Thiết kế, chế tạo mô hình phân loại hành lý tự động trong sân bay

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ TÀI VINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI HÀNH LÝ TỰ ĐỘNG TRONG SÂN BAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ TÀI VINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI HÀNH LÝ TỰ ĐỘNG TRONG SÂN BAY Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 60.52.01.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Đỗ Tài Vinh THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI HÀNH LÝ TỰ ĐỘNG TRONG SÂN BAY Học viên: Đỗ Tài Vinh Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số: 60.52.01.14 Khóa: K33 PFIEV Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Với phát triển mạnh mẽ ngành hàng không nhằm đáp ứng nhu cầu lại hành khách nâng cao chất lượng phục vụ hành lý nhanh chóng, kịp thời xác đảm bảo bảo an ninh, an tồn ln ưu tiên hàng đầu Vì vậy, việc nghiên cứu hệ thống phân loại hành lý tự động sân bay lớn nhà thầu nước để ứng dụng cho sân bay địa phương nhỏ lẻ nhằm tăng suất lao động, giảm thiểu tối đa sai sót điều cần thiết Đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình phân loại hành lý tự động sân bay” nhằm phục vụ công tác nghiên cứu, ứng dụng sân bay nhỏ lẻ phát triển thành mơ hình đào tạo cho nhân viên sân bay sinh viên ngành sản xuất tự động, điện tử Mơ hình chế tạo mơ theo modul quan trọng phân loại tự động hành lý bao gồm: Bộ phận soi kim loại (An ninh soi chiếu), phận đọc mã vạch để phân loại theo chuyến bay, phân loại theo hành lý ưu tiên (Hạng thương gia) hành lý thường (Hạng phổ thông) điều khiển PLC S7- 300, giao diện Wincc.Tác giả tóm tắt kết đạt đưa hướng phát triển Từ khóa – Hàng không; sân bay địa phương; hệ thống phân loại hành lý tự động; phận soi kim loại (An ninh soi chiếu); phận đọc mã vạch (phân loại theo chuyến bay) DESIGN, MANUFATURE OF AUTOMATED BAGGAGE SORTING SYSTEM MODEL IN THE AIRPORT With the rapid development of the aviation industry, it is the top piority to meet the need of travelling of passengers and improving the quality of baggage handling services to ensure the security and safety Therefore, the study of Automated baggage sorting system at large airport of the foreign contractors to apply for small local airport to increase the labour productivity and minimize the errors is the most necessary The topic of “Design, manufacture of automated baggage sorting system model in the airport” aims to serve the reseach, apply in small local airport and develop into a training model for the new employees and the student of manufacturing automation, mechatronics engineering technology major The model has been designed to simulate the key model of the automated baggage sorting system, including: metal scanner part (Airport security screener), tag reader part (sorting by the flight), sorting by piority baggage (business class) and normal baggage (economy class) in under-control of PLC S7-300, Wincc interface The author summarized the result and gave the further directions The model has been designed to simulate the key modules of automatic luggage classification, including: metal detector (security screening), bar code reader for flight classification, luggage classification First Class (Business Class) and Normal Baggage (Economy Class) under the control of PLC S7-300, Wincc interface The author summarizes the results achieved and gives further directions Key words – Aviation; local airport; automated baggage sorting system; metal scanner part (Airport security screener); tag reader part (sorting by the flight) MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương - TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HĨA CÁC Q TRÌNH SẢN XUẤT 1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 1.2.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất tự động 1.2.2 Giới thiệu hệ thống điện tử phục vụ q trình tự động hóa sản xuất Chương - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI HÀNH LÝ TỰ ĐỘNG TRONG SÂN BAY 16 2.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI BĂNG TẢI THIẾT KẾ 16 2.2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BĂNG TẢI HÀNH LÝ 16 2.2.1 Giới thiệu phương án băng tải hành lý 16 2.2.2 Phương án lựa chọn truyền cho băng tải 20 2.2.3 Phân tích lựa chọn cấu đẩy hành lý từ băng tải sang băng tải 21 Chương - TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CỤM CỦA BĂNG TẢI PHÂN LOẠI HÀNH LÝ 23 3.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG TẢI PHÂN LOẠI HÀNH LÝ TRONG SÂN BAY 23 3.2 TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỤM BĂNG TẢI CHUYỂN HÀNH LÝ 24 3.2.1 Sơ đồ tính tốn, thơng số kỹ thuật ban đầu cụm băng tải chuyển hành lý (Băng tải 1) 24 3.2.2 Tính tốn băng tải chuyển hành lý (băng tải 1) 25 3.2.3 Tính tốn, chế tạo băng tải tiếp nhận hành lý 26 3.3 TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CỤM BĂNG TẢI 29 3.3.1 Sơ đồ tính tốn, thông số kỹ thuật ban đầu 29 3.3.2 Tính tốn băng tải 29 3.4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG CHO BĂNG TẢI VÀ BĂNG TẢI 30 3.4.1 Chọn tốc độ chuyển động cho cấu 30 3.4.2 Tính tốn cơng suất động chọn động 31 Chương - THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI PHÂN LOẠI HÀNH LÝ 34 4.1 SƠ ĐỒ KHỐI BĂNG TẢI ĐANG THIẾT KẾ 34 4.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỤM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI 35 4.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ LẬP TRÌNH THƠNG DỤNG 35 4.3.1 Thiết bị điều khiển khả lập trình S7-300 35 4.3.2 Chương trình viết cho PLC phần mềm Lập trình PLC Siemens S7-300 42 4.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO 42 4.4.1 Tổng quát 42 4.4.2 Tổ chức nhớ 43 4.4.3 Cách phân chia nhớ 44 4.4.4 Viết code cho chương trình Arduino 45 4.5 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC V7.0 45 4.5.1 Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp 45 4.5.2 Tổng quan phần mềm WINCC v7.0 46 4.6 NGÔN NGỮ GRAFCET TRONG PLC S7 300 48 4.7 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN TOÀN BỘ HỆ THỐNG 51 4.7.1 Phân tích chọn phương án thiết kế điều khiển hệ thống 51 4.7.2 Kết luận lựa chọn thiết kế điều khiển 52 4.8 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI THÔNG QUA MÀN HÌNH 53 4.8.1 Thiết kế hệ điều khiển PLC S7- 300 54 4.8.2 Giao diện giám sát hoạt động mô hình 55 4.8.3 Grafcet tiêu chuẩn chương trình 56 4.8.4 Ứng dụng vi điều khiển điều chỉnh tốc độ động 58 Chương - CHẾ TẠO BĂNG TẢI PHÂN LOẠI HÀNH LÝ TRONG SÂN BAY 63 5.1 CHUẨN BỊ VẬT LIỆU CÁC CHI TIẾT CHẾ TẠO CÁC CỤM 69 5.1.1 Cụm phân loại kim loại 70 5.1.2 Cụm chuyển đổi hướng hành lý 72 5.1.3 Cụm phân loại hành lý theo mã vạch 73 5.1.4 Cụm cấu hành lý cần kiểm tra lại 73 5.1.5 Tủ điều khiển trung tâm 74 5.2 BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT 76 5.3 MÁY SAU KHI HOÀN THÀNH 78 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 LỜI KẾT 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 Tên hình Băng tải xích Băng tải lăn Băng tải cao su Băng tải kiểu xoắn ốc Băng tải thẳng đứng Băng tải linh hoạt Băng tải rung Bộ truyền đai Bộ truyền xích Cơ cấu vít me đai ốc Cơ cấu bánh Cơ cấu xi lanh khí nén Sơ đồ nguyên lý băng phân loại hành lý sân bay Sơ đồ băng tải chuyển hành lý (băng tải 1) Lực kéo tang Lực xilanh Áp lực tác dụng lên thành xylanh Băng tải Lực kéo tang Băng tải sau thiết kế máy tính (Phần mềm SolidWorks) Sơ đồ điều khiển cáchoạt động toàn hệ thống Sơ đồ khối cụm điều khiển hệ thống băng tải Sơ đồ vị trí PLC – Hệ thống băng chuyền hành lý đến quốc nội Sơ đồ hệ thống điều khiển khả lập trình PLC CPU S7 300 CPU 314 CPU 314IFM Cấu tạo bên ngồi CPU SIMATIC S7-300 Chu trình thực chương trình S7 300 Cấu trúc chương trình PLC S7 300 Phương pháp biểu diễn chương trình STL Phương pháp FBD Phương pháp LAD Ngôn ngữ S7-GRAPH Trang 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 22 22 23 24 25 26 27 29 30 33 34 35 35 36 37 38 38 39 39 40 40 41 42 Số hiệu hình 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 4.35 4.36 4.37 4.38 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 Tên hình Board mạch Arduino Arduino IDE Vi điều khiển AVR Mơ hình phân cấp hệ thống mạng cơng nghiệp Màn hình thiết kế giao diện điều khiển Màn hình soạn thảo Graph Cấu trúc chương trình viết Graph Bước chuyển tiếp Bước nhảy Nhánh đồng thời Kết thúc nhánh Điều kiện tác động Tác động Sơ đồ khối trình dùng vi điều khiển điều khiển tốc độ động Giao diện điều khiển băng tải xây dựng WinCC Sơ đồ đấu dây Bảng phân bố vào Sơ đồ thuật toán phối hợp chuyển động băng tải phôi Bộ nhớ lưu trữ Mạch nguyên lý điều khiển động bước Mạch kích FET Sơ đồ mạch đảo chiều động Mạch cách ly quang Sơ đồ mạch điều khiển Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển tốc độ động bước Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển tốc độ động chiều Bản vẽ toàn băng tải (chiếu đứng) Mặt cắt A-A (chiếu đứng) Mặt cắt B-B (chiếu đứng) Mặt phóng to E (chiếu đứng) Bản vẽ toàn băng tải (chiếu bằng) Mặt cắt C-C (chiếu bằng) Mặt cắt D-D (chiếu bằng) Bản vẽ toàn băng tải (chiếu cạnh) Mặt cắt H-H (chiếu cạnh) Cơ cấu quét sắt Trang 42 43 45 46 47 48 49 50 50 50 51 51 51 53 53 54 54 55 55 58 60 60 61 61 62 62 63 64 64 65 66 67 67 68 69 70 80 Hình 5.22 Cơ cấu gá động Gá động Động Dây đai Băng tải 81 Tang Bánh đai Hình 5.23 Cơ cấu căng đai Tang Băng tải Trục Bộ phận căng tải 10 Hình 5.24 Toàn máy sau hoàn thành 82 Băng tải Vùng kiểm tra an ninh Tủ điện Máy quét mã vạch Máy quét mã vạch Băng tải Vùng hành lý cần kiểm tra lại Vùng hành lý HCM Vùng hành lý HN 10 Vùng di chuyển hành lý qua Băng tải KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.Kết đạt được: -Lý thuyết: +Nghiên cứu lý thuyết mơ hình sản xuất tự động phân loại sản phẩm +Nghiên cứu lý thuyết điều khiển tự động +Nghiên cứu lý thuyết loại băng tải, tính tốn thiết kế băng tải -Nghiên cứu thực tế: +Nghiên cứu thực tế băng tải hành lý sân bay Đà Nẵng +Các phương pháp nhận diện, phân loại hành lý thực tế sân bay Đà Nẵng +Nghiên cứu thiết bị điều khiển tự động -Chế tạo mơ hình: +Tính tốn thiết kế mơ hình phân loại hành lý tự động +Tính tốn thiết kế sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống kết nối với PLC để thiết kế hệ thống phân loại hành lý 2.Hướng phát triển: -Đề tài phát triển mơ hình đào tạo sinh viên Cơ điện tử mở rộng ứng dụng thực tế cho hệ thống phân loại hành lý tự động cho sân bay nhỏ lẻ Chu Lai, Buôn mê thuộc 83 LỜI KẾT Qua gần tháng làm đề tài tốt nghiệp cao học chuyên ngành điện tử, tận tình hướng dẫn PGS TS Đinh Minh Diệm, với giúp đỡ nhiệt tình thầy khoa Cơ điện tử, với nỗ lực thân, chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Đề tài giúp chúng em nắm vững sở lý thuyết thực tế tiến hành thiết kế chế tạo mơ hình sản xuất tự động vận chuyển, phân loại, hành lý Ngồi trình độ chun mơn, vấn đề quản lý sản xuất, khả thiết kế đồng thời làm việc theo nhóm quan trọng Điều bổ ích ứng dụng cơng việc sau Trong thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa nước ta nay, việc ứng dụng hệ thống tự động hóa vào sản xuất vô quan trọng Việc xây dựng thành công mơ hình vận chuyển, phân loại hành lý tự động điều khiển giám sát sử dụng PLC không nghiên cứu để ứng dụng thực tế mà đóng góp vào sở vật chất cơng tác giảng dạy hệ thống tự động hóa sản xuất dành cho sinh viên khoa điện tử trường ĐH Bách Khoa nói chung Một lần nữa, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy cô giáo, đặc biệt thầy Đinh Minh Diệm, người tận tình hướng dẫn để em hoàn thành đề tài Đà Nẵng, Ngày tháng năm 2017 Người thực Đỗ Tài Vinh 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Khánh An (2003), Giáo trình Simatic S7-200, Trung tâm điện tự động, Đà Nẵng [2] Lê Văn Doanh (1999), Cẩm nang kỹ thuật điện tự động hố tin học cơng nghiệp, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [3] PGS.TS Phạm Đắp, PGS TS Trần Xuân Tuỳ (1998), Điều khiển tự động lãnh vực khí, tập I, Nxb Giáo dục, Hà nội [4] Tơ Xn Giáp, Vũ Đình Hịe, Lưu Minh Trị, Nguyễn Ngọc Trường, Hà Văn Vui, (1982), Sổ tay thiết kế khí, tập 3, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [5] Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà (2003), Kĩ thuật đo lường đại lượng vật lý, Nxb Giáo dục, Hà nội [6] Nguyễn Trọng Hiệp,Nguyễn Văn Lâm (1999), Thiết kế chi tiết máy, Nxb Giáo dục, Hà Nội [7] Nguyễn Văn Hoà, Bùi Đăng Thành, Hoàng Sỹ Hồng (2004), Đo lường điện Cảm biến đo lường, Nxb Giáo dục, Hà Nội [8] VănThế Minh (1997), Kỹ thuật vi xử lý, Nxb Giáo dục, Hà Nội [9] Phan Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khiển tự động, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [10] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2005), Họ Vi điều khiển 8051, Nxb Lao động Xã hội, TP Hồ Chí Minh [11] Ngơ Diên Tập (2004), Vi xử lý đo lường điều khiển, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [12] Ngô Diên Tập (2004), Lập trình ghép nối máy tính windows, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [13] PGS.TS Nguyễn Tiến Thọ, GVC Nguyễn Thị Xuân Bảy, Th.s Nguyễn Thị Cẩm Tú (2005), Kỹ thuật đo lường kiểm tra chế tạo khí, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [14] TS Đỗ Xuân Tiến (2003), Kỹ thuật vi xử lý lập trình Assembly cho hệ vi xử lý, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [15] TS Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Đắp(1983), Thiết kế máy công cụ, tập 2, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [16] PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng (2004), Sổ tay thiết kế khí, tập 1, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [17] PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng (2004), Sổ tay thiết kế khí, tập 2, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà nội [18] Picvietnam, http://www.picvietnam.com [19] Dientuvietnam, http://www.dientuvietnam.net 85 Tiếng Anh [20] LiMing (2004), Small gear box technology’s manual, Li-ming Company, China [21] Robert H Perry, Celcil H Chilton (1974), Chemical Engineer’s Handbook, MacGraw-Hill Book Company, Newyork [22] Gotech (2002), Micro-computer tensile tester manual, Gotech testing machines Inc, China PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình viết cho PLC phần mềm Lập trình PLC Siemens S7-300 Phụ lục 2: Viết code cho chương trình Arduino #include //Add to Oleg Mazurov code to Bar Code Scanner #include //Add to Oleg Mazurov code to Bar Code Scanner #include //#include #include #include //#include #include #include Servo myservo; int pos = 0; #define S2 #define S3 #define sensorOut int frequency = 0; int a=0; USB Usb; USBHub Hub(&Usb); //I enable this line HIDUniversal Hid(&Usb); //Add this line so that the barcode scanner will be recognized, I use "Hid" below HIDBoot Keyboard(&Usb); class KbdRptParser : public KeyboardReportParser { void PrintKey(uint8_t mod, uint8_t key); // Add this line to print character in ASCII protected: virtual void OnKeyDown (uint8_t mod, uint8_t key); virtual void OnKeyPressed(uint8_t key); }; void KbdRptParser::OnKeyDown(uint8_t mod, uint8_t key) { uint8_t c = OemToAscii(mod, key); if (c) OnKeyPressed(c); } uint8_t code[13],i=0, dung[]="936014822227"; uint32_t t=millis(); void KbdRptParser::OnKeyPressed(uint8_t key) { if ((millis()-t