Hình 3.2:Sơ đồ khối tổng quan về hệ thống
Trong đó:
- Khối nguồn: Gồm có các nguồn 24VDC để cung cấp cho toàn bộ hệ thống. - Khối cảm biến: Gồm có các cảm biến có tác dụng phát hiện vị trí của tay
nâng trong hệ thống và vị trí hàng hoá trên băng tải.
- PLC: Nhận tín hiệu từ máy tính và các cảm biến ở ngõ vào để điều khiển các cơ cấu chấp hành.
- Khối cơ cấu chấp hành: Gồm có các động cơ bước. Khối này có tác dụng vận hành hệ thống hoạt động.
- Máy tính (PC): Dùng để giao tiếp với PLC và các thiết bị khác.
- Khối quét mã QR: Máy quét mã QR sẽ thực hiện nhiệm vụ đọc, quét mã QR.
3.2.2 Mô tả trình tự hoạt động - Vị trí ban đầu: - Vị trí ban đầu:
Nhấn nút START khởi động hệ thống, reset các trục X, Y, Z về vị trí gốc
- Quy trình làm việc: Nhập hàng:
Chế độ Auto: Nút Auto được kích hoạt, nhấn mode Gửi. Khi có hàng vào băng tải, cảm biến S1 đầu băng tải hoạt động, băng tải bật. Khi hàng đến cuối băng tải, cảm biến S2 cuối băng tải hoạt động, băng tải dừng. Máy quét mã quét mã QR lấy thông tin hàng đưa vào PLC xử lí và đưa tín hiệu điều khiển đến các trục X, Y, Z. Trong đó, Trục Y di chuyển đến vị trí cuối băng tải để lấy hàng. Khi trục Y đến vị trí chỉ định, tay nâng nâng hàng lên. Trục Y lùi về. Sau đó, các trục X, Z di chuyển đến vị trí nhập hàng trong kho. Sau khi các trục X, Z đến vị trí chỉ định, trục Y đi vào vị trí nhập hàng trong kho. Tay nâng hạ xuống và hàng được đưa vào trong kho hàng. Trục Y lùi về.
Chế độ Manual: Nút Manual được kích hoạt, nhấn mode Gửi. Khi có hàng vào băng tải, cảm biến S1 đầu băng tải hoạt động, băng tải bật. Khi hàng đến cuối băng tải, cảm biến S2 cuối băng tải hoạt động, băng tải dừng. Nhập vị trí nhập hàng PLC sẽ tiếp nhận thông tin và xử lí đưa tín hiệu điều khiển đến các trục X, Y, Z. Các bước còn lại trình tự hoạt động tương tự hoạt động ở chế độ Auto.
Xuất hàng:
Chế độ Auto: Nút Auto được kích hoạt, nhấn mode Lấy. Máy quét mã quét mã QR lấy thông tin hàng đưa vào PLC xử lí và đưa tín hiệu điều khiển đến các trục X, Y, Z. Trong đó, trục X, Z đi đến vị trí xuất hàng trong kho. Sau khi các trục X, Z đến vị trí chỉ định, trục Y đi vào vị trí xuất hàng trong kho.
Khi trục Y đến vị trí chỉ định, tay nâng nâng hàng lên. Trục Y lùi về. Sau đó, các trục X, Z di chuyển đến vị trí cuối băng tải. Khi các trục X, Z đến vị trí chỉ định, trục Y đi vào vị trí cuối băng tải. Tay nâng hạ xuống và hàng được đưa tới vị trí cuối băng tải. Trục Y lùi về. Khi hàng nằm trên băng tải, cảm biến S2 cuối băng tải hoạt động, băng tải bật. Khi hàng đến đầu băng tải, cảm biến S1 đầu băng tải hoạt động, băng tải dừng.
Chế độ Manual: Nút Manual được kích hoạt, nhấn mode Lấy. Nhập vị trí xuất hàng PLC sẽ tiếp nhận thông tin và xử lí đưa tín hiệu điều khiển đến các trục X, Y, Z. Các bước còn lại trình tự hoạt động tương tự hoạt động ở chế độ Auto.
- Khởi động chu trình làm việc
Kiểm tra điện áp nguồn
Ấn nút START để khởi động hệ thống, đưa hệ thống về vị trí ban đầu
Hệ thống gặp sự cố ấn nút STOP dừng hệ thống
Chương trình làm việc có thể dừng bất kỳ lúc nào bằng nhấn nút STOP.
3.2.3 Lưu đồ thuật toán
Nhập hàng:
Xuất hàng:
3.2.4 Động cơ bước
a, Động cơ bước Size 42 17HS8401
Hình 3.7: Động cơ bước Size 42 17HS8401
Thông số kỹ thuật:
Kích thước mặt bích: 42x42 mm
Chiều dài thân: 41mm
Dòng chịu tải: 1.5A
Momen xoắn: 480mNm
Góc bước: 1.8 độ/step
b, Động cơ bước Size 57 HS11230
Thông số kỹ thuật:
Kích thước mặt bích: 57×112 mm.
Chiều dài thân: 112 mm.
Dòng chịu tải: 3A.
Góc bước: 1.8°/step.
Momen xoắn trên trục: 3Nm.
Đường kính trục: 6.35mm hoặc 8mm.
c, Phương pháp điều chế xung điều khiển động cơ bước
Để điều khiển động cơ bước dẫn động vitme đến một vị trí xác định ta cần cài đặt chế độ làm việc cho driver và tính toán số xung cấp cho động cơ bước với các thông số:
+ Vitme T8 bước 8mm + Động cơ có góc bước 1,8o
+ Driver cài đặt chế độ vi bước 1/2
Ta có số xung cần cấp cho động cơ để di chuyển các trục X, Y, Z 1mm:
a = 1 PB. 360 θs . 2 = 1 8. 360 1,8 . 2 = 50 Trong đó:
+ PB: Bước của vitme
+ θS: Góc bước động cơ dẫn động + 2: Lựa chọn chế độ vi bước trên driver
Từ đó ta có công thức tính số xung cấp cho động cơ bước theo từng vị trí khi đó là:
X= a.s Trong đó:
X: Số xung cần cấp
a: Số xung để vitme dịch chuyển 1mm s: Khoảng cách
3.2.5 Driver điều khiển động cơ bước TB6600
Hình 3.9: Driver điều khiển động cơ bước TB6600
Thông số kỹ thuật:
+ Nguồn đầu vào là 9V – 42V. + Dòng cấp tối đa là 4A.
+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao. + Có tích hợp đo quá dòng quá áp. + cân nặng: 200G.
+ kích thước: 96 x71x37mm.
Cài đặt và ghép 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 bước B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600 PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600 DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600 DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600
ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa
3.2.6 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại OMDHON E3F-DS30C4
Hình 3.10: Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại OMDHON E3F-DS30C4
Thông số kỹ thuật:
Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu).
Chân tín hiệu ngõ ra: cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector nên sẽ cần phải có trở kéo (khoảng 1~10K) lên chân nguồn dương VCC để tạo thành tín hiệu mức cao (High).
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
Khoảng điều chỉnh cảm biến: 5~30cm (điều chỉnh bằng biến trở trên cảm biến).
Khoảng cách phát hiện vật cản: 0~30cm
Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
Dòng kích ngõ ra: < 300mA.
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.
Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập.
Kích thước: 18 x 68mm
3.2.7 Cảm Biến Phát Hiện Kim Loại Tiệm Cận LJ12A3
Hình 3.11: Cảm Biến Phát Hiện Kim Loại Tiệm Cận LJ12A3
Thông số kỹ thuật:
Phát hiện: Kim loại.
Nguồn: 5~36VDC
Dòng tiêu thụ: 300 mA
Khoảng đo: 0~4mm
Đường kính: 12 mm
3.2.8 Máy quét YHD1100D 2D
Hình 3.12: Máy quét YHD1100D 2D
Thông số kỹ thuật:
+ Tham số hiệu suất giao diện, USB, RS232, cảm biến CCD + Bộ xử lý MCU ARM Cortex-M3 32-bit
+ Khả năng giải mã: Barcode, Codabar, Mã 11, Mã 93, MSI, Mã128, UCC / EAN-128, Mã 39, EAN-8, EAN-13, UPC-A, Công nghiệp 25, Tiêu chuẩn 25, Ma trận 2/5, Qrcode, v.v.
+ Tốc độ quét 500 lần/ giây
+ Chế độ quét Nút, liên tục tự động, tự động cảm ứng + Chiều rộng quét 5cm - 20cm
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 Thiết kế, thi công hệ thống cơ khí
4.1.1 Thiết kế tổng quan hệ thống cơ khí
Hình 4.2: Sản phẩm thực tế
4.1.2 Thiết kế hệ thống khung đỡ
Bảng 4.1: Bảng chi tiết cấu tạo hệ thống khung
STT Tên sản phẩm Ảnh dựng 3D Số lượng
1 Nhôm định hình
20x20mm 426cm
2 Ke góc vuông 20x20 16 cái
4.1.3 Thiết kế hệ thống băng tải
Bảng 4.2: Bảng chi tiết cấu tạo hệ thống băng tải STT Tên sản phẩm Ảnh dựng 3D Số lượng 1 Nhôm định hình 20x20mm 121cm 2 Ke góc vuông 20x20 10 cái 3 Gối đỡ vòng bi lỗ 8mm 4 cái 4 Thanh trục 8mm 2 thanh trục 16cm 5 Puly dẫn động 1 cái 6 Puly bị động 1 cái
7 Đai 6mm 1 cái
8 Đai dây băng tải 70cm
9 Step motor 1 cái
10 Máy quét mã QR 1 cái
4.1.4 Thiết kế hệ thống cánh tay ba trục cố định
Hình 4.5: Cánh tay ba trục cố định
Bảng 4.3: Bảng chi tiết cấu tạo hệ thống cánh tay ba trục cố định
STT Tên sản phẩm Ảnh dựng 3D Số lượng 1 Nhôm định hình 20x20mm 341cm 2 Nhôm định hình 40x20mm 52cm 3 Ke góc vuông 20x20 29 cái
4 Puly dẫn động 1 cái
5 Puly bị động 1 cái
6 Đai 6mm 1 cái
7 Step motor 3 cái
8 Gối đỡ vòng bi lỗ 8mm 2 cái
9 Thanh trục 8mm
Trục X: 50cm Trục Y: 35cm Trục Z: 50cm
10 Con chạy 2 cái
11 Giá đỡ trục đứng 8mm 2 cái
12 Giá đỡ trục 4 cái
13 Giá đỡ trục 3 cái
14 T8 nut 3 cái
15 Cảm biến tiệm cận kim
4.1.5 Thiết kế kho hàng
Hình 4.6: Kho hàng Bảng 4.4: Bảng chi tiết cấu tạo kho hàng
STT Tên sản phẩm Ảnh dựng 3D Số lượng
1 Nhôm định hình
20x20mm 426cm
2 Ke góc vuông 20x20 16 cái
4.2 Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển 4.2.1 Sơ đồ đi dây hệ thống điều khiển 4.2.1 Sơ đồ đi dây hệ thống điều khiển
Hình 4.7: Bản vẽ kết nối dây hệ thống điều khiển
4.2.2 Thiết kế hệ thống giám sát sử dụng WINCC
Hình 4.9: Màn hình khởi động
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết quả đạt được
Sau quá trình tìm hiểu và thiết kế mô hình “ Hệ thống lưu kho hàng tự động” nhóm đã đạt được một số mục tiêu đề ra như: Thiết kế thành công mô hình cơ khí hệ thống lưu kho tự động, mô hình 3D trên phần mềm SloidWorks. Tính toán, hiệu chỉnh các thống số và vật liệu chế tạo để đưa vào chế tạo thực tiễn. Xây dựng được hệ thống đấu nối mạch điện của các linh kiện điện tử với PLC s7-1200 gồm sơ đồ đi dây, sơ đồ nguồn. Thiết kế thành công giao diện người dùng cho hệ thống. Lập trình điều khiển thành công hệ thống bằng ngôn ngữ Ladder của PLC s7-1200. Mô phỏng được hệ thống trên phần mềm TIA Portal và đáp ứng các yêu cầu của hệ thống. Hiểu được nguyên lý, cách thức vận hành, làm việc của hệ thống lưu kho tự động.
Ngoài kiến thức chuyên môn, thông qua đồ án nhóm hiểu hơn về quá trình lưu trữ hàng hoá trong các kho hàng. Các công nghệ hiện đại mà các công ty, xí nghiệp hiện đang sử dụng, từ đó trang bị được những kiến thức thực tế cần thiết cho công việc sau này.
5.2 Đánh giá
Mô hình do nhóm thiết kế và chế tạo đã đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra. Toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định sau nhiều lần chỉnh sửa, bổ sung các vấn đề về cơ khí mạch điện chương trình điều khiển...
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài mỗi thành viên trong nhóm đã tích lũy thêm cho mình những kiến thức mới như:
- Biết sử dụng một cách thuần thục phần mềm thiết kế AutoCAD, Solidworks, phần mềm lập trình và thiết kế giao diện TIA Portal...
- Rèn luyện thêm các kĩ năng thiết kế và xuất bản vẽ.
Ngoài ra cả nhóm đã rèn luyện thêm được kĩ năng làm việc nhóm với nhau. Đây là một kĩ năng vô cùng quan trọng cho chúng em trong thời gian sắp tới.
5.3 Hạn chế và phương pháp giải quyết Hạn chế Hạn chế
Bên cạnh những kết quả đã đạt được thì đồ án vẫn còn có một số hạn chế cần khắc phục: Hệ thống vận chuyển hàng chưa được tối ưu cơ cấu ba trục có định có phạm vi hoạt động tương đối hẹp đối với một kho lưu trữ hàng lớn. Chương trình điều khiển cần được tối ưu để tăng năng suất và tầm hiệu quả của hệ thống.
Phương hướng giải quyết
Để giải quyết vấn đề lưu trữ cho một kho hàng lớn nhóm có đề xuất thay thế cơ cấu vận chuyển hàng hoá thành robot vận chuyển theo đường line. Bên cạnh đó để tối ưu hoá được chương trình điều khiển thì cần tìm hiểu và học hỏi thêm trong quá trình làm việc thực tế sau này.
KẾT LUẬN
Sau khoảng thời gian thực hiện nghiên cứu, chế tạo, lắp ráp mô hình đồ án tốt nghiệp hệ thống lưu kho hàng tự động, sự cố gắng, nỗ lực tìm tòi nghiên cứu tài liệu liên quan của các thành viên trong nhóm và sự dẫn dắt nhiệt tình của thầy Trương Chí Công. Nhóm đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng tiến độ và yêu cầu đề ra.
Nhóm đã thành công tính toán thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển hệ thống trên các phần mềm Solidworks, Tia Portals; đồng thời thành công lắp ráp mô hình thực tế của hệ thống thoả mãn các yêu cầu đặt ra. Qua đó, nhóm đã tích luỹ được nhều kiến thức, áp dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Bên cạnh đó, đồ án còn nhiều thiếu sót về mặt tính toán, độ chính xác và khả năng áo dụng mô hình trong thực tế, song nhóm đã đưa ra những giải pháp phuơng hướng phát triển để mô hình có thể hoàn thiện, sớm đưa vào áp dụng trong sản xuất thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1", NXB Giáo dục, 2006.
[2] Nguyễn Hữu Lộc, "Cơ sở thiết kế máy", NXB Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2008.
[3] Nguyễn Thanh Nam, “Phương pháp thiết kế kỹ thuật”, NXB Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 2011.
[4] Trần Văn Hiếu, “Tự động hóa PLC S7 1200 với TIA Portal”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2014.
[5] Phạm Văn Hòa, “Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA”, NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2011.
[6] Nguyễn Đức Thành, giáo trình “PLC”, NXB ĐHQG, 2009. Tài liệu Website:
PHỤ LỤC Chương trình điều khiển hệ thống
Bảng địa chỉ: Name Path Data Type Logical Address Comment Axis_z_Pulse Default tag table Bool %Q0.4 Trục z mô hình Axis_z_Direction Default tag table Bool %Q0.5
Axis_y_Pulse Default tag table Bool %Q0.2 Trục y mô hình Axis_y_Direction Default tag table Bool %Q0.3
Axis_x_Pulse Default tag table Bool %Q0.0 Trục x mô hình Axis_x_Direction Default tag table Bool %Q0.1
start Default tag table Bool %I0.0 stop Default tag table Bool %I0.1 cb_x Default tag table Bool %I0.2
cbtc các trục trong comment cb_y Default tag table Bool %I0.3
cbtc các trục trong comment cb_z Default tag table Bool %I0.6
cbtc các trục trong comment duytri_ht Default tag table Bool %Q1.0
x_in_home Default tag table Bool %M0.0 y_in_home Default tag table Bool %M0.1 z_in_home Default tag table Bool %M0.2 start_wcc Default tag table Bool %M1.0 stop_wcc Default tag table Bool %M1.1 btn_gui Default tag table Bool %M1.2 btn_lay Default tag table Bool %M1.3
btn1 Default tag table Bool %M1.4
btn2 Default tag table Bool %M1.5
btn3 Default tag table Bool %M1.6
enable_qt Default tag table Bool %M0.3 mode_gui Default tag table Bool %M5.0