau khi thiết kế các khâu trong hệ thống, lắp ghép các khâu lại sẽ được mô hình 3D hoàn chỉnh như Hình 3 12, Hình 3 13 Bản vẽ kích thước tồng quan của hệ thốngHình
Hình 3 12 Mô hình 3D tổng quan của hệ thống
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình 3 13 Bản vẽ kích thước tồng quan của hệ thống
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN
3.4.1 SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI
Về tổng quan, sơ đồ khối mô tả các giao tiếp vào ra của hệ thống có thể tổng quan như sau:
Van, Động cơ DC Camera
- Khối nguồn: có chức năng như trái tim của hệ thống cung cấp năng lượng cho toàn bộ các thiết bị điều khiển cũng như cơ cấu chấp hành hệ thống
- Khối PLC: là bộ não trung tâm của hệ thống, PLC là nơi lưu trữ chương trình, có chức năng điều khiển hệ thống các thiết bị bằng tín hiệu điện áp qua đó vận hành hệ thống đúng theo yêu cầu người dùng đặt ra
- Khối Nút nhấn, Camera, Cảm biến: là các thiết bị điều kiện có chức năng xác định trạng thái hệ thống cũng như vị trí các sản phẩm được hệ thống phân loại và lưu kho
- Khối Van, Động cơ DC: là cơ cấu chấp hành của hệ thống, có chức năng thực hiện các chuyển động theo quỹ đạo định trước để hệ thống có thể vận hành một cách tự động trơn tru nhất
- Khối Relay: là các thiết bị đóng cắt trung gian có chức năng thay thế PLC trực tiếp điều khiển cơ cấu chấp hành của hệ thống
- Khối động cơ Step: là cơ cấu chấp hành nhưng được sử dụng ở những phân đoạn có yêu cầu điều khiển chính xác cao gồm phân loại và 3 trục
- Khối Driver: Là khối trực tiếp điều khiển động cơ Step, sử dụng tín hiệu xung từ PLC để điều khiển chính xác theo yêu cầu người dùng
3.4.2.1 Bộ điều khiển trung tâm
PLC SIMATIC S7-1200 1214C DC/DC/DC
Dựa vào tính chất của đồ án, sau một thời gian tìm hiểu, nhóm em đã lựa chọn PLC SIMATIC S7-1200 1214C DC/DC/DC làm bộ điều khiển vận hành hệ thống
Lý do lựa chọn PLC của nhóm em dựa vào các tiêu chí như sau:
- Có giá thành hợp lý, phù hợp với quy mô đề tài
- Thông dụng, dễ tìm kiếm các nguồn tài liệu, có thể mô phỏng trên phần mềm TIA Portal
- Nhiều tính năng, tích hợp IO, ethernet, máy chủ Web, có thể sử dụng cổng ethernet để thực hiện nhiều giao tiếp khác nhau
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
- Phải có hỗ trợ phát xung tốc độ cao để điều khiển cùng lúc 4 động cơ step cùng lúc
- Có ít nhất 9 ngõ vào để kết nối với thiết bị ngoại vi
- Có modun giám sát tình trạng để phát hiện sớm các hư hỏng cơ học
Hình 3 15 PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC
(1) Bộ phận kết nối nguồn
(3) Bộ phận kết nối các IO (phía sau các nắp che)
(4) Các đèn Led báo trạng thái dành cho I/O
(5) Bộ phận kết nối PROFINET (phía dước của CPU)
Bảng 5 Bảng thông số kỹ thuật PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC
Kích thước và khối lượng 110 x 100 x 75mm, 455g, nhỏ gọn
Bộ nhớ làm việc: 50Kb
Bộ nhớ lưu trữ: 2Mb
Bộ nhớ Retentive: 2Kb Ngõ vào ra digital 14 DI, 10 DO, 24VDC
Ngõ vào ra analog 2 AI 0-10VDC
Vùng nhớ truy xuất bit (M) 4096 Byte
Module tín hiệu mở rộng 8
Board tín hiệu/ truyền thông 1
Bộ đếm tốc độ cao 1 Pha 3x100KHz/3 x 30KHz
2 pha 3x80KHz/3 x 20KHz Ngõ ra phát xung tốc độ cao 4
Thời gian thực khi mất nguồn nuôi 10 ngày
Thực thi lệnh nhị phân 0.1 micro giây/lệnh
MODULE SM 1222 6ES7222-1HF32-0XB0, 8 DO, RELAY 2A
Với nhu cầu tăng thêm chân tín hiệu ra cho hệ thống, nhóm sử dụng thêm module mở rộng SM 1222 8 DO Relay (6ES7222-1HF32-0XB0) vì khả năng đáp ứng vừa đủ và giá cả hợp lý
Hình 3 16 Module SM 1222 6ES7222-1HF32-0XB0
Dưới đây là một số đặc điểm chính của module này:
- Loại module: Đây là một module đầu ra kỹ thuật số, được sử dụng để điều khiển các thiết bị hoặc máy móc thông qua tín hiệu kỹ thuật số
- Số lượng đầu ra: Module này cung cấp 8 DO, cho phép điều khiển tới
8 thiết bị hoặc tín hiệu điều khiển khác nhau
- Loại đầu ra: Sử dụng relay 2A có thể chịu được dòng điện lớn hơn so với các đầu ra transistor, giúp nó phù hợp với các thiết bị có dòng điện đầu ra cao hoặc có yêu cầu về cách ly galvanic
- Kích thước: 8,80 x 10,90 x 5,70 cm, nhỏ gọn, trọng lượng 190g
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Module này thích hợp cho việc điều khiển các thiết bị như motor, van điện từ, bơm, và các thiết bị khác trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, đặc biệt là khi cần phải điều khiển các thiết bị có dòng điện lớn hoặc yêu cầu cách ly galvanic
Trong mô hình đồ án này, nhóm chúng em sử dụng động cơ bước loại
Nema17-17HD4401S có thông số như sau:
Bảng 6 Bảng thông số động cơ bước 17HD4401S
Số dây 4 Điện áp 12-24 Vdc
Kích thước 40 x 42 x 42 mm Đường kính trục 4.55mm
Kháng cảm cuộn dây 3.2mH
Hình 3 17 Động cơ bước 17HD4401S
3.4.2.4 Driver điều khiển động cơ bước
Nhóm đã lựa chọn sử dụng driver TB6600 có khả năng cung cấp dòng tới 4A để cấp xung điều khiển cho động cơ bước
TB6600 có tích hợp đầy đủ các chế độ bảo vệ và đèn tín hiệu cảnh báo giúp người sử dụng dễ dàng biết được lỗi
Driver TB6600 có giá thành rẻ, thiết kế nhỏ gọn giúp tiết kiệm không gian tủ điện
Hình 3 19 Sơ đồ khối của Driver TB6600
Bảng 7 Bảng thông số của Driver TB6600
Hoạt động ở chế độ vi bước 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 Điện áp ngõ vào 9-40V DC
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Với các tính năng đi nổi trội như
- Tín hiệu đầu vào có cách ly quang, tốc độ cao
- Có chức năng khóa bán tự động tiết kiệm năng lượng
- Bảo vệ quá nhiệt, quá dòng, sụt áp
- Có thể điều khiển động cơ bước 2 pha quay và đảo chiều quay
- Có 6 công tắt gạt dùng để điều chỉnh chế độ phát xung và dòng định mức phù hợp với động cơ bước
3.4.2.5 ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC DC
Encoder động cơ giảm tốc GA25-370 là một loại động cơ có tích hợp hộp giảm tốc, được thiết kế để làm giảm đi tốc độ vòng quay và tốc độ góc đồng thời làm tăng lực mô men xoắn để có thể kéo tải lớn hơn trong thời gian dài
Hình 3 20 Động cơ DC giảm tốc GA25-370
Thông số kỹ thuật của động cơ GA25-370:
Bảng 8 Bảng thông số kỹ thuật của động cơ GA25-370
Loại Có chổi than Điện áp định mức 24VDC
Tốc độ quay 60-69 rpm Đường kính trục 4-4.9mm Đường kính thân 20-29mm
Nguồn tổ ong hay còn là nguồn xung, được thiết kế từ hình dạng giống tổ ong để dễ dàng trong việc thoát nhệt của bộ nguồn xung Với kích thước nhỏ gọn, có tính năng tản nhiệt giúp nguồn điện cung cấp luôn ổn định, không có hiện tượng sụt áp và thời gian sử dụng khá bền vì vậy nguồn tổ ong luôn là lựa chọn đối với các thợ điện trong các công trình, dự án
Tính toán lựa chọn nguồn tổ ong phù hợp:
+ Vì sử dụng PLC nên việc chọn nguồn có áp là 24VDC là điều bắt buộc để thuận lợi cho sử dụng
+ Tính toán công suất hệ thống:
Nên vậy nguồn phải có công suất lớn hơn 324.24W và sử dụng lại nguồn từ đồ án mà nhóm đã làm ở các kì trước, nhóm em chọn bộ nguồn 24V-20A
Hình 3 21 Nguồn tổ ong 24VDC
Các thông số kỹ thuật:
- Chất liệu: Đồng, sơn cách điện
- Điện áp ngõ vào: 220VAC
- Điện áp ngõ ra: 24VDC
- Công suất chịu tải ra: 500W
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Các thông số kỹ thuật của sản phẩm:
- Tỷ lệ khung hình: 0FPS
- Kiểm soát âm thanh: 50Hz
- Phạm vi lấy nét: 80cm
3.4.2.8 VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN
Van điện từ là một loại van được điều khiển bằng điện, dùng trong các hệ thống điều khiển tự động và tự động hóa công nghiệp
Cơ chế hoạt động của van điện từ là sự tương tác giữa một cuộn dây dẫn điện và một van hoặc piston Khi một dòng điện được áp dụng vào cuộn dây, nó tạo ra một trường từ trường điện, làm thay đổi vị trí hoặc trạng thái của van hoặc piston, từ đó điều khiển luồng chất lỏng hoặc khí thông qua van
Nhóm chúng em lựa chọn van điện từ khí nén AIRTAC 4V110-06
Hình 3 23 Van điện từ khí nén AIRTAC 4V110-06
Các thông số kỹ thuật của sản phẩm:
- Kích thước ống kết nối: 1/8 inch
- Áp suất làm việc: Từ 0.15 MPa đến 0.8 MPa (tùy theo ứng dụng và áp suất cung cấp)
- Nhiệt độ làm việc: Từ -5°C đến 60°C
- Điện áp điều khiển: Thường là 12VDC, 24VDC, 110VAC hoặc 220VAC (tùy chọn)
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30P1:
Hình 3 24 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30P1
- Điện áp hoạt động: 6 – 36VDC
- Khoảng cách phát hiện:10 - 30cm
- Dòng kích ngõ ra: 300mA
- Loại ngõ ra: PNP thường mở
+ Đen: Tín hiệu ngõ ra
Cảm biến quang EE-SX671R:
Cảm biến quang EE-SX671R do hãng MRON sản xuất Đây là loại cảm biến khe với một khe hở cố định, được sử dụng để phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của một vật thể trong khe cảm biến
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình 3 25 Cảm biến quang chữ U EE-SX671R
- Loại cảm biến: kiểu chữ U
- Tần số đóng/mở: 1kHz
- Nguồn ánh sáng: Hồng ngoại IR
Relay LY2N:Relay (rơ-le) là một thiết bị điện tử quan trọng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng để điều khiển mạch điện
Hình 3 26 Relay trung gian LY2N
- Điện áp ngõ vào: 24VDC
- Khối lượng 40g, kích thước 28x21.5x36mm
SƠ ĐỒ NỐI DÂY
Hình 3 27 Bản vẽ sơ đồ đấu nối PLC
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Hình 3 28 Sơ đồ mạch khí nén
Hình 3 29 Bản vẽ thiết kế tủ điện
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
3.6.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT QUY TRÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Đ
KIỂM TRA GIÁ TRỊ QR CODE
XY-LANH HẠ VÀ HÚT SẢN PHẨM
DI CHUYỂN XY-LANH SANG BĂNG TẢI PHỤ 1
END XY-LANH HẠ VÀ THẢ SẢN
BIẾN NHỚ SỐ HÀNG TRONG HỘP A + 1
XY-LANH HẠ VÀ HÚT SẢN PHẨM
DI CHUYỂN XY-LANH SANG BĂNG TẢI PHỤ 2
XY-LANH HẠ VÀ THẢ SẢN PHẨM
BIẾN NHỚ SỐ HÀNG TRONG HỘP B + 1
Hình 3 30 Lưu đồ phân loại sản phẩm
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.6.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT QUY TRÌNH NHẬP KHO
CẢM BIẾN TIỆM CẬN CÓ HÀNG
LẤY DỮ LIỆU BIẾN NHỚ HÀNG
KIỂM TRA VỊ TRÍ Ô HÀNG TRỐNG
3 TRUC X, Y, Z ĐƯA HÀNG VÀO KHO
GỬI BIẾN NHỚ BÁO VỊ TRÍ KHO CÓ HÀNG
CẢM BIẾN TIỆM CẬN CÓ HÀNG
BĂNG TẢI CẤP HÀNG CHẠY BĂNG TẢI CẤP HÀNG CHẠY
KIỂM TRA VỊ TRÍ Ô HÀNG TRỐNG
3 TRUC X, Y, Z ĐƯA HÀNG VÀO KHO
GỬI BIẾN NHỚ BÁO VỊ TRÍ KHO CÓ HÀNG
3.6.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT WEBSERVER VÀ CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH
Quy trình tải trang web:
Giao diện web sẽ bắt đầu khi trang web được tải thành công Lúc này, người dùng có thể xem một số thông tin về trang web Để điều khiển và giám sát hệ thống cần phải đăng nhập
Hình 3 32 Lưu đồ truy cập web
Quy trình quét mã sản phẩm:
Khi kết nối vào phần mềm xử lý ảnh nhận mã QR, ta có thể chọn giữa auto hoặc manual và khi đã xác định được mã QR thì chương trình se gửi dữ liệu về PLC
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
KIỂM TRA ĐỊA CHỈ IP
PLC IN RA: KẾT NỐI THẤT BẠI
IN RA: KẾT NỐI THÀNH CÔNG
NGƯỜI DÙNG LỰA CHỌN CAMERA
KIỂM TRA DỮ LIỆU QR
TRUYỀN GIÁ TRỊ VÀO PLC
Hình 3 33 Lưu đồ chương trình xử lý QR code
THI CÔNG HỆ THỐNG
THI CÔNG MÔ HÌNH
Băng tải phân loại và nhập kho:
Hình 4 1 Hệ thống băng tải phân loại
Hệ thống băng tải phân loại sản phẩm gồm 3 băng tải 1 băng tải đưa hàng vào liên tục, kết hợp giữa tín hiệu từ Camera và cơ cấu hút thả vật để phân loại chia mỗi loại hàng vào một băng tải phụ để tiến hành lưu trữ vào kho
Hình 4 2 Camera quét mã QR trên sản phẩm
Camera có chức năng quét ghi nhận dữ liệu liên tục, có vai trò quan trọng nhất trong quá trình phân loại sản phẩm trước lưu kho Camera được điều khiển qua Apps C# để thực hiện quét và truyền thông tin về PLC
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG Đầu hút chân không
Hình 4 3 Cơ cấu xi lanh gắp hút vật
Sau khi phân loại bằng quét mã QR, xy lanh hạ đặt trên băng tải chính sẽ hạ xuống hút hàng và di chuyển qua băng tải phụ hai bên và thả vào hộp có sẵn Từ đó băng tải phụ sẽ vận chuyển vào băng tải lưu kho để tiến hành quá trình lưu kho
Hình 4 4 Băng tải chuyển hàng vào kho
Khung của kho hàng có kích thước hình hộp 83x56x87 (cm) với chất liệu bằng sắt phun lớp sơn đen đảm bảo được độ chắc chắn khi chứa hàng và tính thẩm mĩ
Các ô kệ hàng thì được thiết kế từ những miếng nhôm chữ L đã được cắt CNC với kích cỡ 30x80x1.2 (mm) Những miếng nhôm được khoan cố định trên khung nhôm bằng ốc vẫn để tiện cho việc tháo gỡ, điều chỉnh ô kho
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4 5 Mô hình kho hàng của hệ thống
Máy trục có cơ cấu truyền động 3 trục:
Hình 4 6 Cơ cấu truyền động trục X
Cơ cấu truyện động trục X được cấu tạo từ 3 thanh INOX được lắp ở 2 bên bàn trượt và một ở trên đầu trục X có chức năng giữ thăng bằng trong quá trình di chuyển Để di chuyển trục X sử dụng thanh vít me kết nối với động cơ thông qua khớp mềm và 2 gối đỡ, sử dụng động cơ Step có thể dễ dàng tính toán hành trình của vít me cũng như hệ thống bàn trượt được kết nối với áo vít me
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Hình 4 7 Cơ cấu truyền động trục Y
Cơ cấu truyền động trục Y có phần đơn giản hơn khi vai trò của nó là đưa hàng ra vào trong quá trình lưu kho, do đó có thể sử dụng đây Curoa để truyền động từ động cơ cho cơ cấu bàn trượt nâng hàng Với yêu cầu điều khiển đơn giản hơn, cơ cấu trục Y chỉ cần đáp ứng việc di chuyển một quỹ đạo cố định sang 2 chiều của tấm trượt, động cơ Step đóng vai trò là cơ cấu chấp hành có thể kiểm soát độ dài quỹ đạo tấm trượt qua việc tính toán số bước động cơ
Cơ cấu truyền động thẳng đứng z gồm một thanh nhôm định hình vslot 20x40 đặt trên bàn trượt trục X Động cơ sẽ được đặt trên đỉnh của thanh nhôm, kết nối với động cơ một khớp nối mềm và thanh vít me T8 dài 800mm Để di chuyển trục Y lên xuống, ta cần thiết lập một bàn trượt với 4 bánh xe ôm thanh nhôm giúp việc truyền động trở nên dễ dàng và cân bằng
Hình 4 8 Cơ cấu truyền động trục Z
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
THI CÔNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
Giao diện thiết kế đơn giản, đầy đủ các nội dung của một trang web cơ bản (logo trường, các mục lựa chọn, thông tin liên hệ)
Hình 4 9 Giao diện giám sát và điều khiển
Người vận hành có thể theo dõi được các thông số ở mục POSITION và INFORMATION ở khung bên trái Các thao tác điều khiển nằm ở mục PANEL phía dưới đó:
Mục POSITION: Thể hiện vị trí của cơ cấu lưu kho và các hành động của nó
- Label hiển thị hành động của cơ cấu
- X-Axis pos: Hiển thị vị trí của trục X
- Y-Axis pos: Hiển thị vị trí của trục Y
- X-Axis pos: Hiển thị vị trí của trục Z
Mục INFORMATION: Thể hiện thông tin mã QR của kho hàng
- QRCode: Mã QR đang thực thi
- Product: Tên sản phẩm thuộc mã QR này
- Position: Vị trí ô kho của mã
- Notification: Hiển thị các thông báo hỗ trợ việc điều khiển và giám sát hệ thống
Lưu ý: Bên cạnh những hiển thị nội dung là một hệ thống hiển thị trực quan hệ thống kho hàng bao gồm 18 vị trí tương ứng của kho chia đều cho mỗi loại hàng Khi có một loại hàng đạt giá trị 9/9 giao diện hệ thống sẽ hiển thị đèn Full song song với việc bật Buzzer
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG
Mục PANEL: Vùng thao tác, gửi lệnh điều khiển đến hệ thống
- Nút Import Product: nhấn để hệ thống bắt đầu hoạt động đồng thời với việc đưa hàng vào hệ thống
- Nút Stop: nhấn để hệ thống dừng hoạt động, sử dụng khi bảo trì hoặc xảy ra lỗi trong quá trình hoạt động
- Nút Home: gửi tín hiệu SetHome đến các động cơ Step là yêu cầu bắt buộc để hệ thống có thể hoạt động chính xác
- Nút Import/Export mode: dùng để thay đổi chế độ hoạt động lưu/xuất kho
- Nút Fix/Reset: báo lỗi cũng như khởi động vài hệ thống dùng để xử lý các vấn đề biến nhớ thong quá trình hoạt động của hệ thống.
THI CÔNG GIAO DIỆN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QR CODE 51 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Phần mềm phân loại sản phẩmlà một chương trình được thực hiện với mục đích xử lý ảnh và giải mã QR dựa trên thư viện AForge và zxing, giao tiếp với PLC S7-1200 thông qua thư viện S7.Net
Chương trình xử lý ảnh và kết nối với PLC S7 - 1200 được thực hiện tuần tự như sau:
- Khi hệ thống lưu kho bắt đầu hoạt động, người giám sát bật giao diện xử lý ảnh trên máy tính
- Người dùng nhập địa chỉ IP của PLC vào textbox có trên giao diện rồi nhấn nút “Connect to PLC” Máy tính sẽ kiểm tra kết nối, nếu thành công sẽ hiển thị thông báo “Connect to PLC successfully!” và sẽ đọc dữ liệu từ thanh ghi PLC theo thời gian thực, nếu không kết nối được thì hiển thị thông báo “Can’t connected to PLC!” Trong quá trình đọc dữ liệu PLC, nếu kết nối với PLC gặp gián đoạn sẽ in ra thông báo
“Can’t read data from PLC!”
- Khi kết nối thành công, người dùng chọn thiết bị ghi hình (webcam hoặc USB camera) và nhấn nút “TURN ON” để mở camera, hình ảnh thu được sẽ hiển thị lên picturebox
- Máy tính sẽ nhận mã QR và giải mã, sau đó gửi đoạn mã vừa giải mã tới PLC để PLC phân loại Nếu nhận thấy đoạn mã vừa quét được đã
CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG được gửi đi trước đó (bằng cách đọc dữ liệu từ PLC) thì máy tính sẽ không gửi nữa
- Giao diện sẽ kiểm tra xem lệnh kết thúc có được nhấn hay không, nếu không sẽ quay lại lệnh mở camera và bắt đầu vòng lặp mới Nếu có sẽ dừng chương trình đang chạy
Hình 4 10 Giao diện app quét QR code
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
KẾT QUẢ THI CÔNG CƠ KHÍ
Sau khi thực hiện thi công phần cứng, về cơ bản đã tương đối hoàn thiện:
- Các trục di chuyển ổn định và chính xác theo số bước đã cài đặt
- Các tính toán về kích thước chính xác ở mức tương đối, các bộ phận khi hoạt động không xảy ra va chạm
- Các cảm biến hoạt động khá tốt và chính xác
- Sản phẩm được lưu xuất dễ dàng, không bị rớt trong quá trình vận chuyển
- Băng tải hoạt động trơn tru, giải quyết được vấn đề chuyển hàng qua bang tải bằng cách dùng thanh chặn thay đổi quỹ đạo hàng
- Xy lanh di chuyển hành trình không bị va đập có thể hút thả sản phẩm vào hộp chính xác
Hình 5 1 Mô hình hệ thống hoàn thiện
KẾT QUẢ THI CÔNG PHẦN ĐIỆN, KHÍ NÉN
Sau khi thực hiện thi công tủ điện, tủ điện đáp ứng những yếu tố:
- Được sắp xếp và đi dây gọn gàng trong các máng dây
- Các đầu dây được dán nhãn thuận tiện dù có bị lẫn dây thì vẫn dễ dàng đi lại
- Hệ thống khí nén có vai trò gắp thả và định quỹ đạo cho sản phẩm vào kho, giải quyết được vấn đề hàng bị thay đổi hướng khi chuyển giao giữa 2 băng tải
Hình 5 2 Tủ điện hoàn thiện
Từ thiết kế có sẵn tủ điện được thi công với các thiết bị bao gồm: 1 PLC, 1 Module mở rộng, 1 CB đóng cắt, 1 bộ nguồn 24V-20A, 5 relay, 4 driver TB6600, 1 Terminal nối dây Các thiết bị được sắp xếp phù hợp với thể tích tủ và được đi dây gọn gàng trong ống Các đầu dây đều được gắn COS để đảm bảo an toàn và chắc chắn khi nối dây các thiết bị
Hình 5 3 Các nút nhất và đèn báo trên tủ điện
Mặt trước tủ điện là hệ thống các nút nhất và đèn báo bao gồm: 1 Switch ON/OFF, 1 Emegency Stop, 1 Buzzer cảnh báo, 3 nút nhấn Start, Stop, Home, 3 đèn Source, Start, Stop Các thiết bị điều khiển và giám sát trực tiếp hệ hống thực hiện đúng và đầy đủ các chức năng đảm bảo độ ổn định và tính an toàn của hệ thống
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Hình 5 4 Van điện từ trong hệ thống
Hệ thống van điện từ gồm 3 van điện từ và 1 van tạo chân không phần cuộn Coil điện được kết nối với các ngõ ra của PLC, trong khi phần khí nén được kết nối với các xy lanh và đầu hút chân không, từ đó có thể dùng các tín hiệu Logic để điều khiển xy lanh phục vụ cho nhu cầu phân loại và thay đổi quỹ đạo sản phẩm trên băng tải
Hình 5 5 Trục xi lanh gắp hút sản phẩm
Kết hợp được cơ cấu gồm 1 xy lanh di chuyển lên xuống và một đầu hút chân không tất cả được kết nối vào bệ đỡ di chuyển theo phương ngang điều khiển bằng được cả chu trình phân loại và đóng gói sản phẩm Hàng hỗn hợp sẽ được phân loại và đóng gói mỗi hộp 2 sản phẩm trên 2 băng tải riêng biệt
Hình 5 6 Băng tải chuyển sản phẩm qua khu vực lưu kho
Giải quyết bài toán thay đổi quỹ đạo kho hộp hàng di chuyển qua 2 băng tải vuông góc rất dễ xảy ra vấn đề bị nghiêng hoặc không vào đúng vị trí lưu kho, từ vấn đề đó nhóm đã sử dụng thêm 1 xy lanh để cố định quỹ đạo hàng trước khi vào khâu lưu kho.
KẾT QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG
Số liệu vận hành hệ thống trong thực tế với nhiều thời gian hoạt động:
Bảng 9 Số liệu vận hành hệ thống phân loại
Hàng Phân loại Số sản phẩm lỗi
Kết quả phân loại Độ chính Chính xác Lỗi xác
Bảng 10 Số liệu vận hành hệ thống lưu kho
Hàng nhập kho Số sản phẩm lỗi
Kết quả phân loại Độ chính xác Chính xác Lỗi
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Bảng trên được đo trong quá trình chạy mô hình bằng trạng thái tự động trong vòng 15 phút Với tốc độ đưa hàng vào cố định tránh việc xảy ra tình trạng quá tải hàng phân loại vào lưu kho Tốc độ đưa phôi hàng vào khoảng trung bình 1 phút mỗi cặp phôi hàng, việc tăng tốc độ cấp hàng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống
Vận hành hệ thống bằng Webserver
Hình 5 7 Giao diện vận hành hệ thống bằng Webserver
Là trang web cơ bản bao gồm đầy đủ các thông tin thành viên nhóm, giảng viên hướng dẫn các chức năng điều khiển và giám sát hệ thống được chia theo vùng đánh số như trong hình:
- Khu vực 1: Gồm các nút nhấn và chọn để điều khiển hệ thống Start để hệ thống bắt đầu hoạt động theo mode chọn Import/Export, Stop để dừng hệ thống, và nút Home để set home các trục điều khiển bằng động cơ Step để đảm bảo việc các động cơ điều khiển cơ cấu hoạt động chính xác nhất
- Khu vực 2: Đây là khu vực hiển thị các thông báo hệ thống bao gồm mã
QR mà App đọc QR gửi đến PLC các thông báo về loại hàng đang lưu kho và tình trạng của kho hàng
- Khu vực 3: Là khu vực giám sát hệ thống loại hàng được đưa vào sẽ của loại hàng đó Cùng với đó là trạng thái của hệ thống trục X-Y-Z hiển thị vị trí của từng trục để dễ dàng cho người dùng trong việc giám sát và điều khiển hệ thống
- Khu vực 4 và 5: là hiển thị trực quan của hệ thống khi đang vận hành thể hiện loại hàng được cấp vào băng tải và vị trí trạng thái các ô kho một cách trực quan, với mỗi ô kho có hàng hệ thống sẽ hiển thị hàng để dễ dàng cho người dùng quan sát
- Khu vực 6: Chuyển sang trang Alarm hoặc xuất dữ liệu hệ thống ra Report bằng trang tính Excel
Hình 5 8 Bảng xuất thông tin dữ liệu của hệ thống
Các lỗi thường gặp trong quá trình vận hành:
- Chương trình xử lý ảnh chưa xử lý được mã QR khi thiếu sáng và nếu bị che mất một số điểm
- Việc thay đổi quỹ đạo hàng khi chuyển băng tải đôi lúc vẫn chưa được mượt mà và ổn định
- Cơ cấu được điều khiển bằng động cơ Step có thể bị nhảy bước do quá trình hoạt động trong thời gian dài
Kết luận: Từ những kết quả của hệ thống điện, cơ cấu chấp hành, Webserver có thể rút ra rằng dù còn có 1 vài hạn chế nhưng hệ thống đã có thể cơ bản vận hành được và đáp ứng các yêu cầu đề ra và giải quyết được các bào toán phát sinh trong quá trình thi công và vận hành hệ thống.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu, thực hiện thi công, nhóm đã hoàn thành để tài “Hệ thống phân loại sản phẩm và lưu kho tự động quản lý bằng mã QR”, nhóm đã đạt được được những mục tiêu ban đầu đề ra:
− Tính toán, thiết kế, xây dựng được mô hình hệ thống phân loại và lưu kho tự động theo đúng yêu cầu đã đặt ra ban đầu
− Chương trình xử lý ảnh tương đối ổn định, đã quét được mã QR Code phân loại như yêu cầu
− Hiểu được nguyên lý hoạt động, cách đấu nối giữa các thiết bị điện trong hệ thống: PLC S7-1200, driver động cơ, cảm biến,…
− Sử dụng phần mềm TIA Portal V16 để lập trình điều khiển hệ thống
− Sử dụng Websever để điều khiển và giám sát từ xa
HẠN CHẾ
Đề tài còn những hạn chế sau đây:
− Trong quá trình hệ thống hoạt động vẫn có sai số và lỗi.
− Phần cơ khí còn nhiều bộ phận chưa ổn định, độ chính xác chưa được tối ưu.
− Chưa thể nhận biết nếu trong qua trình hoạt động hàng bị rơi rớt được hay không.
− Do hình ảnh từ Camera trả về chưa được sắc nét, thiếu sáng, nên việc xử lý ảnh chưa được tối ưu.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Sau khi đã hoàn thiện đồ án tốt nghiệp, nhóm có một số hướng phát triển để hoàn thiện và tối ưu hơn cho hệ thống
− Tối ưu phần cơ khí, phần mềm để hệ thống hoạt động ổn định
− Tối ưu phần mềm xử lý ảnh
− Thay thế động cơ step bằng động cơ có bộ Encoder để tăng sự chính xác cho hệ thống
− Sử dụng thêm cảm biến để nhận biết hàng rơi, bị lệch khỏi băng tải, với mỗi vị trí ô lưu kho, thêm 1 cảm biến để hệ thống có thể tối ưu hơn.
