Hình 3-48: Sơ đồ đấu nối chân cảm biến màu sắc
Hình 3-50: Sơ đồ đấu nối chân cảm biến quang phản xạ gương
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết quả mô phỏng hệ thống trên PLC Sim
Để quan sát và kiểm tra quá trình vận hành hệ thống, nhóm tiến hành mô phỏng lần lượt ở hai chế độ độc lập: Auto và Manual. Kết quả thu được hiển thị như sau:
Hình 4-1: Chạy mô phỏng hệ thống thông qua PLCSIM
a)Vận hành ở chế độ tự động (Auto)
Sau khi nhấn nút Start, hệ thống cấp phôi vào đầu băng tải ở trạm phân loại, đồng thời băng tải chuyển phôi. Băng tải Pallet được bật đưa Pallet trống vào vị trí đặt cảm biến quang phản xạ gương.
Hình 4-3: Phôi được cấp vào hệ thống
Hình 4-4: Tín hiệu 2 băng tải vận chuyển phôi đế trên HMI.
Phôi được băng chuyền đưa qua cảm biến màu sắc ở giữa băng tải. Từ đó, tín hiệu cảm biến truyền về bộ điều khiển PLC. Ngay lập tức, PLC gửi tín hiệu điều khiển cho cơ cấu tay gặt phôi.
Hình 4-5: Phôi đi qua cảm biến màu sắc
Cảm biến tiệm cận phía trước băng tải khi gặp phôi sẽ được bật. Băng tải vận chuyển phôi tới trạm lắp ráp.
Hình 4-6: Tín hiệu cảm biến
Phôi đế sau khi đi qua cảm biến (tín hiệu xung sườn âm), phôi nắp được cấp cho hệ thống lắp ráp.
Hình 4-7: Cấp nắp cho hệ thống lắp ráp
Sau khi phôi nắp đi qua cảm biến phía trước cơ cấu kẹp nắp (tín hiệu xung sườn âm) cơ cấu kẹp nắp được bật lên kẹp chặt nắp phôi.
Hình 4-8: Kẹp phôi nắp
Tương tự cơ cấu kẹp phôi đế, sau khi phôi nắp và đế được kẹp chặt thì cánh tay robot hoạt động, giác hút nắp đi xuống.
Hình 4-9: Kẹp phôi đế và robot đi xuống hút nắp
Hình 4-10: Tín hiệu các cảm biến của robot lắp ráp
Sau khi đầu giác hút xác định chính xác khu vực trung tâm trên diện tích bề mặt phôi nắp, cánh tay hút phôi đi lên và di chuyển sang băng chuyền phôi đế.
Hình 4-11: Lắp ráp phôi nắp và đế
Cánh tay robot đi xuống và nhả phôi nắp vào phôi đế. Cơ cấu kẹp phôi đế nhả và cánh tay về vị trí ban đầu. Tiếp theo, cữ chặn sản phẩm nâng lên.
Hình 4-12: Cữ chặn nâng lên sau quá trình lắp ráp
Sau khi phôi lắp ráp xong và được đưa đến cuối băng tải, cảm biến nhận biết phôi được kích hoạt (tín hiệu xung sườn dương) và băng tải lập tức dừng.
Hình 4-13: Robot di chuyển đến tọa độ lấy sản phẩm
Cánh tay robot di chuyển tới vị trí lấy sản phẩm đã được đặt trước đó và hút sản phẩm.
Hình 4-14: Giác hút hút sản phẩm
Sản phẩm được xếp vào các vị trí khác nhau trên Pallet. Vị trí xếp trên pallet được tính toán và hiển thị chính xác trên HMI nhằm giúp hệ thống kiểm soát được số lượng sản phẩm và tối ưu hóa hiệu suất dây chuyển.
Hình 4-15: Vị trí xếp sản phẩm 1
Hình 4-16: Vị trí xếp sản phẩm 2
Hình 4-18: Vị trí xếp sản phẩm 4
Khoảng 1s đến 3s sau khi Pallet đã được xếp đủ 4 sản phẩm, băng tải được bật để đưa Pallet trống vào vị trí chờ.
b)Vận hành ở chế độ thủ công (Manual):
Khi vận hành ở chế độ thủ công, nhóm thiết kế mô hình điều khiển đồng thời trên cả bảng tủ cảm ứng kèm nút bấm và trên màn hình HMI. Hệ thống khi vận hành thủ công vẫn được tích hợp nhiều chức năng thông qua các nút bấm để đảm bảo tính tùy biến và đa dạng cho cả dây chuyền sản xuất. Một số chức năng khi vận hành ở chế độ Manual được biểu diễn như sau:
Hình 4-20: Chuyển sang chế độ chạy bằng tay
Hình 4-22: Điều khiển cánh tay robot trạm lắp ráp
Hình 4-24: Điều khiển robot đến vị trí lấy sản phẩm
Hình 4-26: Nhập tọa độ robot
Hình 4-27: Nhập tọa độ tùy ý
4.2 Kết quả vận hành hệ thống trên PLC S7 – 1215C
Sau khi mô phỏng thành công, nhóm tiến hành quá trình nạp chương trình và kiểm nghiệm điều khiển hệ thống trên PLC thật. Dòng PLC nhóm ứng dụng là PLC S7-1215C DC/DC/DC.
Hình 4-28: Chạy mô phỏng hệ thống qua PLC thật
Hình 4-30: Nạp màn hình điều khiển lên HMI
Hình 4-32: Chuyển chế độ điều khiển tay trên tủ điện
Hình 4-33: Điều khiển trạm phân loại
Hình 4-35: Đặt tọa độ robot ở trạm xếp pallet
Hình 4-36: Thông báo xác nhận thoát màn hình HMI
4.3 Hạn chế
STT Hạn chế Nguyên nhân Giải pháp
1
Hệ thống cấp vào nguyên liệu thô và xử lý trực tiếp nguyên liệu thô trên chu trình sản xuất chưa được kiểm soát
Sự hạn chế của phần mềm thiết kế
Thường xuyên theo dõi và update phần mềm để có đầy đủ tính năng phục vụ cho thiết kế chu trình
2
Băng tải vận chuyển phôi đế đến trạm lắp ráp không hoạt động.
Cảm biến đầu băng tải không chạm vào phôi đế.
Chỉnh lại khoảng cách đọc giá trị của cảm biến.
3
Module phân loại phôi bị lỗi không hoạt động khi chạy trên PLC thật
Hệ thống cấp phôi không hoạt động
Sửa lại chương trình lập trình với tính logic của module và hệ thống kiểm tra lại kết nối điện và tín hiệu truyền của các thành phần cảm biến và các chi tiết 4 Sản phẩm xếp lên Pallet bị lệch ●Tọa độ lấy và xếp sản phẩm bị lệch
●Phôi đi quá giới hạn cảm biến
Thiết kế cơ cấu chặn và kẹp sản phẩm ở cuối băng tải
5
Hoạt động của hệ thống trên mô phỏng PLC sim so với PLC thực tế chưa được đồng bộ, còn có sự chênh lệch nhiều Do chương trình lập trình trên mô phỏng theo điều kiện lý tưởng của Factory IO
Cải thiện chương trình lập trình đơn giản, hiệu quả và đáp ứng đủ yêu cầu hệ thống, đồng thời tối ưu cho cả PLC Sim mô phỏng và PLC thực tế
6
Chữ viết khác kích thước khi nạp lên HMI thật
Xung đột giữa tỉ lệ thu phóng màn hình của máy tính với phần mềm
Điều chỉnh lại tỉ lệ thu phóng màn hình về 100%
7 Trạng thái cảm biến hiển thị chậm
Thời gian biến đổi trạng thái cảm biến ngắn(100ms)
Tăng thời gian hiển thị trạng thái lên 500ms
4.4 Hướng phát triển
Trên cơ sở của nghiên cứu mô hình các trạm MPS, nhóm nhận thấy để có thể ứng dụng hiệu quả hệ thống trong sản xuất công nghiệp thực tế hay trong một lĩnh vực nào đó thì cần phải tính toán và thiết kế hết sức kĩ lưỡng đến từng chi tiết nhỏ, kể cả phần điều khiển. Tùy theo từng chức năng của yêu cầu cụ thể mà có thể tính toán thiết kế sao cho phù hợp. Với mô hình hệ thống trong đề tài, nhóm đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng vận hành và hiệu suất sản xuất của dây chuyển như sau:
● Thiết kế kết nối Web Server giám sát thông số. ● Thiết kế giao diện Web để quản lý hệ thống từ xa. ● Thiết kế thêm trạm gia công ở đầu hệ thống
● Thiết kế thêm hệ thống lưu kho tự động nhằm đảm bảo một chuỗi các chu trình hoạt động khép kín hoàn chỉnh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Trọng Doanh, Điều khiển PLC, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2013.
[2] Lê Ngọc Duy, Giáo trình Cảm biến và Hệ thống đo, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2019.
[3] Bùi Thanh Lâm, Hệ thống tự động thủy khí, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 2019.
[4] Nguyễn Trọng Thắng - Trần Thế San, Điện công nghiệp và Điều khiển động cơ, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2013.
[5] Trần Thế San- Châu Ngọc Thạch, Cơ điện tử - Tự thiết kế - Lắp ráp mạch điện thông minh chuyên về điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2011.
[6] PGS.TS Trần Đức Quý, Hướng Dẫn Thiết Kế Đồ Án Công Nghệ Chế Tạo Máy, Nhà xuất bảnkhoa học kỹ thuật, 2015.
[7] Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với Tia Portal, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2019.
[8] Ngô Văn Thuyên và Phạm Quang Huy, Lập trình với PLC S7 1200 & S7 1500, Nhà xuất bản Thanh Niên, 2019.
[9] Nguyễn Thanh Hà, Giáo trình ứng dụng PLC vào thiết kế màn hình giám sát HMI, Nhà xuất bản Thống kê, 2020.
[10] Jon Stenerson and David Deeg, Programming Siemens Step 7 (TIA Portal), a Practical and Understandable Approach, Independently published, 2019.
[11] Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, Tính toán và thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản Giáo dục, 2006.
[12] Nguyễn Viết Ngư, Điều khiển hệ thống khí nén, Nhà xuất bản Xây dựng, 2019.
PHỤ LỤC 1: BẢNG ĐỊA CHỈ
Tín hiệu đầu vào PLC (I_INPUT)
STT Tên cảm biến Kiểu dữ liệu
Địa
chỉ Ghi chú
1 Green Moving
X Bool I0.0
Cảm biến báo tay gắp xanh lá đang di chuyển theo trục X
2 Green Moving Z Bool I0.1 Cảm biến báo tay gắp xanh lá đang di chuyển theo trục Z
3 Green Detected Bool I0.2 Cảm biến chạm bề mặt nắp xanh lá
4 Ss Green Lid Bool I0.3 Cảm biến báo cấp nắp xanh lá
5 Green Lid
Clamped Bool I0.4 Cảm biến báo đã kẹp nắp xanh lá
6 Green Limit Lid Bool I0.5 Cơ cấu kẹp nắp xanh lá đang ở dưới
7 Ss Green Base Bool I0.6 Cảm biến báo cấp đế xanh lá
8 Green Base
Clamped Bool I0.7 Cảm biến báo đã kẹp đế xanh lá
9 Green Limit
Base Bool I1.0
Cơ cấu kẹp đế xanh lá đang ở dưới
10 Pr Green Bool I1.1 Cảm biến đếm sản phẩm xanh lá
11 Start Bool I1.2 Nút nhấn Start
12 Reset Bool I1.3 Nút nhấn Reset
13 Stop Bool I1.4 Nút nhấn Stop
14 Emg Bool I1.5 Nút nhấn dừng khẩn
15 Auto Bool I2.0 Nút chọn chế độ điều khiển tự động
16 Manual Bool I2.1 Nút chọn chế độ điều khiển bằng tay
17 Ss Cv Green Bool I2.2 Cảm biến bật băng tải xanh lá
18 Blue Moving X Bool I2.3 Cảm biến báo tay gắp xanh dương đang di chuyển theo trục X
19 Blue Moving Z Bool I2.4 Cảm biến báo tay gắp xanh dương đang di chuyển theo trục Z
20 Blue Detected Bool I2.5 Cảm biến chạm bề mặt nắp xanh dương
21 Ss Blue Lid Bool I2.6 Cảm biến báo cấp nắp xanh dương
22 Blue Lid
Clamped Bool I2.7
Cảm biến báo đã kẹp nắp xanh dương
23 Blue Limit Lid Bool I3.0 Cơ cấu kẹp nắp xanh dương đang ở dưới
24 Ss Blue Base Bool I3.1 Cảm biến báo cấp đế xanh dương
25 Blue Base
Clamped Bool I3.2
Cảm biến báo đã kẹp đế xanh dương
26 Blue Limit Base Bool I3.3 Cơ cấu kẹp đế xanh dương đang ở dưới
27 Pr Blue Bool I3.4 Cảm biến đếm sản phẩm xanh dương
28 Ss Cv Blue Bool I3.5 Cảm biến bật băng tải xanh dương 29 Ss Cv Ng Bool I3.6 Cảm biến báo phôi lỗi
30 Ss Phoi DInt ID30 Cảm biến phôi
31 Bx Real ID34 Tọa độ X của robot xanh dương
32 By Real ID38 Tọa độ Y của robot xanh dương
34 Ss Blue Pallet Bool I3.7 Cảm biến băng tải Pallet xanh dương
35 Blue Product
Detected Bool I4.0
Cảm biến chạm bề mặt sản phẩm xanh dương
36 Ss Green Pallet Bool I4.1 Cảm biến băng tải Pallet xanh lá
37 Gx Real ID46 Tọa độ X của robot xanh lá
38 Gy Real ID50 Tọa độ Y của robot xanh lá
39 Gz Real ID54 Tọa độ Z của robot xanh lá
40 Green Product
Detected Bool I4.2
Cảm biến chạm bề mặt sản phẩm xanh lá
Tín hiệu đầu ra PLC (Q_OUTPUT)
STT Tên cơ cấu
Kiểu dữ liệu Địa chỉ Ghi chú 1 GREEN MOVE X Bool Q0.0
Tay gắp xanh lá di chuyển theo trục X
2 GREEN MOVE
Z Bool Q0.1
Tay gắp xanh lá di chuyển theo trục Z
3 GREEN GRAP Bool Q0.2 Hút nắp xanh lá
4 CV GREEN LID Bool Q0.3 Băng tải cấp nắp xanh lá
5 GREEN
CLAMP LID Bool Q0.4 Kẹp nắp xanh lá 6 GREEN LID Bool Q0.5 Cấp nắp xanh lá
7 CV GREEN
BASE Bool Q0.6 Băng tải cấp đế xanh lá
8 GREEN
CLAMP BASE Bool Q0.7 Kẹp đế xanh lá
9 GREEN RAISE
10 PHOI Bool Q1.1 Cấp phôi
11 BLUE MOVE X Bool Q2.0 Tay gắp xanh dương di chuyển theo trục X
12 BLUE MOVE Z Bool Q2.1 Tay gắp xanh dương di chuyển theo trục Z
13 BLUE GRAP Bool Q2.2 Hút nắp xanh dương
14 CV BLUE LID Bool Q2.3 Băng tải cấp nắp xanh dương
15 BLUE CLAMP
LID Bool Q2.4 Kẹp nắp xanh dương
16 BLUE LID Bool Q2.5 Cấp nắp xanh dương
17 CV BLUE
BASE Bool Q2.6 Băng tải cấp đế xanh dương
18 BLUE CLAMP
BASE Bool Q2.7 Kẹp đế xanh dương
19 BLUE RAISE
BASE Bool Q3.0 Nâng kẹp đế xanh dương
20 CV1 Bool Q3.1 Băng tải 1
21 CV2 Bool Q3.2 Băng tải 2
22 CV3 Bool Q3.3 Băng tải 3
23 CV4 Bool Q3.4 Băng tải 4
24 GAT GREEN Bool Q3.5 Gạt phôi xanh lá 25 GAT BLUE Bool Q3.6 Gạt phôi xanh dương 26 QTY GREEN DInt QD26 Số lượng sản phẩm xanh lá 27 QTY BLUE DInt QD30 Số lượng sản phẩm xanh dương 28 QTY NG DInt QD34 Số lượng sản phẩm lỗi
29 SET BX Real QD38 Đặt tọa độ X của robot xanh dương
30 SET BY Real QD42 Đặt tọa độ Y của robot xanh dương
31 SET BZ Real QD46 Đặt tọa độ Z của robot xanh dương
32 CV BLUE
PALLET Bool Q3.7 Băng tải Pallet xanh dương
33 B PRODUCT
GRAP Bool Q4.0 Hút sản phẩm xanh dương
34 SET GZ Real QD58 Đặt tọa độ X của robot xanh lá 35 SET GY Real QD54 Đặt tọa độ Y của robot xanh lá 36 SET GX Real QD50 Đặt tọa độ Z của robot xanh lá
37 G PRODUCT
GRAP Bool Q4.2 Băng tải Pallet xanh lá
38 CV GREEN
PALLET Bool Q4.1 Hút sản phẩm xanh lá
39
COUT PRODUCT BLUE PALLET
Int MW6 Đếm số lượng sản phẩm xanh dương trên Pallet
40
COUT PRODUCT GREEN PALLET
Int MW8 Đếm số lượng sản phẩm xanh lá trên Pallet
BIẾN TRUNG GIAN
STT Tên gọi Kiểu dữ liệu Địa chỉ Ghi chú 1 G1 Bool M0.0 2 G2 Bool M0.1 3 G3 Bool M0.2 4 G4 Bool M0.3 5 G5 Bool M0.4
6 G6 Bool M0.5
7 G LID ALINED Bool M0.6
8 G7 Bool M0.7
9 G8 Bool M1.0
10 G BASE ALINED Bool M1.1
11 G9 Bool M1.2 12 G10 Bool M1.4 13 G11 Bool M1.5 14 GS1 Bool M1.6 15 GS2 Bool M1.7 16 RUN Bool M2.0 17 B1 Bool M3.0 18 B2 Bool M3.1 19 B3 Bool M3.2 20 B4 Bool M3.3 21 B5 Bool M3.4 22 B6 Bool M3.5
23 B LID ALINED Bool M3.6
24 B7 Bool M3.7
25 B8 Bool M4.0
26 B BASE ALNED Bool M4.1
27 B9 Bool M4.2 28 B10 Bool M4.4 29 B11 Bool M4.5 30 BS1 Bool M4.6 31 BS2 Bool M4.7 32 P1 Bool M2.1 33 P2 Bool M2.2
34 P3 Bool M2.3
35 P4 Bool M2.4
36 P5 Bool M2.5
37 P6 Bool M2.6
38 RM GAT GREEN Bool M1.3
39 RM GAT BLUE Bool M4.3
Điều khiển màn hình HMI
ST T Tên gọi Kiểu dữ liệu Địa chỉ Ghi chú
1 MBT1 Bool M10.0 Công tắc điều khiển băng tải 1 2 MBT2 Bool M10.1 Công tắc điều khiển băng tải 2 3 MBT3 Bool M10.2 Công tắc điều khiển băng tải 3 4 MBT4 Bool M10.3 Công tắc điều khiển băng tải 4
5 M GAT GREEN Bool M10.4 Công tắc điều khiển băng tải