LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Solidworks Tuần 5 Tính toán lựu chọn các thiết bị cần thiết Tuần 6 Hoàn thiện bản vẽ sơ đ
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc ứng dụng công nghệ hiện đại trong quản lý và vận hành kho bãi trở nên cực kỳ quan trọng Kho bãi đóng vai trò không thể phủ nhận trong chuỗi cung ứng, giữ vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và phân phối hàng hóa một cách hiệu quả, từ đó đảm bảo doanh nghiệp duy trì mức độ phục vụ khách hàng cao
Tuy nhiên, phương pháp quản lý kho theo kiểu truyền thống, tập trung chủ yếu vào lao động nhân công và các thiết bị bốc dỡ hàng hóa, không thực sự tận dụng hết các không gian và khả năng lưu trữ của kho Việc này dẫn đến nhiều vấn đề như tốn kém chi phí, thời gian và diện tích đất làm nhà kho Những vấn đề này không chỉ gây tổn thất về chi phí mà còn ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh tổng thể của doanh nghiệp
Vì vậy, việc áp dụng hệ thống lưu kho tự động là cần thiết để mang lại nhiều lợi ích như tăng cường hiệu quả quản lý, tiết kiệm chi phí, giảm thiểu sai sót và cải thiện tốc độ xử lý đơn hàng Với sự hỗ trợ của các công nghệ tiên tiến như robot, trí tuệ nhân tạo và IoT, hệ thống lưu kho tự động đang trở thành xu hướng không thể phủ nhận trong quản lý kho bãi
Nhóm của chúng tôi quyết định thực hiện đồ án " THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG " nhằm nghiên cứu và phát triển một hệ thống lưu kho tự động, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình quản lý và vận hành kho bãi Với việc ứng dụng hệ thống lưu kho tự động, doanh nghiệp không chỉ nâng cao năng lực cạnh tranh mà còn bắt kịp xu hướng phát triển của ngành công nghiệp hiện đại
Mục tiêu của đề tài
- Thiết kế 3 kho hàng 3x3 đặt ở 3 hướng khác nhau để tận dụng tối đa diện tích kho
- Thiết kế bộ khung đỡ 2 trục XYZ và điều khiển nội suy tuyến tính 2 trục bằng servo để nâng cao tốc độ lưu kho
- Thiết kế cách tay robot scara 2 bậc tự do để bốc dở hàng hóa một cách chính xác, linh hoạt và nhanh chóng
- Hệ thống được điều khiển và giám sát qua giao diện winform C# trên máy tính, hiển thị thông tin về số lượng sản phẩm, thời gian nhập, xuất của chúng và cảnh báo lỗi cho người dùng biết trong quá trình vận hành
- Phân loại mã QR chính xác, ổn định.
Giới hạn của đề tài
- Cơ cấu lưu kho được thiết kế chỉ nâng được hàng có trọng lượng nhỏ dưới 1kg
- Thành phần cơ khí của bộ trục XYZ chưa được chắc chắn nên bị rung lắc khi hệ thống hoạt động với tốc độ nhanh
- Sử dụng nam châm điện gắn vào cơ cấu chấp hành cuối của robot scara để hút hàng nên độ chính xác chưa cao, thình thoảng không hút được hàng.
Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo các hệ thống lưu kho tự động có sẵn trên thị trường
- Dựa trên các tài liệu nghiên cứu, đồ án hay các tài liệu trên các trang mạng như google scholar, thư viện số Đại học Sư phạm Kỹ thuật,… Từ đó nhóm thực hiện cải tiến bằng cách thiết kế thêm cách tay robot scara và điều khiển nội suy tuyến tính bộ trục XYZ để bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng, linh hoạt và chính xác.
Nội dung của đề tài
Phần còn lại của đề tài có nội dung như sau:
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày yêu cầu của hệ thống cần thiết kế, các vấn đề liên quan đến công nghệ của hệ thống lưu kho tự động
• Chương 3: Thiết kế phần cứng
Thiết kế, lựa chọn trang thiết bị, sơ đồ khối của hệ thống, sơ đồ đi dây và thi công mô hình
• Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển và hệ thống giám sát
Trình bày chương trình điều khiển, nguyên lý hoạt động của hệ thống, thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống
Trình bày kết quả đạt được về phần cứng và phần mềm
• Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Đánh giá lại kết quả đạt được và đề xuất phương án cải tiến trong tương lai
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các loại kệ kho hàng phổ biến hiện nay
Hình 2.1: Hình ảnh kệ selective trong thực tế
Kệ Selective là giải pháp lưu trữ hàng nhà kho đa dạng, có khả năng chứa tối đa 3000kg/pallet Với lối đi rộng lên đến 3.5m, hệ thống này tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển xe nâng bên trong và bốc dỡ hàng hóa một cách đơn giản
Với hiệu suất tiếp cận pallet đạt 100%, Kệ Selective tạo môi trường quản trị tồn kho chuyên nghiệp, giúp giải quyết lưu thông hàng hóa một cách thuận lợi Đồng thời, giảm thiểu rủi ro hư hỏng và va chạm không mong muốn giữa xe nâng và hệ thống kệ lưu trữ nhờ lối đi rộng
Với chi phí lắp đặt thấp và không đòi hỏi đầu tư xe nâng đặc biệt, kệ kho Selective trở thành sự lựa chọn hàng đầu trong các kho xưởng công nghiệp Đặc biệt phù hợp trong việc lưu trữ vật tư, nguyên liệu sản xuất, và hàng hóa có hạn sử dụng ngắn như thực phẩm, dược phẩm, và vải
Hình 2.2: Hệ thống kệ Selective
Hệ thống kệ Selective bao gồm các chi tiết:
- Chân trụ omega dập lỗ: Chịu tải toàn hệ thống
- Thanh giằng (giằng chéo): kết nối chân trụ omega và khuếch đại khả năng chịu tải của chân trụ
- Thanh ngang (giằng ngang): giúp cố định khoảng cách giữa 2 chân trụ
- Thanh beam: Nối giữa 2 chân trụ, là nơi đặt cố định những pallet
- Thanh lót: hỗ trợ thanh beam giữ cho pallet luôn ổn định
- Trụ bảo vệ: Liên kết thanh trụ omega với sàn, giữ cho hệ thống luôn vững chắc
- Chất liệu tấm lót (mâm): ván ép gỗ, mâm tole, tấm lưới thép Ưu điểm
- Kệ có tải trọng lớn lên đến 6000 kg/tầng
- Kệ có thê lưu trữ nhiều loại hàng hóa đa dạng về chủng loại, quy cách, kích thước,
- Thiết kế đơn giản, dễ dàng tháo lắp, đáp ứng được mọi kích thước pallet
- Dễ dàng điều chỉnh chiều cao giữa các tầng
- Có các kết cấu phụ như mâm tole, lưới thép giúp bảo vệ hàng hóa tốt nhất
- Sử dụng được trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực như: thực phẩm, công nghiệp, logistic, kho lạnh,
- Khả năng tiếp cận pallet là 100%, giúp việc nhập và xuất hàng thuận tiện
- Không bị giới hạn bởi nguyên tắc nhập xuất hàng theo FIFO hay LIFO
- Được liên kết bằng bulong giúp việc điều chỉnh kết cấu và nâng cấp cũng như di chuyển dễ dàng
- Phủ hợp với mọi loại xe nâng
- Kệ chi tận dụng được 40% diện tích kho
- Một số sản phầm không thể lưu trữ trên kệ selective mà cần chuyển qua một loại kệ chuyên dụng khác như: hàng quá nặng, cồng kềnh,
Hình 2.3: Kệ kho Drive in
Hệ thống kệ Drive in hay còn có tên gọi khác là kệ xe nâng chui, được dùng để lưu trữ hàng hóa trong các kho công nghiệp là chủ yếu
Kệ sử dụng những ray dẫn đỡ pallet thay vì beam đỡ pallet, và xe nâng hàng có thể dễ dàng chịu sâu vào bên trong để lấy các pallet mà không hề gặp khó khăn
Loại kệ này cung cấp khả năng lưu trữ hàng hóa tối ưu nhất nhờ hoạt động linh hoạt dựa trên nguyên tắc FILO (các pallet nào vào trong đầu tiên thì sẽ được lấy ra sau cùng) Ưu điểm:
- Có thể tận dụng được đến 70% diện tích kho, tăng khả năng sử dụng không gian
- Chi phí đầu tư khá thấp so với các loại kệ khác, đặc biệt là khi số lượng nhiều
- Phù hợp với hầu hết các loại xe nâng
- Khả năng lưu trữ hàng hóa với mật độ cao, giúp tối ưu hóa không gian kho
- Dễ dàng tháo lắp, nâng cấp và sửa chữa khi cần thiết
- Có các thanh giằng được kết nối đối xứng giúp tăng khả năng chịu tải cho hệ thống kệ
- Thiết kế đa dạng và hiệu suất sử dụng tối ưu cao
- Mặc dù có nhiều tính năng vượt trội, kệ Drive In vẫn còn tồn đọng khuyết điểm về khả năng chọn lọc hàng hóa
- Không thích hợp để lưu trữ sản phẩm có hạn sử dụng hoặc nhiều chủng loại sản phẩm
- Xe nâng thường phải di chuyển vào bên trong để lấy hàng, dễ gây ra va chạm
- Trong các kho hàng lớn, thường kết hợp kệ Drive In với kệ Selective hoặc kệ Double Deep để nâng cao khả năng chọn lọc
- Thường được sử dụng để chứa đựng nhóm hàng đồng nhất và trong các kho yêu cầu sức chứa lớn và không quan trọng việc chọn lọc hàng hóa
- Thích hợp cho kho hàng lạnh để tăng mật độ chứa hàng và giảm chi phí vận hành
Kệ khuôn là loại kệ được thiết kế dùng để lưu trữ các loại khuôn mẫu hay hàng hóa có tải trọng nặng, thường sử dụng cho các ngành cơ khí nhựa, công nghiệp xe hơi, tàu biển và lưu trữ khuôn mẫu,
Vì các loại khuôn mẫu có cấu trúc phức tạp, tải trọng nặng nên không thể xếp chồng lên nhau, thường được đặt trên sàn sản xuất Tuy nhiên việc lưu trữ các loại máy móc này trên sàn chiếm rất nhiều không gian trống, lại dễ dàng gây hư hại đến những món đồ đắt tiền này
Chính vì vậy rất cần một loại kệ có cấu trúc vững chắc và độ bền cao như kệ khuôn, chịu được tải trọng lớn và khả năng lưu trữ hiệu quả Đặc điểm
- Kệ khuôn có chân trụ làm theo chữ C lắp ráp, được thiết kế chắc chắn với các thanh trượt liên kết với nhau bằng ốc vít và bu lông
- Các tầng của kệ có kết cấu vững chãi, kệ được làm bằng thép với khả năng lưu trữ đến hàng nghìn kg
- Thiết kế móc khóa an toàn tự động của kệ giúp giữ vững mâm tầng được ổn định, tránh dịch chuyển gây nên sự cố cho người dùng
- Mỗi tầng của kệ đều có tay cầm để duy trì, tầng cuối sẽ được kết nối với thiết bị di chuyển tầng kệ Ưu điểm của kệ khuôn:
Ngoài chức năng nâng đỡ và lưu trữ hàng hóa như chúng tôi vừa kể trên, kệ khuôn còn có những chức năng quan trọng sau:
- Lưu trữ có tổ chức
- Các khuôn được lưu trữ sắp xếp gọn gàng trên kệ, giúp cho việc lấy hàng và kiểm tra dụng cụ cũng dễ dàng hơn
- Tối ưu diện tích không gian
- Giải phóng không gian mặt sàn và tối đa hóa mật độ lưu trữ trong kho Giúp cho lối đi được thông thoáng, rộng rãi, tránh va chạm và an toàn hơn cho các công nhân
- Mỗi tầng của kệ đều có các thanh ray trượt di động và có các chốt chặn, thuận tiện trong di chuyển cũng như đảm bảo an toàn cho việc lấy hàng
- Các bộ phận của kệ đều được phủ một lớp sơn tĩnh điện công nghệ cao, chống lại tác động của môi trường như: oxi hóa, nấm mốc, bong tróc,
Nhược điểm của kệ khuôn:
- Bên cạnh những những điểm nổi bật trên, kệ khuôn còn có những nhược điểm sau:
- hi phí đầu tư cao
- Do có cấu trúc phức tạp nên kệ có chi phí cao và khá tốn kém, cách sử dụng cũng khó hơn nên các nhà đầu tư thường gặp phải khó khăn và đắn đo khi mua kệ khuôn
- Cần đầu tư thêm những đồ hỗ trợ khác
Tìm hiểu các loại cơ cấu cần cẩu Stacker dùng để đưa hàng vào kho
2.2.1 Cần cẩu xếp chồng ( Stacker Crane ) Ưu điểm của cẩu xếp là:
- Cấu trúc cột đơn hoặc cột đôi giúp vận hành ổn định và đáng tin cậy
- Tất cả các linh kiện điện chính đều được nhập khẩu, chất lượng cao
- Điều khiển bằng tay, điều khiển bán tự động và điều khiển tự động hoàn toàn
- Có thể được trang bị các loại thiết bị hậu cần khác
Cần cẩu xếp bao gồm cột đơn, cột đôi, nhiều cột và các mô hình khác
Hình 2.5: Single and Double Mast Stacker Crane
Cần cẩu xếp loại tuyến tính được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống AS/RS và lý tưởng nhất cho nhà kho có hiệu suất lưu trữ cao
Hình 2.6: Hệ thống kho sử dụng stacker crane 2.2.2 Cần cẩu xếp loại C
Loại C được sử dụng ở các lối đi khác nhau, có thể chuyển từ lối đi này sang lối đi khác và có thể sử dụng cho các kho có tần suất lưu kho thấp
Hình 2.7: Hệ thống kho sử dụng stacker crane loại C 2.2.3 Cần cẩu xếp loại D
Cần cẩu xếp chồng loại D được sử dụng cho kho có tần suất lưu trữ thấp và nó có thể di chuyển giữa các lối đi bằng xe đưa đón
Hình 2.8: Hệ thống kho sử dụng stacker crane loại D
Tổng quan về PLC
Hình 2.9: Hình tổng quan về các loại PLC
PLC (Programmable Logic Controller) – bộ điều khiển có thể lập trình – là một hệ thống được lập trình để sử dụng cho việc giám sát và tự động hóa quy trình sản xuất công nghiệp Các bộ điều khiển này có thể tự động hóa một quy trình cụ thể, chức năng máy móc, hoặc thậm chí toàn bộ dây chuyền sản xuất
Hình 2.10: Sơ đồ tổng quan cấu trúc của PLC
Các thành phần chính của bộ điều khiển PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU), bộ nguồn, thiết bị lập trình và các mô-đun đầu vào và đầu ra (I / O)
CPU là bộ não của PLC và thực hiện các hoạt động được lập trình Các hoạt động hoặc đầu ra (output) này được thực hiện dựa trên các tín hiệu và dữ liệu được cung cấp từ các đầu vào (input) được kết nối
Mô-đun đầu vào kết nối các thiết bị bên ngoài khác nhau, chẳng hạn như cảm biến, công tắc và nút nhấn với PLC để đọc các thông số kỹ thuật và các dữ liệu tương tự khác, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tốc độ, v.v Mô-đun đầu ra chuyển đổi tín hiệu từ CPU thành các định dạng kỹ thuật số để điều khiển các thiết bị đầu ra
Bộ nguồn cung cấp năng lượng cho PLC bằng cách chuyển đổi nguồn AC đầu vào có sẵn thành nguồn DC theo yêu cầu của CPU và các mô-đun I / O để hoạt động bình thường
Chủ yếu có ba bước để điều khiển quá trình hoạt động PLC
- Giám sát trạng thái của đầu vào (input)
- Thực thi chương trình điều khiển
- Cập nhật trạng thái của kết quả đầu ra (output)
Một số hãng PLC phổ biến hiện nay
Chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1993, Siemens là 1 thương hiệu của Đức Với các dòng PLC, Siemens cũng để lại ấn tượng sâu đậm trong lòng người Việt với khả năng điều khiển quá trình và điều khiển qua truyền thông mạnh mẽ
Hình 2.11: Một số loại PLC Siemens thông dụng Ưu điểm của PLC Siemens:
- Giá thành phải chăng Ngôn ngữ lập trình và tập lệnh đa dang
- Siemens mạnh về điều khiển quá trình và điều khiển qua truyền thông
- Các module Analog của Siemens có giá thành rẻ hơn, sử dụng đơn giản (chỉ cần cắm vào PLC và cấu hình qua vài bước là có thể đọc/ghi dễ dàng)
- Kích thước nhỏ gọn, đồ bền cao, có thể mở rộng nhiều module
Nhược điểm của PLC Siemens:
- Khó khăn cho người mới bắt đầu học lập trình
- Số lượng ngõ ra, vào hạn chế cần thêm module mở rộng khi có nhiều ngõ ra, vào
- Phần mềm lập trình năng và có giá thành cao
PLC Mitsubishi là sản phẩm của tập đoàn Mitsubishi Nhật Bản Cho tới hiện tại, PLC Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển các hệ thống trong công nghiệp, từ đơn giản đến phức tạp.Nó được biết là đòng PLC có độ bên cao, giá thành rẻ, hoạt động tốt ở mọi hoàn cảnh Các dòng PLC có thể kể đến: Q Series, L Series, FX Series, Ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận, trong đó hỗ trợ mạnh về điều khiển vị trí và bộ đếm xung tốc độ cao Việc lập trình khả đơn giản, tuy nhiên sẽ khó xử lý và tổn thời gian cho những chương trình phức tạp
Hình 2.12: Một số loại PLC Mitsubishi thông dụng Ưu điểm của PLC Mitsubishi:
- Giá thành phải chăng, đa dạng dòng sản phẩm tùy vào nhu cầu sử dụng
- Mitsubishi lại có thế mạnh về điều khiển rời rạc và điều khiển truyền động
- Số câu lệnh phong phú, có các câu lệnh riêng chuyên dùng để điều khiển các ứng dụng tốc độ cao Đơn giản hơn nhiều với việc PLC Siemens phải cấu hình qua khá nhiều bước và nhiều thông số mới thực hiện được việc này
- Kích thước nhỏ gọn và có thể mở rộng nhiều Module
Nhược điểm của PLC Mitsubishi:
- Khó khăn khi viết chương trình phức tạp
- Số lượng ngõ ra, ngõ vào hạn chế cần thêm module mở rộng khi có nhiều ngõ ra, ngõ vào
Hình 2.13: Một số loại PLC Rockwell thông dụng Ưu điểm của PLC Rockwell:
- Hệ thống PLC Rockwell cho phép mở rộng dễ dàng theo thời gian, bao gồm việc thêm các module và phần mềm mở rộng để đáp ứng các yêu cầu phức tạp hơn khi dự án phát triển
- PLC Rockwell nổi tiếng với tính đáng tin cậy và hiệu suất cao trong quá trình kiểm soát các hệ thống công nghiệp quan trọng Chúng được sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt như trong công nghiệp sản xuất và quá trình sản xuất
Nhược điểm của PLC Rockwell:
- PLC của Rockwell thường có giá cao, đặc biệt là trong các hệ thống lớn
- Hệ thống phần mềm và lập trình của Rockwell có thể yêu cầu thời gian để học và làm quen.
Giới thiệu về cảm biến quang và nguyên tắc hoạt động
2.5.1 Cảm biến quang là gì
Cảm biến quang, hay còn gọi là Photoelectric Sensor, là thiết bị sử dụng linh kiện quang điện để phát hiện sự hiện diện của vật thể Khi tiếp xúc với ánh sáng, các linh kiện này thay đổi trạng thái dựa trên hiện tượng phát xạ điện tử, chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện để phát hiện vật thể
Hình 2.14: Cảm biến quang Ưu điểm:
- Phát hiện vật thể từ xa, có thể lên đến khoảng cách 100m mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể
- Độ bền cao, ít hao mòn, hoạt động với độ chính xác và ổn định
- Có khả năng đồng thời phát hiện nhiều vật thể khác nhau
- Độ nhạy cao và có thể điều chỉnh, thời gian đáp ứng tương đối nhanh chóng
- Tính chống bụi chưa cao, hoạt động của cảm biến sẽ bị ảnh hưởng như bề mặt của nó bị bám bẩn
- Các yếu tố như màu sắc, khả năng phản xạ ánh sáng của vật có thể ảnh hưởng tới hoạt động của cảm biến quang.
Giới thiệu về mã QR code
QR Code (Quick Response Code) là mã vạch ma trận hoặc mã vạch 2D, sử dụng bởi các thiết bị như điện thoại thông minh có camera hoặc các module đọc chuyên dụng QR Code là ma trận gồm các ô vuông và chấm đen, trắng, có thể đọc theo cả chiều ngang và dọc, chứa thông tin như địa chỉ web, thông tin liên hệ, văn bản,
Kỹ thuật này được phát triển từ năm 1994 bởi công ty Denso Wave (Nhật Bản) QR Code có khả năng lưu trữ nhiều thông tin hơn mã vạch truyền thống, giúp giải quyết hạn chế về không gian lưu trữ trên bao bì sản phẩm
2.6.2 Ưu điểm của QR code
Xem xét dưới góc nhìn là một cách thức lưu trữ và đọc thông tin, QR code có nhiều ưu điểm sau:
• Có thể lưu được lượng lớn thông tin
QR Code có khả năng lưu trữ nhiều thông tin hơn mã vạch truyền thống Với version 40, QR Code có thể lưu trữ tối đa 1817 ký tự kanji/kana, 4296 ký tự tiếng Anh hoặc 7098 chữ số
• Có thể được đọc một cách nhanh chóng ở nhiều góc độ khác nhau
QRCode có thể được đọc nhanh chóng từ nhiều góc độ nhờ cấu tạo gồm các ký hiệu ngăn cách ở
3 trong 4 góc của hình vuông
• Ngay cả khi QR code bị bẩn hay hỏng, ta vẫn có thể khôi phục thông tin chứa trong nó
QR Code có khả năng sửa chữa lỗi và khôi phục dữ liệu ngay cả khi bị bẩn hoặc rách Khả năng sửa chữa lỗi được chia thành 4 mức độ: L, M, Q, H
• Có thể đọc được thông tin bằng kỹ thuật xử lý hình ảnh của Camera
QR Code có thể được đọc bằng kỹ thuật xử lý hình ảnh của camera, không cần máy đọc mã chuyên dụng, tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu
2.6.3 Cấu trúc và cách hoạt động của QR code
QR Code bao gồm các thành phần chính sau:
Hình 2.15: Cấu trúc của mã QR Code
Cell: Các ô đen trắng chứa các đoạn mã nhị phân (0 và 1)
Hoa văn định vị: Bố trí ở 4 góc, giúp camera xác định phạm vi QR Code và đọc thông tin nhanh chóng từ bất kỳ góc độ nào
Timing pattern: Các ô vuông đen trắng xen kẽ nhau, giúp xác định tọa độ QR Code
Alignment pattern: Hình vuông chứa hình vuông nhỏ bên trong, giúp điều chỉnh chênh lệch khi quét
Thông tin format: Chứa thông tin quyết định mức độ sửa chữa lỗi của QR Code
Ngoài ra, chức năng Mask giúp cân bằng giữa các ô đen và trắng trên QR Code, đảm bảo không có QR Code nào chứa toàn các ô đen
2.6.4 Ứng dụng của QR code trong quản lý quy trình, quản lý kho trong ngành sản xuất Đây là một ứng dụng ít được biết đến hơn của QR code, tuy nhiên, ban đầu mục đích QR code được tạo ra là nhằm phục vụ cho ngành sản xuất Ngoài tác dụng quản lý số lượng lưu kho, bằng việc gắn cho mỗi sản phẩm một QR code riêng biệt, ta có thể dễ dàng truy xuất nguồn gốc, quy trình sản xuất của sản phẩm đó Ngoài ra, QR code cũng được ứng dụng trong việc quản lý xuất nhập kho, quản lý số lượng bán ra, số lượng tồn kho trong các cửa hàng.
Quy trình đọc mã QR Code dùng thư viện ZXing
Quá trình giải mã mã QR bằng thư viện ZXing được thực hiện qua một số bước chính, từ việc phát hiện mẫu đến việc giải mã nội dung chi tiết của mã QR
Chuẩn bị hình ảnh và chuyển đổi thành BinaryBitmap:
- Đầu tiên, hình ảnh đầu vào (có thể từ máy ảnh hoặc từ file) được chuyển đổi thành đối tượng BinaryBitmap BinaryBitmap là một lớp đại diện cho hình ảnh dưới dạng nhị phân (đen và trắng), giúp đơn giản hóa việc xử lý hình ảnh
Kiểm tra và xác định thông tin mã QR:
- ZXing kiểm tra xem thông tin hint có chứa PURE_BARCODE hay không PURE_BARCODE chỉ ra rằng hình ảnh chỉ chứa mã QR mà không có bất kỳ thông tin nào khác
- Nếu hint chứa PURE_BARCODE, ZXing sẽ sử dụng phương thức extractPureBits để trích xuất ma trận bit từ hình ảnh
Phát hiện mẫu và xác định mã QR:
- Nếu không có PURE_BARCODE, ZXing sử dụng lớp Detector để phát hiện mã QR trong hình ảnh Detector sẽ quét hình ảnh để tìm các mẫu vị trí (finder patterns) với tỷ lệ pixel 1:1:3:1:1 Những mẫu này là ba ô vuông lớn nằm ở ba góc của mã QR, giúp xác định vị trí và hướng của mã QR
Hình 2.16: Xác định mẫu định vị cho mã QR code
- Khi tìm thấy ba điểm định vị, ZXing sẽ sử dụng phương thức orderBestPatterns để sắp xếp và xoay hình ảnh để tạo thành ma trận mã QR
Xây dựng ma trận mã QR và giải mã:
- Sau khi xác định được các mẫu vị trí, ZXing sử dụng phương thức processFinderPatternInfo để xây dựng ma trận mã QR chính xác Phương pháp này bao gồm việc đọc thông tin phiên bản, mẫu căn chỉnh và các thông tin khác từ mã QR
- Sau đó, ZXing thực hiện thuật toán chuyển đổi phối cảnh (perspective transformation) để làm thẳng mã QR, chuyển đổi hình ảnh mã QR thành ma trận bit với các giá trị 0 và 1 đại diện cho màu đen và trắng
Hình 2.17: Căn chỉnh mã QR Code
Giải mã nội dung mã QR:
- Với ma trận bit đã được xây dựng, ZXing sử dụng lớp BitMatrixParser để phân tích và trích xuất các thông tin từ mã QR, bao gồm thông tin phiên bản, thông tin định dạng, mã sửa lỗi, v.v
Hình 2.18: Xác định thông tin mã QR Code
- Cuối cùng, ZXing sử dụng phương thức DecodedBitStreamParser.decode để giải mã phần nội dung của mã QR, tạo ra đối tượng DecoderResult chứa thông tin nội dung mã QR
- DecoderResult chứa nội dung văn bản, dữ liệu byte và các thông tin khác từ mã QR
- ZXing trả về đối tượng Result, bao gồm nội dung giải mã, tọa độ của các điểm, và các metadata khác như mức độ sửa lỗi, byte segments, và thông tin về structured append nếu có
Quá trình trên giúp ZXing giải mã mã QR từ hình ảnh một cách hiệu quả, dù cho hình ảnh bị nghiêng hay có các yếu tố gây nhiễu khác.
Chuẩn truyền thông OPC
- OPC là viết tắt của OLE for Process Control
- OLE là viết tắt của Object Linking and Embedding
- OPC là một chuẩn dựa trên công nghệ OLE Automation của Microsoft sử dụng trong lĩnh vực điều khiển nhằm hỗ trợ khả năng làm việc, giao tiếp với nhau của các ứng dụng tự động và điều khiền
- Thực chất OPC là một trình điều khiển phần cứng được viết theo một chuẩn chung để cho phép kết nối với nhiều phần mềm HMI, SCADA, DCS,… từ các nhà cung cấp khác nhau dự dự trên công nghệ CON/DCOM của Microsoft
- Mục đích cơ bản là thay thế các phần mểm kết nối như IO Drivers
Hình 2.19: Hệ thống khi chưa có OPC Server
Khi chưa dùng OPC Server thì các phần mềm viết cho các thiết bị ví dụ như PLC, Controller, Sensor muốn gia tiếp được với các phần mềm SCADA như Citect, Wonderware intouch, Fix Dmacs, WinCC, C# thì phải cài các Driver Nhưng khi hệ thống có các thiết bị khác nhau lại phải đi cài các Driver khác nhau thì bài toán truyền nhận dữ liệu trở nên rất phức tạp
Hình 2.20: Hệ thống dùng OPC Server
- OPC giải quyết vấn đề bằng cách tạo ra một Software bus
- Applications chỉ cần lấy dữ liệu từ OPC data sources thay vì thông qua IO Drivers Điều này giúp cho việc thao tác đơn giản, gọn nhẹ và dễ dàng hơn
- Device Driver (server) chỉ cần tạo ra dữ liệu theo một định dạng nhất định (OPC Server) Điều này cũng thuận lợi hơn cho việc xử lí
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Yêu cầu thiết kế
- Hệ thống có 2 chế độ vận hành
- Thiết kế hệ loại sản phẩm theo mã QR
- Kho chứa hàng kích thước hình chữ nhật với kết cấu hoàn toàn bằng mica dễ thi công và chi phí rẻ
- Cơ cấu trục X, Y, là 2 trục vít me Cơ cấu trục Z là cánh tay scara 2 bậc Cơ cấu này sẽ đảm nhận chức năng vận chuyển hàng nên phải thi công vững chắc và sử dụng động cơ có độ chính xác cao
- Hiệu suất hệ thống trung bình 1 sản phẩm có thể được phân loại và lưu kho trong khoảng 30-40 giây
- Sản phẩm hình hộp chữ nhật kích thước 80x40x40(mm)
- Tủ điện phải đảm bảo hoạt động tốt, an toàn về điện, dễ dàng kết nối với các thiết bị ngoại vi cũng như việc dễ dàng trong việc bảo trì và sửa chữa
- Tất cả hoạt động của hệ thống sẽ được điều khiển và giám sát thông qua giao diện SCADA được thiết kế trên C#
- Các thông số của hệ thống như vị trí đặt hàng, cảnh báo, thông tin hàng, cũng sẽ được giám sát trên giao diện được thiết kế trên C#.
Đề xuất thiết kế hệ thống
Với yêu cầu của hệ thống nhóm đã đề xuất thiết kế như sau:
Vị trí hàng xuất phát
Vị trí thả hàng xuất kho
Hình 3.1: Đề xuất thiết kế
- Sản phẩm chưa được phân loại sẽ chạy trên băng tải đến camera để đọc mã QR
- Nếu mã QR loại 1, 2, 3 sẽ được cơ cấu vận chuyển và lưu vào kho 1
- Nếu mã QR loại 4, 5, 6 sẽ được cơ cấu vận chuyển và lưu vào kho 2
- Nếu mã QR loại 7, 8, 9 sẽ được cơ cấu vận chuyển và lưu vào kho 3
- Khi muốn lấy hàng trong kho sẽ chọn loại hàng và hàng lấy ra sẽ được thả tại vị trí hàng xuất kho.
Thiết kế phần cứng hệ thống trên phần mềm Solidworks
3.3.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks:
Ngày nay, Solidworks là một phần mềm thiết kế 3D khá quen thuộc đối với những người thuộc khối ngành kỹ thuật Phần mềm cung cấp khá nhiều tính năng tiện ích cho người dùng trong quá trình thiết kế như cho phép người dùng thiết kế cơ cấu 3D, lắp ghép các khối lại với nhau, xuất bản vẽ,…
Trong phần thiết kế hệ thống nhóm đã tận dụng các tính năng của phần mềm để vẽ bản thiết kế 3D các chi tiết hệ thống Sau đó, các chi tiết được lắp ghép lại với nhau để được bản vẽ mô phỏng hệ thống hoàn chỉnh theo góc nhìn 3D Từ bản thiết kế nhóm dễ dàng xây dựng mô hình đúng theo kích cỡ và thiết bị cũng như hình dáng của hệ thống
Hình 3.2: Giao diện làm việc của phần mềm Solidworks 3.3.2 Thiết kế kho chứa hàng:
Kho chứa hàng là một phần quan trọng của hệ thống Kho hàng là một khung với nhiều ô trống được thiết kế để lưu trữ hàng hoá nhập vào hệ thống Kho hàng của hệ thống có kích thước 3x3 ô chứa hàng Mỗi ô chứa hàng có kích thước 18x12x8(cm) Toàn bộ kho hàng được thiết kế và thi
23 công hoản toàn bằng mica
Hình 3.3: Kho chứa hàng trên solidworks 3.3.3 Thiết kế băng tải chuyển hàng:
Băng tải chuyển hàng là một phần không thể thiếu trong mô hình hệ thống lưu kho tự động Đây chính là cơ cấu vận chuyển hàng hoá vào hệ thống lưu kho Trong mô hình lần này nhóm thiết kế
1 băng tải giúp nhận hàng vào hệ thống Toàn bộ phần khung được thiết kế bằng nhôm định hình và thép giúp tạo nên sự vững chắc khi băng tải hoạt động Trên băng tải sẽ có cảm biến tiện cận giúp hàng dừng lại để camera trên băng tải ghi lại mã QR khi hàng nhập kho 1 cách chính xác hơn.
Hình 3.4: Thiết kế băng tải chuyển hàng trên Solibworks 3.3.4 Thiết kế cơ cấu XYZ:
Cơ cấu ba trục XYZ là bộ phận không thể thiếu Đây là cơ cấu chính của hệ thống giúp nhập hàng vào kho và xuất hàng ra khỏi kho Ba trục XYZ của hệ thống được nhóm tự thiết kế và thi công để
24 đảm bảo sự chính xác về thông số
Hình 3.5: Thiết kế cơ cấu 3 trục trên Solibworks 3.3.4.1 Thiết kế cơ cấu trục X:
Cơ cấu trục X được nhóm thiết kế với trục vít me kết hợp với các trục tyren trượt và truyền động bằng cách kết nối trực tiếp động cơ với trục vít me thông qua khớp nối mềm Hai đầu của các trục trượt sẽ là các gối đỡ và được cố định vào tấm ván giúp cơ cấu chắc chắn hơn Các con trượt vuông và áo đai ốc vít me được sử dụng giúp cơ cấu di chuyển một cách dễ dàng trên thanh trượt và trục vít me
Hình 3.6: Gối đỡ cho cơ cấu trục X
Hình 3.7: Bản vẽ 2d cho gối đỡ trục X
Hình 3.8: Thiết kế cơ cấu trục X 3.3.4.2 Thiết kế cơ cấu trục Y:
Cơ cấu trục Y được nhóm thiết kế với trục vít me kết hợp với các trục tyren trượt và truyền động bằng cách kết nối trực tiếp động cơ với trục vít me thông qua khớp nối mềm Hai đầu của các trục trượt sẽ là các gối đỡ và được cố định vào khung được làm bằng nhôm định hình ván giúp cơ cấu chắc chắn hơn Các con trượt vuông và áo đai ốc vít me được sử dụng giúp cơ cấu di chuyển một
26 cách dễ dàng trên thanh trượt và trục vít me.Ở trục Y nhóm đã thiết kế gá đỡ động cơ riêng cho phù hợp với thiết kế
Hình 3.9: Thiết kế gá đỡ động cơ truc Y
Hình 3.10: Bản vẽ 2D của gá đỡ động cơ truc Y
Hình 3.11: Thiết kế cơ cấu trục X
3.3.4.3 Thiết kế cánh tay scara:
Cánh tay robot là một cơ cấu với khá nhiều chi tiết, dẫn động bằng pully dây đai Nhóm đã tiến hành thiết kế từng chi tiết nhỏ và lắp ráp lại với nhau Cơ cấu gồm 2 link giúp việc lấy hàng nhập hàng linh hoạt Nhưng thiết kế vẫn còn nhiều hạn chế và độ chính xác chưa cao
Hình 3.12: Tổng quan thiết kế cánh tay scara
Hình 3.13: Thiết kế khâu đế
Bản vẽ 2D tổng quát mô hình khâu đế robot:
Hình 3.14: Bản vẽ 2D cho khâu đế
Bản vẽ 2D tổng quát mô hình khâu đế robot:
Hình 3.16: Bản vẽ 2D cho khâu 1
Bản vẽ 2D tổng quát mô hình khâu đế robot:
Hình 3.18: Bản vẽ 2D cho khâu 2
30 Đặt trục cho toàn bộ robot:
Hệ trục toạ độ cho robot như hình sau:
Hình 3.19: Đặt trục cho toàn bộ robot
Tính động học thuận cho robot:
Bảng 3.1: Bảng DH cho robot Scara
- a i − 1 : là khoảng cách của hai trục z i − 1 : z i liền kề, nhìn dọc theo trục x i − 1
- i − 1 : là góc giữa hai trục z i − 1 : z i liền kề, nhìn dọc theo trục x i − 1
- d i : là khoảng cách giữa hai trụcx i − 1 :x i liền kề, nhìn dọc theo trục z i
- i : là góc giữa hai trục x liền kề x i − 1 :x i liền kề, nhìn dọc theo trục z i
Công thức chung của ma trận chuyển đổi từ hệ trục {i} sang hệ trục {i-1} là:
1 1 1 1 cos( ) sin( ) 0 sin( ) cos( ) cos( ) cos( ) sin( ) sin( ) sin( ) sin( ) cos( ) sin( ) cos( ) cos( )
1 2 cos( ) sin( ) 0 cos( ) sin( ) cos( ) 0 sin( )
Muốn có hệ toạ độ cuối ta sẽ tịnh tiến 0 2 T theo trục X 2 một đoạn L 2
Kết quả tính toán động học thuận thu được 1 bộ nghiệm.
Tính động học nghịch cho robot:
Ta lấy tổng của bình phương theo 2 vế của phương trình Px và Py ta được:
2 1 2 1 1 1 2 1 1 2 cos ( ) cos ( ) 2 cos( ) cos( ) sin ( ) sin ( ) 2 sin( ) sin( ) x y
Tiến hành khai triển các biển thức nhân lượng giác trong phương trình Px, Py ta được:
2 1 2 2 1 2 1 1 cos( ) cos( ) sin( ) sin( ) cos( ) sin( ) cos( ) cos( ) sin( ) sin( ) x y
Rút gọn phương trình (3.70) ta được:
1 2 2 1 2 2 1 cos( )( cos( ) ) sin( ) sin( ) cos( ) sin( ) sin( )( cos( ) ) x y
Dùng phương pháp Crame để giải phương trình (3.71) ta được
Với sin( ) 1 và cos( ) 1 như biểu thức (3.72)
3.3.5 Bản thiết kế toàn bộ hệ thống:
Hình 3.20: Bản thiết kế toàn bộ hệ thống
Sơ đồ khối của hệ thống
Khối băng tải Khối động cơ
Khối cảm biến Khối nút nhấn
Khối điều khiển PLC Khối nguồn 220V
Khối Driver Servo Khối hạ áp
Hình 3.21: Sơ đồ khối của hệ thống
- Khối nguồn 220V: cấp nguồn cho khối điều khiển PLC, khối Driver Servo và khối nguồn 24V
- Khối nguồn 24V: cấp nguồn cho khối cảm biến, khối nút nhấn để điều khiển hệ thống và khối hạ áp
- Khối hạ áp: sau khi hạ áp sẽ cấp nguồn 5V cho khối Driver Step
- PC: cấp tín hiệu cho khối điều khiển PLC
- Khối nút nhấn: cấp tín hiệu cho khối điều khiển PLC
- Khối cảm biến: nhận các tín hiệu phản hồi từ hệ thống từ đó cấp tín hiệu cho khối điều khiển PLC và khối Driver Servo
- Khối camera: đọc mã QR để cấp tín hiệu cho khối điều khiển PLC
- Khối điều khiển PLC: nhận các tín hiệu từ PC, khối nút nhấn, khối cảm biến và khối camera để điều khiển hệ thống hoạt động
- Khối Driver Step: Nhận các tín hiệu từ khối điều khiển PLC để điều khiển khối động cơ
- Khối Driver Servo: Nhận các tín hiệu từ khối điều khiển PLC và khối cảm biến để điều khiển khối động cơ
- Khối động cơ: Điều khiển cho băng tải và cơ cấu XYZ hoạt động
- Khối băng tải: vận chuyển sản phẩm
- Khối cơ cấu XYZ: Dùng để đưa sản phẩm vào kho và lấy sản phẩm ra
Lựa chọn thiết bị
3.5.1 Khối thiết bị ngõ vào:
3.5.1.1 Nút nhấn Start, Stop, Reset:
Nhóm chọn nút nhấn start, stop, reset của CNAOM
Hình 3.22: Nút nhấn cho hệ thống 3.5.1.2 Công tắc chọn chế độ:
Nhóm chọn công tắc 2 vị trí của CNAOM
Hình 3.23: Công tắc 2 vị trí 3.5.1.3 Nút dừng khẩn cấp:
Nhóm chọn nút dừng khẩn cấp của CNAOM
Hình 3.24: Nút dừng khẩn cấp 3.5.1.4 Cảm biến tiệm cận:
Với yêu cầu phát hiện sản phẩm chạy trên băng tải cần sử dụng cảm biến có độ nhạy tốt và mức điện áp 24V loại PNP để phù hợp với kiểu đấu của module input Nhóm sẽ chọn cảm biến hồng ngoại E3F-DS30P4
Hình 3.25: Cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 3.26: Sơ đồ dây cảm biến hồng ngoại
- Màu Nâu (Brown): chân nguồn dương VCC cấp nguồn từ 6~36VDC
- Màu Đen (Black): chân tín hiệu SIGNAL
- Xanh Dương (Blue): chân nguồn âm GND 0VDC
Với yêu cầu phát hiện cơ cấu xyz về home và giới hạn hành trình của cơ cấu ta cần cảm biến có độ nhạy tốt để tránh bị hư cơ cấu và sai lệch cơ khí nhóm chọn cảm biến quang chữ U thay cho công tắc hành trình và mức điện áp 24V loại PNP để phù hợp với kiểu đấu của module input Nhóm sẽ chọn cảm biến quang chữ U EE-SX671P
Hình 3.27: Cảm biến quang chữ U 3.5.1.6 HD Webcam:
Với yêu cầu giải quyết vấn đề quét được mã QR code để đưa hình ảnh vào chương trình xử lý để trả kết quả của mã QR code được dán trên sản phẩm Ngoài việc đáp ứng được yêu cầu trên còn phải tối ưu về chi phí, có thể dễ dàng sử dụng và thi công Để đáp ứng được yêu cầu trên thì chỉ cần dùng camera có tỉ lệ khung hình lớn, tuy nhiên phải đảm bảo được về mặt kích thước nhỏ gọn Từ đó nhóm chọn Webcam Logitech C310
3.5.2 Lựa chọn PLC, Driver Step, Driver Servo:
- Yêu cầu hệ thống: Đáp ứng được các yêu cầu xử lý của hệ thống đã thiết kế như xử lý digital, cấp xung để điều khiển động cơ step cũng như việc điều khiển động cơ servo nội suy dễ dàng
- Độ ổn định: Hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp và dễ sử dụng với người lập trình
- Tính mở rộng: Chọn PLC sao cho số lượng I/O có thể đáp ứng được hệ thống hoặc có thể lắp thêm mạch mở rộng
- Ngôn ngữ lập trình và liên kết: Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình Ladder, function block
- Chi phí và khả năng sửa chữa: Chi phí phải chăng giữa các loại PLC, khả năng sửa chữa và mua linh liện thay thế hoặc mở rộng tốt
Yêu cầu: Lựa chọn bộ lập trình sao cho phù hợp với yêu cầu lập trình của hệ thống và để thuận tiện cho việc điều khiển truyền động
Hình 3.29: Bộ lập trình Mitsubishi Q06UDHCPU 3.5.2.4 Module ngõ vào QX80:
Yêu cầu: Lựa chọn module sao cho phù hợp với số lượng ngõ vào của hệ thống và tương tích với cảm biến quang PNP
Hình 3.30: Module ngõ vào QX80 3.5.2.5 Module ngõ ra QY40P:
Yêu cầu: Lựa chọn module sao cho phù hợp với số lượng ngõ ra của hệ thống và có thể đóng với tốc độ cao để phát xung điều khiển động cơ
Hình 3.31: Module ngõ ra Mitsubishi QY40P.
3.5.2.6 Driver điều khiển động cơ step: Để điều khiển được động cơ step của cánh tay scara hoạt động cần phải thông qua các driver điều khiển.Với động cơ step có kích thước khá nhỏ gọn sử dụng dòng điện không quá cao < 3A Nên nhóm chọn driver TB6600
Hình 3.32: Driver điều khiển động cơ step TB6600 Cài đặt và đấu nối:
- DC+ : Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC
- DC- : Điện áp (-) âm của nguồn
- A+ và A - : Nối vào cặp cuộn dây của động cơ step
- B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ step
- PUL+ : Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V)
- PUL- : Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-)
- DIR+ : Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V)
- DIR- : Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-)
- ENA+ và ENA - : khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa
Bảng 3.2: Cài đặt giá trị dòng diện cho Driver TB6600
Bảng 3.3: Cài đặt giá trị độ phân giải cho Driver TB660
Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW2
3.5.2.7 Driver điều khiển động cơ servo: Để điều khiển được động cơ servo của cơ cấu XYZ hoạt động cần phải thông qua các driver điều khiển Phải chọn driver tương thích với động cơ và PLC Mitsubishi dòng Q, phải dễ sử dụng điều khiển qua cáp quang SSCNET III và có giá thành phải chăng Nhóm chọn driver MRJ3- 10B
Hình 3.33: Chọn driver MRJ3-10B 3.5.3 Khối thiết bị ngõ ra:
Nhóm chọn đèn báo của CNAOM
Hình 3.34: Đèn báo hoạt động của hệ thống 3.5.3.2 Còi báo:
Nhóm chọn đèn báo có còi của CNAOM
Hình 3.35: Còi báo 3.5.3.3 Relay trung gian:
Bởi vì hệ thống có đều khiển trực tiếp động cơ và nam châm điện Bên trong các thiết bị này có cuộn cảm nên khi tắt nguồn đột ngột sẽ sinh ra dòng điện ngược tác động lên các chân của PLC nên nhóm điều khiển các thiết bị này qua relay trung gian để bảo vệ các chân của PLC Nhóm lựa chọn relay trung gian CDZ9-62PL cho việc điều khiển
Hình 3.36: Relay trung gian 3.5.4 Tính toán cơ cấu vít me-đai ốc trượt và lựa chọn trục vít me[1]
3.5.4.1 Tính toán cơ cấu vít me-đai ốc trượt
Tải trọng dọc trục: Fa = 150N (3.19)
Xác định sơ bộ đường kính trong d 1 của vít me:
Trong đó: F a : Lực dọc trục d 1 là đường kính trong của vít me
Với ch là giới hạn chảy của vật liệu làm vít.Trục vít me ở đây được làm bằng thép, có ch là 360 (MPa) K =120 ( MPa ) (3.22)
Thay các giá trị vào ta được giá trị của 1 4.1, 3.150 1, 44( ) d 120 mm
Chọn các thông số khác của bộ truyền:
• Bán kính rãnh lăn: r 1 =(0,51 0.53) d b =0,51.2.5 1, 275(= mm) (3.29)
• Khoảng cách từ tâm rãnh đến tâm bi:
Trong đó: là góc tiếp xúc (45 )
• Đường kính vòng tròn qua các tâm bi:
• Đường kính trong của ren đai ốc:
• Chiều cao làm việc của ren h 1 :
• Đường kính ngoài của vít d và của đai ốc D:
• Số bi trong các vòng ren làm việc:
Với số vòng ren làm việc là K = 2,1 Chọn Z b 2(viên)
• Góc ma sát lăn thay thế:
Hệ số ma sát lăn f t =0, 005
• Hiệu suất biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến:
• Tính kiểm nghiệm về độ bền:
Tải trọng riêng dọc trục:
Với =0,8: hệ số phân bố không đều tải trọng cho các viên bi
Từ =0, 0014và q a =0, 94 từ đồ thị ta xác định được max khoảng 1500
Hình 3.37: Bảng kiểm nghiệm độ bền max max 5000MPa
- Nhóm lựa chọn trục vít me SFU1204 bao gồm:
- Vít me bi: , bước vít me 4mm
- Gối đỡ vít me: BK10 và FK10
- Vỏ đai ốc vít me bi: DSG12H
Hình 3.38: Trục vít me SFU1204 3.5.5 Tính momen xoắn cho động cơ trục X và lựa chọn động cơ[2]
3.5.5.1 Tính momen xoắn cho động cơ trục X:
- Đường kính vít me: D B mm
- Tốc độ bàn trượt: V = 1500mm/min
- Hệ số ma sát trong của đai ốc: 0 =0,3
- Hệ số ma sát mặt trượt: =0,1
- Tỉ số truyền của hệ thống: 1
Tốc độ quay của động cơ:
Trong đó: p a :Bước vít me
Momen hoạt động của động cơ:
F: Lực bàn máy làm việc p a : Bước vít me
0: Hệ số ma sát trong của đai ốc i: Tỉ số truyền của hệ thống
: Hiệu suất khớp nối động cơ
Công thức tính lực làm bàn máy dịch chuyển:
Hình 3.39: Tính lực làm bàn máy dịch chuyển
: Hệ số ma sát mặt trượt
: Góc nghiên của trục X (độ)
Coi ngoại lực tác dụng lên hệ thống là không đáng kể (F A =0( )N ), khối lượng trục X là 15kg (m(kg)), góc nghiêng trục X bằng 0 độ ( =0 ) và gia tốc trọng trường bằng 9,8
(g=9,8(m s/ 2 )) Từ đó ta thay vào công thức ta có:
Từ đó ta tính được momen hoạt động của động cơ:
Công thức tính momen tăng tốc:
J 0: Momen quán trính roto (8,8.10 − 6 ( kg m 2 ) )
J L : Momen quán tính tải ( kg m 2 ) t 1: Thời gian tăng tốc
N M : Tốc độ quay của trục vít me (vòng/phút) i: Tỉ số truyền của hệ thống
Tính momen quán tính tải:
J 0: Momen quán tính trục vít me
J L : Momen quán tính bàn máy
Tính momen quán tính trục vít me:
Hình 3.40: Tính momen quán tính trục vít me
D B : Đường kính trục vít me l : chiều dài trục vít me
: Khối lượng riêng của thép ( =7,9.10 ( 3 kg m/ 3 ))
(3.53) Tính momen quán tính của bàn máy:
Trong đó: m: Tổng khối lượng bàn máy p a : Bước vít me
Thay (3.35) và (3.37) vào (3.33) ta có:
Khi đó momen tăng tốc được tính theo công thức (3.31) là:
Tính momen xoắn của động cơ servo:
Chọn hệ số an toàn S f = 2,5, ta có momen xoắn của động cơ được tính theo công thức (3.40) là:
3.5.5.2 Lựa chọn động cơ cho trục X:
Trong mô hình, nhóm thiết kế vít me trục X với chiều dài 1m và khi hoạt động sẽ kéo toàn bộ cơ
50 cấu Chính vì vậy lựa chọn động cơ có tốc độ nhanh và momen lớn là việc cần thiết Từ việc tính toán trên nhóm chọn động cơ HG-KR13
Hình 3.41: Động cơ HG-KR13.
- Điện áp cung cấp: 220VAC
- Tốc độ vòng quay: 3000 vòng/phút
- Momen xoắn: 0.32Nm, Max 1,1Nm
- Encoder 22-bit, độ phân giải 4194304 xung/vòng
3.5.6 Tính momen xoắn cho động cơ trục Y và lựa chọn động cơ[2]
3.5.6.1 Tính momen xoắn cho động cơ trục Y:
- Đường kính vít me: D B mm
- Tốc độ bàn trượt: V = 1500mm/min
- Hệ số ma sát trong của đai ốc: 0 =0,3
- Hệ số ma sát mặt trượt: =0,1
- Tỉ số truyền của hệ thống: 1
- Tốc độ quay của động cơ:
Trong đó: p a :Bước vít me
- Momen hoạt động của động cơ:
F: Lực bàn máy làm việc p a : Bước vít me
0: Hệ số ma sát trong của đai ốc i: Tỉ số truyền của hệ thống
: Hiệu suất khớp nối động cơ
- Công thức tính lực làm bàn máy dịch chuyển:
Hình 3.42: Tính lực làm bàn máy dịch chuyển theo trục Y
: Hệ số ma sát mặt trượt
: Góc nghiên của trục X (độ)
Coi ngoại lực tác dụng lên hệ thống là không đáng kể (F A =0( )N ), khối lượng trục Y là 6kg (m=6(kg)), góc nghiêng trục Y bằng 90 độ ( ) và gia tốc trọng trường bằng 9,8
(g=9,8(m s/ 2 )) Từ đó ta thay vào công thức ta có:
Từ đó ta tính được momen hoạt động của động cơ:
- Công thức tính momen tăng tốc:
J 0: Momen quán trính roto (8,8.10 − 6 ( kg m 2 ) )
J L : Momen quán tính tải ( kg m 2 ) t 1: Thời gian tăng tốc
N M : Tốc độ quay của trục vít me (vòng/phút) i: Tỉ số truyền của hệ thống
- Tính momen quán tính tải:
J 0: Momen quán tính trục vít me
J L : Momen quán tính bàn máy
- Tính momen quán tính trục vít me:
Hình 3.43: Tính momen quán tính trục vít me
D B : Đường kính trục vít me l : chiều dài trục vít me
: Khối lượng riêng của thép ( =7,9.10 ( 3 kg m/ 3 ))
Tính momen quán tính của bàn máy:
Trong đó: m: Tổng khối lượng bàn máy p a : Bước vít me
Thay (3.51) và (3.53) vào (3.49) ta có:
Khi đó momen tăng tốc được tính theo công thức (3.48) là:
- Tính momen xoắn của động cơ servo:
Chọn hệ số an toàn S f = 2,5, ta có momen xoắn của động cơ được tính theo công thức (3.56) là:
3.5.6.2 Lựa chọn động cơ cho trục Y:
Trong mô hình, nhóm thiết kế vít me trục Y với chiều dài 1m và khi hoạt động sẽ kéo toàn bộ cơ cấu Chính vì vậy lựa chọn động cơ có tốc độ nhanh và momen lớn là việc cần thiết Từ việc tính toán trên nhóm chọn động cơ HF-KP13
Hình 3.44: Động cơ servo HF-KP13 Thông số kĩ thuật:
- Điện áp cung cấp: 220VAC
- Tốc độ vòng quay: 3000-6000 vòng/phút
- Momen xoắn: 0.32Nm, Max 0.95Nm
- Encoder 18-bit, độ phân giải 262144 xung/vòng
Thiết kế phần tủ điện điều khiển
- Tủ điện phải đảm bảo đầy đủ thiết bị, đáp ứng được toàn bộ nhu cầu của hệ thống
- Tủ điện cần phải được thiết kế cân đối, các thiết bị được bố trí hợp lý, đi dây rõ ràng để thuận tiện cho việc bảo trì
- Lựa chọn các thiết bị phù hợp và tối ưu chi phí
- Phải đảm bảo an toàn điện khi vận hành
Nhóm đã thực hiện thiết kế bản vẽ kích thước tủ và bố trí các thành phần cho tủ từ những yêu cầu ở trên.
Hình 3.45: Thiết kế phần tủ điện điều khiển trên Autocad
Bảng 3.4: Thành phần của tủ điện
STT Tên thiết bị Mã thiết bị Số lượng
1 Tủ điện dày 1mm W500xH700xD210 1
3 Nguồn tổ ong 24VDC MORNSUN LM350-10B24 1
9 Module điều khiển vị trí QD75MH4 1
12 Relay trung gian Delixi CDZ9-62PL 2
14 Terminal tép gắn ray TBD-10A 31
15 Đèn báo 24VDC AD16-22DS 3
16 Đèn báo có còi 24VDC AD16-22SM 1
17 Công tắc 2 vị trí CNAOM LA38 1
18 Nút dừng khẩn cấp CNAOM LAY37 1
19 Nút nhấn nhả CNAOM LA38 3
3.6.3 Sơ đồ nối dây thiết bị:
Bảng 3.5: Thiết bị ngõ vào
STT Thiết bị Số lượng Số chân ngõ vào DI
Bảng 3.6: Thiết bị ngõ ra
STT Thiết bị Số lượng Số chân ngõ ra DO
1 Driver điều khiển động cơ bước 2 4
3 Đèn báo và còi báo 4 4
Như vậy khi kết nối PLC hệ thống, cần sử dụng 8 ngõ vào DI và 10 ngõ ra DO
Hình 3.46: Bản vẽ sơ đồ cấp nguốn
Hình 3.47: Bản vẽ đi dây sơ đồ ngõ vào
Hình 3.48: Bản vẽ sơ đồ đi dây ngõ ra
- Sơ đồ cảm biến cho servo:
Hình 3.49: Sơ đồ đi dây cảm biến cho servo
- Sơ đồ điều khiển servo:
Hình 3.50: Bản vẽ đấu dây sơ đồ điều khiển Servo
THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT
Giới thiệu về phần mềm GX Work2[3]
- GXWorks 2 là phiên bản phần mềm nâng cấp và thay thế cho phần mềm GX Developer, lập trình cho các dòng PLC FX, Q, L, A, S, CNC
- Phần mềm có thể lập trình cho các dòng PLC sau:
- Dòng FX: FX0S, FX0, FX1, FX1S, FX1N, FX1NC, FX2N, FX2NC, FX3S, FX3G, FXGC, FX3U, FX3UC
- Dòng Q cpu (Q mode, A mode), L cpu, QS cpu, QnA cpu, A cpu, S cpu, CNC
- GX Work 2 là phần mềm được Mitsubishi nâng cấp và thay thế cho GX Developer với giao diện trực quan đẹp hơn hơn, thao tác mượt mà và có hỗ trợ thêm các ngôn ngữ lập trình khác như là FBD (Function Block Diagram), SFC (Sequential Function Chart) Phần mềm này khá nặng, nếu máy tính lập trình cấu hình thấp thì có thể sử dụng GX Developer
Hình 4.1: Phần mềm GX Work2 dung để lập trình PLC Mitsubishi
Lưu đồ giải thuật hoạt động của hệ thống
Lưu đồ giải thuật tổng quát:
Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật tổng quát của hệ thống
Bắt đầu chương trình hệ thống tự động khởi tạo các thông số ban đầu như tốc độ và điều kiện chạy ban đầu Nếu như hệ thống có lỗi người dùng có thể nhấn nút reset
Tiếp đến người dùng cần chọn chế độ hoạt động là tự động (Auto) hay là điều khiển thủ công (Manual), chương trình sẽ được điều khiển theo các chế độ đã chọn tương ứng Ở cả chế độ tự động và thủ công hệ thống vẫn sẽ thực hiện 2 công việc đó là hiển thị vị trí hàng trên hệ thống SCADA và đưa ra các cảnh bảo
Trong lưu đồ giải thuật của chương trình chính, các chương trình con như: chế độ Auto, chế độ Manual, Chọn hàng, phân loại hàng, điều khiển step, cảnh báo, sẽ được trình bày trong các phần tiếp theo
Khởi tạo chương trình khởi tạo các thông số ban đầu
Reset lỗi hệ thống khởi tạo các thông số ban đầu
Lưu đồ giải thuật chế độ thủ công (Manual):
Chế độ hoạt động thủ công hết sức cần thiết trong hầu hết mọi hệ thống điều khiển, trong các trường hợp xảy ra các sự cố khẩn cấp, ta cần kiểm tra, sửa chữa hoặc bảo trì hệ thống thì chế độ hoạt động thủ công sẽ hiệu quả hơn chế độ hoạt động tự động
Hình 4.3: Lưu đồ giải thuật chế độ thủ công (Manual)
Chương trình hoạt động ở chế độ thủ công được mô tả như sau:
- Bước 1: Chọn chế độ hoạt động thủ công (Manual)
- Bước 2: Nhấn nút “On” tương ứng với các thiết bị cần hoạt động, thiết bị sẽ được bật lên ngay sau đó
- Bước 3: Khi cần tắt thiết bị chỉ cần nhả nút “On” để tắt thiết bị tương ứng
Begin Đèn Manual Đèn cho phép =1
Tắt băng tải, cài đặt tốc độ cho servo, step
Lưu đồ giải thuật chế độ tự động (Auto):
Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật chế độ tự động (Auto)
Sau đó hệ thống sẽ hoạt động theo quy trình như sau:
- Bước 1: Chạy băng tải đưa hàng vào
- Bước 2: Set home cho cơ cấu xyz
- Bước 3: Nếu như không chọn loại hàng xuất kho cảm biến hàng vào sẽ dừng băng tải lại giúp camera đọc mã QR chuẩn xác hơn Nếu như chọn loại hàng thì sẽ thực hiện bước 5
- Bước 4: Cánh tay robot sẽ quay qua lấy hàng chuẩn bị lưu kho
Begin Đèn Auto Đèn cho phép =1
Nhận dữ liệu từ camera
Kho 1, kho 3 Điều khiển step kiểu 1 True
Kho 2 cột 1, cột 3 Điều khiển step kiểu 2 True
Kho 2 cột 2 Điều khiển step kiểu 3 True
Chọn loại hàng xuất kho False True
Chạy cơ cấu tới vị trí tương ứng
Set home vít me Cho phép set home True
Set home cánh tay scara
END Điều khiển step xuất kho
Set home cánh tay scara
False Set home cơ cấu Điều khiển step lấy hàng
- Bước 5: Sau khi phân loại hàng theo mã QR cơ cấu sẽ lưu kho theo từng kiểu khác nhau
Nếu như chọn hàng cần xuất cơ cấu cũng sẽ xuất kho theo từng kiểu khác nhau
- Bước 6: Hàng sẽ được lưu theo cột từ dưới lên Khi đầy 3 hàng sẽ xuất hiện thông báo cho người vận hành nếu như có hàng thứ 4 thì sẽ dừng hệ thống và xuất hiện cảnh báo cho người vận hành Và khi lấy hàng cũng sẽ lấy hàng theo cột từ trên xuống
- Bước 7: Sau khi đưa hàng vào kho cơ cấu sẽ chạy về vị trí set home sau đó tiến hành set home cánh tay Và sau khi lấy hàng ra khỏi kho cơ cấu sẽ chạy về vị trí set home sau đó cánh tay sẽ đưa hàng đến vị trí xuất kho sau đó mới set home cánh tay
Lưu đồ giải thuật phân loại hàng:
Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật phân loại hàng
68 Đây là chương trình con phân loại hàng hoá để giúp cơ cấu nhập hàng đúng vị trí Chương trình con sẽ lấy giữ liệu từ chương trình con đọc dữ liệu C# sau đó so sánh với những số thứ tự đã đặt trước để phân ra theo từng loại để lưu kho cũng như việc set home cánh tay
Lưu đồ giải thuật chọn hàng xuất kho:
Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật chọn hàng xuất kho Đây là chương trình con chọn loại hàng cần xuất kho để giúp cơ cấu nhập hàng đúng vị trí Chương trình con sẽ lấy giữ liệu từ chương trình con đọc dữ liệu C# để phân ra theo từng loại để xuất kho cũng như set home cánh tay
Lưu đồ giải thuật đọc dữ liệu C#:
Chọn hàng cần xuất kho
Nếu như xuất kho khi đó ta sẽ chọn loại từ đó sẽ đếm ra số sản phẩm loại đó còn trong kho từ đó đưa ra dữ liệu về vị trí cho cơ cấu di chuyển chính xác Nếu như có hàng vào thì dữ liệu từ camera về từng loại hàng cũng được cập nhật và đếm số sản phẩm loại đó từ đó cũng đưa ra dữ liệu về vị trí cho cơ cấu
Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật đọc dữ liệu C#
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát
4.2.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA[4]
Chọn loại hàng xuất kho
Dữ liệu vị trí hàng
False False False False False False False False
SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, hỗ trợ việc giám sát và điều khiển từ xa, vượt trội so với hệ thống điều khiển tự động thông thường Hệ SCADA cần có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu và giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface)
• Chức năng chính của SCADA bao gồm:
- Thu thập dữ liệu: Từ các thiết bị công nghiệp hoặc cảm biến
- Xử lý và tính toán: Trên dữ liệu thu thập được
- Hiển thị và báo cáo: Kết quả xử lý và dữ liệu thu thập
- Điều khiển thiết bị: Nhận lệnh từ người điều hành và gửi lệnh đến thiết bị của nhà máy
- Điều khiển tự động hoặc thủ công: Một cách kịp thời và chính xác
• SCADA gồm phần mềm và phần cứng, với nhiều công cụ và chức năng như:
- HMI (Human-Machine Interface): Giao diện người - máy cho phép hiển thị, nhập liệu, điều khiển và báo động
- PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị điều khiển lập trình, nhận và xuất tín hiệu từ các cảm biến và thiết bị đầu ra
- RTU (Remote Terminal Unit): Thiết bị vào ra đầu cuối từ xa, truyền dữ liệu về trạm điều khiển giám sát trung tâm
- DCS (Distributed Control System): Hệ thống điều khiển phân tán, quản lý nhiều PLC hoặc RTU kết nối với nhau qua một mạng truyền thông và được điều khiển bởi một máy tính trung tâm
- SCADA Server: Máy chủ trung tâm của hệ thống SCADA, lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu từ các PLC, RTU hoặc DCS, cũng như gửi lệnh điều khiển hoặc báo động
4.2.2 Các phần mềm dùng phát triển hệ thống SCADA
Vì hệ thống nhóm thiết kế dùng PLC mitsubishi nên sẽ dùng một số phần mềm sau:
MC Works64 là phần mềm SCADA chính thức của Mitsubishi Electric, cung cấp các chức năng giám sát, điều khiển, thu thập dữ liệu và phân tích cho các hệ thống sử dụng PLC Mitsubishi Phần mềm này tích hợp chặt chẽ với các dòng PLC của Mitsubishi, cung cấp giao diện người dùng đồ họa và các công cụ báo cáo mạnh mẽ Ưu điểm:
MC Works64 là phần mềm SCADA được thiết kế chuyên dụng, cung cấp các tính năng cần thiết cho giám sát và điều khiển hệ thống công nghiệp mà không cần nhiều công sức phát triển từ đầu
• Tích hợp sẵn với PLC Mitsubishi:
MC Works64 được tối ưu hóa để làm việc với các dòng PLC Mitsubishi, cung cấp giao tiếp mượt mà và tích hợp sẵn các chức năng cần thiết
• Giao diện người dùng dễ sử dụng:
Cung cấp các công cụ kéo-thả và các thành phần giao diện người dùng mạnh mẽ, giúp dễ dàng thiết kế và triển khai hệ thống SCADA
• Hỗ trợ kỹ thuật và cập nhật: Được hỗ trợ trực tiếp từ Mitsubishi Electric, bao gồm tài liệu, đào tạo, và các bản cập nhật phần mềm
• Ít linh hoạt hơn trong tùy chỉnh:
So với việc phát triển từ đầu bằng WinForm C#, MC Works64 có thể hạn chế trong việc tùy biến các tính năng và giao diện đặc thù
Chi phí giấy phép sử dụng phần mềm SCADA chuyên dụng như MC Works64 có thể cao hơn so với việc phát triển phần mềm nội bộ nếu tổ chức có đội ngũ lập trình mạnh
• Phụ thuộc vào nhà cung cấp:
Các tính năng và khả năng của MC Works64 phụ thuộc vào sự phát triển và hỗ trợ từ Mitsubishi, điều này có thể là hạn chế nếu cần tích hợp với các thiết bị hoặc hệ thống không thuộc
Visual Studio và NET Framework của Microsoft cung cấp một môi trường phát triển mạnh mẽ, tích hợp nhiều công cụ hỗ trợ lập trình và gỡ lỗi, giúp việc phát triển ứng dụng SCADA trở nên hiệu quả và nhanh chóng Ngoài ra còn cung cấp nhiều thư viện và công cụ hỗ trợ việc xây dựng giao diện người dùng (GUI) trực quan, dễ sử dụng Điều này rất quan trọng đối với các hệ thống SCADA cần giao diện đồ họa tốt để giám sát và điều khiển.Ứng dụng sẽ có giao diện người dùng thân thiện, cho phép người dùng xem và điều khiển các thông số của PLC từ máy tính Ưu điểm:
WinForm C# cho phép tùy biến cao và linh hoạt trong thiết kế giao diện và chức năng Bạn có thể phát triển mọi tính năng mà bạn cần, miễn là có khả năng lập trình và các thư viện hỗ trợ Môi trường phát triển mạnh mẽ:
Sử dụng Visual Studio, một trong những IDE mạnh mẽ nhất với nhiều công cụ hỗ trợ lập trình, gỡ lỗi, và tối ưu hóa mã nguồn
.NET Framework và NET Core cung cấp nhiều thư viện và công cụ giúp dễ dàng tích hợp các giao thức truyền thông, xử lý dữ liệu, và tạo giao diện người dùng
Tích hợp dễ dàng với hệ thống khác:
C# có khả năng tương tác với nhiều hệ thống khác nhau thông qua các API, web services, và các thư viện kết nối như OPC, Modbus, v.v
• Đòi hỏi kỹ năng lập trình cao:
Việc phát triển một hệ thống SCADA từ đầu bằng WinForm C# yêu cầu kiến thức sâu về lập trình, đặc biệt là trong lĩnh vực giao tiếp với thiết bị phần cứng và xử lý dữ liệu real-time
• Thời gian phát triển dài:
So với các giải pháp SCADA chuyên dụng, việc phát triển từ đầu bằng C# có thể mất nhiều thời gian hơn, đặc biệt là trong giai đoạn thiết kế và kiểm thử
• Bảo trì và nâng cấp phức tạp:
Với sự phát triển tùy chỉnh cao, việc bảo trì và nâng cấp hệ thống có thể trở nên phức tạp và yêu cầu nhiều tài nguyên
Kết luận: Với hệ thống mà nhóm thiết kế yêu cầu tùy biến cao của các tính năng cao, có khả năng tự phát triển và bảo trì hệ thống, kiểm soát hoàn toàn quá trình phát triển và chức năng của hệ thống SCADA và tiết kiệm chi phí nên nhóm quyết định phát triển hệ thống scada trên
- Thể hiện rõ trạng thái của hệ thống như băng tải, cảm biến, động cơ…
- Có chức năng phân quyền cho từng nhóm đối tượng khác nhau
- Có chức năng điều khiển Auto và Manual
- Hiển thị và lưu trữ thông tin về thời gian, vị trí xuất nhập hàng
- Giám sát tình trạng kho hàng, có thể thay đổi thông số tốc độ của động cơ
- Phải có chức năng cảnh báo khi có sự cố, lưu lịch sử lỗi
Hình 4.9: Chức năng phân quyền của hệ thống
Chức năng phân quyền trong SCADA là một tính năng cho phép người dùng được cấp quyền truy cập vào các chức năng và dữ liệu của hệ thống SCADA Tính năng này giúp ngăn chặn truy cập trái phép và đảm bảo an ninh thông tin của hệ thống Ngoài ra, tính năng này còn giúp quản lý dữ liệu và chức năng của hệ thống SCADA một cách hiệu quả hơn
Tính năng phân quyền có thể được thực hiện thông qua việc tạo các tài khoản người dùng với các quyền truy cập khác nhau Các tài khoản này có thể được phân loại thành các nhóm để dễ dàng quản lý và kiểm soát Ở trong bài này thỉ em sẽ phân quyền cho người kỹ sư và người vận hành
Hình 4.10: Chức năng phân quyền cho ngưởi vận hành
Hình 4.11: Chức năng phân quyền cho ngưởi kỹ sư
KẾT QUẢ
Kết quả thi công phần cứng hệ thống
5.1.1 Thi công phần cứng chứa hàng
Kho hàng của hệ thống có kích thước 3x3 ô chứa hàng Mỗi ô chứa hàng có kích thước
18x12x8(cm) Toàn bộ kho hàng được thiết kế và thi công hoàn toàn bằng mica
Hình 5.1: Kho hàng hoàn thiện của hệ thống 5.1.2 Thi công băng tải chuyển hàng
Các cảm biến và camera sẽ được gắn cố định chặt vào các khung nhôm định hình và gắn vào băng tải Khi gắn cảm biến và camera, nhóm đảm báo khi kiện hàng di chuyển trên băng tải các thiết bị sẽ nhận được tín hiệu và trả về PLC Phần chân băng tải cũng được bắn ốc cố định vào mặt sàn để đảm bảo sự chắc chắn
Hình 5.2: Băng tải khi thi công hoàn thiện 5.1.3 Thi công cơ cấu 3 trục
Nhóm thiết kế cơ cấu trục X, Y là 2 thanh vitme có chiều dài 1m để biến chuyển động xoay thành tịnh tiến Trục Z có chiều dài bằng tổng 2 link của robot scara bằng 28cm Sau khi thi công xong cơ cấu 3 trục Nhóm nhận thấy rằng cơ cấu 3 trục X, Y, Z liên kết khá chặt chẽ với nhau Phần cơ cấu đi dây gọn gàng giúp tăng tính thẩm mỹ Phần robot scara dùng để bốc dở hàng di chuyển đúng vị trí mong muốn, không bị dựt hay khựng do kẹt cơ khí
Hình 5.3: Cơ cấu 3 trục khi hoàn thiện
Khi phần cứng hệ thống đã hoàn thiện, nhóm bắt đầu thi công phần tủ điện điều khiến theo như bản thiết kế đã đề ra trước đó Khung tủ điện kích thước 500x700x210 được đảm bảo đáp ứng theo tiêu chuẩn IEC Các thiết bị điện được sắp xếp ngăn nắp, phân chia rõ ràng sao cho đễ dàng tháo lắp, sửa chữa trong tương lai Khi đi dây, nhóm dùng các terminal 2 tầng công nghiệp để dễ dàng đầu dây và tiết kiệm diện tích Từ những điều trên, nhóm đã thu được một tủ điện thăm mỹ, gọn gàng, vững chắc, chống bụi đáp ứng tiêu chuẩn IEC
Hình 5.4: Tủ điện điều khiển khi được đấu nối hoàn chỉnh
Hình 5.5: Mặt trước tủ điện khi lắp xong các thiết bị
5.1.5 Phần cứng hệ thống hoàn chỉnh
Khi đã thi công hoàn chỉnh các thành phần của hệ thống Nhóm tiến hành lắp ráp các thành phần băng tải, kho hàng, cơ cấu ba trục theo như bản vẽ đã thiết kế trên Solidworks trước đó Sau khi đã cổ định vị trí đúng như thiết kể, nhóm thu được hệ thống lưu kho chắc chắn Vị tri đặt ô hàng đủ rộng để đặt hàng sao cho không rớt Camera quét được cổ định chất chăn sao cho không di chuyển khi quét QR code
Hình 5.6: Hình ảnh tổng quan của hệ thống (Hình 1)
Hình 5.7: Hình ảnh tổng quan của hệ thống (Hình 2)
Kết quả phần mềm
• Ở chế độ Auto, khi chọn chế độ mặc định là lưu kho và trạng thái hoạt động cho hệ thống, trên màn hình sẽ hiển thị bằng cách sáng đèn ở chế độ và trạng thái tương ứng Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, các đèn báo trên bảng điều khiển sẽ sáng để hiển thị trạng thái (ON/OFF/RESET) hệ thống và các thiết bị như động cơ, cảm biến cũng được hiền thị thành màu xanh nếu chúng đang hoạt động Đến lúc các kiện hàng được đưa vào kho, các ô có hàng sẽ có hình hộp mô phòng trên màn hình giảm sát giúp dễ nắm bắt tiến độ nhập hàng của hệ thống Ngoài ra, khi vận hành trên màn hình giảm sát còn thể hiện các vị trí mà hệ thống đang nhập hàng
Hình 5.8: Giao diện hệ thống khi họat động ở chế độ Auto
• Ở chế độ Manual các đèn báo các thiết bị cũng sẽ hiển thị tất cá các trạng thái hoạt động Người dùng có thể nhấn nút để chạy một quá trình bất kỳ khi ở chế độ manual
Hình 5.9: Giao diện hệ thống khi họat động ở chế độ Manual
• Ở chế độ xuất hàng cũng sẽ hiển thị các chế độ và trạng thái các thiết bị Chỉ cần ấn nút
ON của mã hàng tương ứng thì hệ thống sẽ xuất hàng theo chế độ LIFO và các kiện hàng mô phỏng sẽ bị mất đi tương ứng với vị trí hàng đã xuất
Hình 5.10: Giao diện khi xuất hàng
• Khi khởi chạy giao điện, chọn "CONNECT" để kết nối với PLC Kế đến chọn Camera, sau đó nhấn chọn "START" để bắt đầu quét ảnh Khi kiện hàng được đưa vào vị trí chờ, mã QR sẽ được quét và thông tin mã QR sẽ được gửi về PLC đề xử lý Nếu quét thành công mả Qr Code thì sẽ hiện hình vuông màu đỏ trên màn hình
Hình 5.11: Kết quả đọc mã QR code
Kết quả chạy thực tế
Hình 5.12: Hệ thống ở chế độ home
Hình 5.13: Quá trình lấy hàng của hệ thống
Hình 5.14: Quá trình di chuyển hàng đến vị trí cần lưu kho
Hình 5.15: Quá trình đưa hàng vào kho
Bảng 5.1: Kết quả thời gian lưu kho và xuất kho cho từng loại hàng
Loại hàng Thời gian lưu kho
Số lần quét được mã Qr code(thử nghiệm 100 lần)
Số lần đưa hàng vào kho đúng yêu cầu(đúng vị trí, không bị xê dịch, thực nghiệm 20 lần)
Kết luận: Hệ thống vận hành đúng với yêu cầu thiết kế đã đặt ra
