Hình 3.12: Nguồn cấp điện DC 24V-10A • Thông số kỹ thuật
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật nguồn cấp điện DC 24V-10A
Điện áp ngõ vào 110/220VAC
Điện áp ngõ ra DC 24V
Dòng ngõ ra 10A
Nhiệt độ làm việc 0 - 80°C
Kích thước 198 x 98 x 42 mm
3.3.2 Lựa chọn cảm biến
Trong đề tài để phát hiện phôi và tay gắp robot di chuyển đến đúng vị trí, tọa độ của phôi thì nhóm đã lựa chọn cảm biến E3F-DS30C4.
Cảm biến vật cản E3F-DS30C4 30cm NPN là loại cảm biến có khả năng phát và thu tia hồng ngoại với khoảng cách xa, ít bị nhiễu do ánh sáng bên ngoài do được thiết kế với kính chống nhiễu. Ngoài ra, được thiết kế với khả năng có thể điều chỉnh được khoảng cách phát hiện bằng một biến trở ở cuối phần thân của cảm biến, tín hiệu ngõ ra NPN thường hở.
Hình 3.13: Cảm biến tiệm cận E3F DS30C4 • Thông số kỹ thuật
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cân E3F DS30C4
Điện áp làm việc 6 - 36VDC
Dòng kích ngõ ra 20mA
Khoảng cách phát hiện 10 – 30 cm( có thể điều chỉnh được qua biến trở)
Kết nối( 3 dây )
Dây màu nâu: 5VDC
Dây màu xanh dương: GND
Dây màu đen: Tín hiệu PNP thường mở
Nhiệt độ hoạt động -40 – 70 độ C
Kích thước 18 x 70 (mm)
Chiều dài dây 70cm
3.3.3 Lựa chọn camera
Đối với một hệ thống xử ảnh thì camera được xem như là con mắt của hệ thống. Để cho hệ thống nhận diện được đúng màu sắc nhận dạng sản phẩm và độ phân giải ảnh đúng yêu cầu đề ra thì em đã chọn Webcam Dahua Z2+ trong đề tài nghiên cứu này.
Hình 3.14: Webcam Dahua Z2+ • Thông số kỹ thuật
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật webcam dahua Z2+
Kích thước( dài x rộng x cao) 79 x 31 x 38,5 (mm).
Độ phân giải 720p HD
Tỉ lệ khung hình 30 fps
Độ phân giải hình ảnh 10MP
Màu sắc Đen
3.3.4 Nút nhấn
Nút nhấn nhả LA38-203 thường được sử dụng nhiều trong các thiết kế tủ điện điều khiển công nghiệp. Nó có chức năng nhấn giữ để đóng tín hiệu hoặc nguồn và có mục đích điều khiển các thiết bị kiểm soát bằng tay. Ở đề tài này nhóm sử dụng nút nhấn trong việc bật tắt và reset hệ thống .
• Thông số kỹ thuật
Module LA 38/203-209B tự giữ
Điện áp cách điện 415V
Dòng điện tới hạn 10A
Điện trở tiếp xúc ≤ 50 𝑚Ω
Nhiệt độ làm việc −5℃ − 50℃
Loại Nhấn – nhả
Số tiếp điểm
1 tiếp điển thường đóng, một tiếp điểm thường mở
3.3.5 Lựa chọn van điện từ
Van điện từ khí nén dùng để điều khiển 4 xylanh bao gồm: xylanh quay, hai xylanh tinh tiến và một xylanh gắp sản phẩm.
Van 5/2 là một loại van đảo chiều điều khiển xi lanh tác dụng kép, động cơ. Van khí nén 5/2 điện từ là các van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp qua van phụ trợ được sử dụng rộng rãi cho điều khiển đảo chiều xilanh lép, động cơ.
Hình 3.16: Van điện từ khí nén 5/2 • Thông số kỹ thuật
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật van điện từ khí nén
Module 4V210-08
Kích thước 15mm – 22mm
Điện áp hoạt động 24VDC
Hãng sản xuất AIRTAC (Đài Loan)
Kích thước cổng 1/4''.(ren 13)
Kích thước cổng xả 1/8" (ren 9.6)
Áp suất hoạt động 0.15 - 0.8 MPa
Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí. (1 đầu coil điện)
Nhiệt độ hoạt động -20~70oC
3.3.6 Sơ đồ đấu nối hệ thống a) Sơ đồ nối phần cứng a) Sơ đồ nối phần cứng
b) Sơ đồ mạch khí nén
Hình 3.18: Sơ đồ mạch khí nén
3.3.7 Xây dựng chương trình giám sát trên wincc
Toàn bộ hệ thống được mô phỏng và giám sát trên phần mềm Wincc.
WinCC là phần mềm tích hợp giao diện người – máy HMI đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá. Đặc biệt với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng.
Trong giao diện home của phần mềm để chuyển sang giao diện vận hành ta click vào chữ vận hành. Phần mềm giám sát sẽ chuyển thành hình như bên dưới ( Hình 3.25).
Phía dưới chính là các chế độ vận hành để giám sát quá trình hoạt động của hệ thống. Theo thiết kế, hệ thống hoạt động dựa trên hai phần: tự động (auto) và thủ công (manual).
Hình 3.20: Mô phỏng giám sát hệ thống trên phần mềm wincc • Ở chế độ manual:
Để hệ thống hoạt động ta “click” vào nút start khi đó đèn báo sẽ chuyển sang màu xanh báo hiệu đã kích hoạt.
Hình 3.21: Ấn nút start trên phần mềm giám sát
Khi ta “click” vào “CB1” tức lúc này cảm biến tiệm cận đầu băng tải đã có tín hiệu sẽ điều khiển động cơ băng tải thông qua PLC, băng tải sẽ khởi động và di chuyển sản phẩm tới vị trí tay gắp.(Hình 3.27)
Khi “click” vào “CB2” tức là lúc này cảm biến 2 đã có tín hiệu vật tới vị trí tay gắp, khi đó động cơ sẽ tắt, băng tải dừng. tay gắp thực hiện gắp nhả vật theo yêu cầu. Sau khi xác định được loại sản phẩm thì ta sẽ phân loại nó vào từng hộp tương ứng khi ta “click” vào PL1, PL2 hoặc PL3. Ở từng trường hợp thì tiến trình xylanh sẽ hiện thị từng loại xylanh hoạt động để đưa sản phẩm ra vị trí phân loại đó và bộ đếm sẽ đếm số lượng.(Hình 3.28)
Hình 3.23: Băng tải dừng và tay gắp thực hiện các thao tác gắp, nhả vật
3.3.8 Lắp ráp, chế tạo, thi công thiết kế a) Thi công phần điện a) Thi công phần điện
Hình 3.24: Phần điện thực tế
b) Thi công hệ thống băng tải
Hình 3.25: Hệ thống băng tải vả cảm biến đầu băng tải
Hình 3.26: Lắp ráp hệ thống camera
d) Lắp ráp bộ phận tay gắp khí nén
Hình 3.27 : Bộ phận tay gắp sản phẩm
Hình 3.28: Hình ảnh hệ thống phân loại sản phẩm thực tế Bảng 3.9: Bảng chi tiết các module hệ thống
STT Tên chi tiết Hình ảnh Số
lượng 1 PLC S7-1200 Siemens CPU 1212c AC/DC/DC/Relay 1 2 Động cơ DC giảm tốc có chổi than GA 25 1 3 Nút nhấn- nhả có đèn 2
4 Cảm biến tiệm cận quang E3F DS30C4 2 5 Camera 1 6 Van điện từ 3 7 Nguồn cấp điện Switch 1 8 Tay kẹp khí nén 1 9 Xylanh đôi 2
10 Xylanh quay 1 11 Băng tải 1 12 Khớp nối chữ L 25 13 Hộp đựng sản phẩm 3 14 Nút dừng khẩn cấp 1 15 Giá đỡ rulo 4
16 Giá đỡ cảm biến 2
17 Giá đỡ camera 1
3.3.9 Lưu đồ thuật toán
a) Lưu đồ hệ thống
Hình 3.29: : Lưu đồ thuật toán hệ thống
b) Lưu đồ dừng hệ thống Hình 3.30: Lưu đồ dừng hệ thống c) Lưu đồ các tiến trình - Tiến trình 1 Hình 3.31: Lưu đồ tiến trình 1 - Tiến trình 2
Hình 3.32: Lưu đồ tiến trình 2 - Tiến trình 3
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 Kết quả thực nghiệm 4.1.1 Kết luận 4.1.1 Kết luận
Trong thời gian 9 tuần hoàn thiện đồ án, được sự giúp đỡ của thầy cô… và các thầy cô trong khoa nhóm đã đạt được một số kết quả nhất định trong việc áp dụng các kiến thức đã học tại trường lớp vào giải quyết vấn đề thực tế. Do chưa có nhiều kinh nghiệm trong việc gia công cơ khí, và thiết kế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Chúng em rất mong có được sự góp ý từ phía thầy cô để hoàn thiện hơn đề tài của nhóm.
4.1.2 Kết quả đạt được
Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài, nhóm đã thiết kế và mô phỏng
“ Hệ thống phân loại sản phẩm mã Qrcode ”, đã đạt được những mục tiêu lúc
đầu đề ra:
- Ứng dụng các phần mềm Solidwork thiết kế các cơ cấu cơ khí trong mô hình, xuất bản vẽ theo tiêu chuẩn để có thể sẵn sàng gia công chế tạo.
- Sử dụng phần mềm AutoCAD vẽ thiết kế đi dây cho mạch điện điều khiển một cách hợp lý nhất.
- Sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình điều khiển hệ thống cũng như mô phỏng điều khiển giám sát trên giao diện màn hình chính wincc.
- Kết quả đạt được thông qua quá trình thực nghiệm đã đúng với những gì đã dự kiến ban đầu.
4.2 Đánh giá két quả thu được
- Hệ thống hoạt động ổn định đúng so với mô phỏng trên phần mềm Wincc.
- Vì thiết kế tay gắp khí nén bằng các xylanh nên vị trí nhả vật còn hạn chế, chưa được tối ưu.
- Do lần đầu tham gia vào quá trình thiết kế chế tạo, chưa có kinh nghiệm nên phần tính toán hệ thống cơ khí còn khá sơ sài và chưa được đảm bảo.
- Năng xuất hoạt động của hệ thống chưa cao.
- Tốc độ xử lý còn chậm, hệ thống ảnh chưa đáp ứng được ánh sáng tốt nhất, nếu trời tối sẽ gặp khó khăn trong việc nhận dạng mã Qrcode.
4.3 Hướng phát triển trong tương lai
- Do hệ thống tay gắp bằng khí nén còn nhiều hạn chế, không thể di chuyển vật ra nhiều vị trí nên tương lai nhóm sẽ nghiên cứu, áp dụng tính toán động học robot để thiết kế cánh tay robot được điều khiển bằng động cơ servo, từ đó đa dạng hơn về vị trí đặt vật
- Nghiên cứu về ngôn ngữ lập trình Python giúp khả năng nhận dạng và xử lý mã Qrcode được đa dạng hơn.
• Thực tế sản suất của hầu hết các hệ thống phân loại sản phẩm là một dây chuyền khép kín hoàn toàn tự động nên hướng phát triển tiếp theo của đề tài là: - Xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh gồm cấp phôi tự động; nhận diện, phân loại sản phẩm; đếm số lượng sản phẩm và đóng thùng.
- Cải tiến thêm các chức năng như phân loại theo chiều cao, khối lượng và nhận diện các sản phẩm bị lỗi mã Qrcode.
Tài liệu tham khảo
[1] (2016), Robot công nghiệp, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
[2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, Nhà Xuất Bản Giáo Dục.
[3] Nguyễn Văn Việt, Đồ án chi tiết máy, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội. [4] (2016), Hệ thống tự động thủy khí, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội.
[5] (2008), Lập trình C# 2008 cơ bản, Trung Tâm Đào Tạo Mạng Máy Tính Nhất Nghệ.
[6] Bùi Thị Thu Hà - Trương Thị Bích Liên - Ngô Mạnh Tiến (2019), Giáo
trình kỹ thuật cảm biến, Nhà Xuất Bản Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ.
[7] Trần Thế San - Nguyễn Mạnh Thắng, Bách khoa mạch điện, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật.
[8] Giáo trình cảm biến và hệ thống đo lường, Đại Học Công Nghiệp Hà
Nội.
[9] (2017), Đề cương bài giảng tự động hóa quá trình sản xuất, Đại Học
Công Nghiệp Hà Nội.
[10] Giáo Trình PLC S7-1200 Siemens, Trung Tâm Đào Tạo Công Nghệ QBB AUTOTECH.
[11] Bùi Quốc Khánh (2005), Cơ sở truyền động điện, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật.
[12] Nguyễn Hữu Lộc (2005), Cơ sở thiết kế máy, Nhà Xuất Bản Đại Học
Quốc Gia TP HCM.
[13] Nguyễn Như Hiền - Nguyễn Mạnh Tùng (2007), Điều khiển logic và PLC, Nhà Xuất Bản Tự Nhiên Và Công Nghệ.
PHỤ LỤC
1. Thiết bị điều khiển PLC S7- 1200
❖ Thông số thiết bị:
- Chức năng: Điều khiển hoạt động toàn bộ hệ thống hệ thống rửa xe ô tô tự động.
- Tên: PLC S7- 1200 Siemens 1212C AC/DC/Relay - Nguồn cấp: 220VAC
- Số lượng Input/Output: 8/6. - Các thiết bị ngoại vi.
❖ Địa chỉ vào ra STT Tên Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chức năng
1 Start %I0.0 Bool Khởi động hệ thống
2 Stop %I0.1 Bool Dừng hệ thống
3 Cảm biến tiện cận 1 %I0.2 Bool
Phát hiện có phôi ở đầu băng tải
4 Cảm biến tiện cận 2 %I0.3 Bool
Phát hiện có phôi ở cuối băng tải
5 Van điện từ K1 %Q0.0 Bool Điều khiển xy lanh quay 6 Van điện từ K2 %Q0.1 Bool Điều khiển xy lanh ra vào 7 Van điện từ K3 %Q0.2 Bool Điều khiển xy lanh lên xuống 8 Van điện từ K4 %Q0.3 Bool
Điều khiển xy lanh tay gắp vật
9 Van điện từ K5 %Q0.4 Bool Điều khiển động cơ ❖ Code điều khiển chương trình
2. Bản vẽ
- Bản vẽ lắp hệ thống
- Bản vẽ lắp các module của hệ thống - Bản vẽ chi tiết cần gia công