36
Bảng 4. 3 Thông số máng trượt đơn
Thông số kỹ thuật
Chiều rộng 100 mm
Chiều cao 40 mm
Kích thước dẫn sản phẩm 100 ± 10 mm Trọng lượng chịu được tối đa 3 kg
Vật liệu Nhựa mica
Hình 4. 14 Mơ hình máng trượt sản phẩm đơi Bảng 4. 4 Thông số máng trượt đôi
Thông số kỹ thuật
Chiều rộng 200 mm
Chiều cao 40 mm
Kích thước dẫn sản phẩm 100 ± 10 mm Trọng lượng chịu được tối đa 3 kg
Vật liệu Nhựa mica
4.4 Thiết kế cơ cấu xy lanh phân loại 4.4.1 Xác định phương án thiết kế 4.4.1 Xác định phương án thiết kế
Trong hệ thống phân loại hàng hóa, cơ cấu này có nhiệm vụ nhận lệnh từ bộ xử lý trung tâm sau đó đẩy khối hàng từ băng tải vận chuyển xuống máng trượt và đẩy khối hàng từ băng tải số 1 sang băng tải số 2.
37
Chọn cơ cấu phân loại sử dụng xy lanh khí nén. Yêu cầu kĩ thuật của cơ cấu:
− Sức đẩy của xylanh: khối lượng tối đa của hàng là 3kg nên chọn xylanh có lực đẩy phải lớn hơn khối lượng của vật.
− Truyền động cơ cấu: dùng khí nén đề đẩy khối hàng
− Hành trình xy lanh: 100mm
− Điều khiển điện thơng qua van điện khí nén.
4.4.2 Sơ lược về xy lanh khí nén
Xy lanh khí nén (đơi khi được gọi là xi lanh khí) là các thiết bị cơ được chạy bằng khí nén (thường là khơng khí). Trong đó bao gồm 2 loại xi lanh chính:
− Xi lanh khí nén 1 chiều hay cịn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn. Loại xi lanh khí nén này dụng khí nén để dịch chuyển piston theo một hướng chuyển động nhất định. Piston trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lò xò hoặc một lực đẩy từ bên ngồi.
Hình 4. 15 Xy lanh tác động 1 chiều
− Xi lanh khí nén 2 chiều hay cịn gọi là xi lanh khí nén tác động kép. Đây là loại xi lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu. Xi lanh khí nén 2 chiều sử dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại. Đặc điểm nổi bật của hầu hết xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ có ở 1 phía, vì vậy kích thước 2 đầu piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hoàn toàn.
38
Hình 4. 16 Xy lanh tác động 2 chiều
Ngồi ra cịn có các loại xy lanh phổ biến như:
− Xy lanh khí nén trịn
− Xy lanh khí nén vng
− Xy lanh kẹp, trượt, quay,…
− Xy lanh có 2 ty, 3 ty,…
39
Do cơ cấu đẩy sản phẩm đơn giản nên nhóm chọn loại xy lanh trịn 1 trục ty để đẩy sản phẩm. Toàn hệ thống sẽ sử dụng tổng cộng 4 xy lanh
4.4.3 Thiết kế gá xy lanh và cảm biến
Hệ thống các xy lanh cần nhận biết vị trí của khối hàng đi đến để thực hiện thao tác nên cần sử dụng cảm biến để nhận biết. Vì vậy cảm biến cần đặt ở vị trí cạnh xy lanh. Tuy nhiên tại vị trí hàng chờ và camera quét mã vạch cần lắp đặt xy lanh và cảm biến riêng biệt nền cần thiết kế 3 loại gá khác nhau.
Ta sẽ thiết kế gá đặt cảm biến và xy lanh từ vật liệu Mica, yêu cầu đặt ra là gá đặt phải chịu được lực tác động ngược lại của xy lanh nên chọn độ dày của Mica là 10mm.
Hình 4. 18 Thiết kế gá xy lanh và cảm biến
40
Hình 4. 20 Thiết kế gá cảm biến
41
Hình 4. 22 Thiết kế gá xy lanh
42
Hình 4. 24 Mơ hình 3D hệ thống
4.5 Thiết kế hệ thống điều khiển
43 Chức năng của từng khối:
− Khối xử lý trung tâm (Arduino, Labview): Nhận dữ liệu từ khối cảm biến, xử
lý tín hiệu và đưa ra hành động cho khối xy lanh
− Khối cảm biến (Camera, cảm biến tiệm cận): Nhận diện mã vạch của hàng hóa
và gửi tín hiệu về cho khối xử lý trung tâm.
− Khối băng tải: Vận chuyển hàng hóa đến vị trí u cầu
− Khối xy lanh (van điện từ, xy lanh, relay): Nhận tín hiệu từ khối cảm biến và
khối xử lý trung tâm và thực thi hành động.
− Khối nguồn: Cung cấp nguồn 5V và 24V cho các khối.
4.6 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
4.6.1 Bộ xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, nút nhấn để xử lý tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành như relay, van điện từ, động cơ…
Labview có nhiệm vụ xử lý hình ảnh được gửi về từ Camera, đọc mã vạch được dán trên hàng hóa, sau đó gửi tín hiệu cho Arduino.
44
Hình 4. 27 Bộ điều khiển Arduino
Arduino có chức năng đọc tín hiệu từ Labview, chuyển nó thành tín hiệu điện truyền cho khối xy lanh để tiến hành phân loại.
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại board Arduino như UNO, Mega,… mỗi loại đều có các ưu nhược điểm riêng.
Đối với để tài, yêu cầu xử lý khơng q phức tạp nên nhóm chọn sử dụng board Arduino UNO.
45
Hình 4. 29 Sơ đồ chân Arduino UNO Bảng 4. 5 Thông số Arduino UNO Bảng 4. 5 Thông số Arduino UNO
Thông số kỹ thuật
Vi điều khiển Atmega328P Điện áp hoạt động 7 – 12 V
Chân I/O digital 14 ( có 6 chân xuất xung PWM) Chân Input analog 6 (A0 – A5)
Kích thước 68.6 x 53.4 mm
4.5.2 Camera quét mã vạch và cảm biến
a) Camera quét mã vạch
Để nhận diện mã barcode nhóm sử dụng camera logitech C270
46
Camera có nhiệm vụ qt hình ảnh trực tiếp của hàng hóa, bao gồm cả mã vạch được dán từ trước, sau đó truyền về cho Labview.
Bảng 4. 6 Thơng số Camera
Thông số kỹ thuật
Độ phân giải HD (1280 x 720 pixels)
Camera 3Mpx (30 FPS)
Góc quay 78 độ
Kết nối USB
b) Cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến vật cản hồng ngoại là một thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại nhờ một máy phát tia hồng ngoại và máy thu. Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt giúp cảm biến có khả năng chống nhiễu tốt với mơi trường xung quanh. [12]
Hình 4. 31 Cảm biến vật cản hồng ngoại
Vì cảm biến thuộc dạng NPN đã được nối điện trở nội 10k lên VCC, nên điện mức cao của chân tín hiệu của cảm biến sẽ bằng với điện áp cấp vào cho cảm biến, và khi nhận thấy vật cản, chân tín hiệu sẽ trả về mức thấp.
47
Hình 4. 32 Cấu tạo cảm biến Bảng 4. 7 Thông số cảm biến Bảng 4. 7 Thông số cảm biến Thơng số kỹ thuật Kích thước đường kính 18 mm Điện áp làm việc 6-36VDC Loại NPN Khoảng cách phát hiện 60-300 mm Điều chỉnh khoảng cách Biến trở
4.5.3 Xy lanh khí nén
Do sản phẩm nhẹ, khơng nặng và dạng hình hộp nên nhóm sử dụng xilanh khí nén MAL16-100 dạng trịn để đẩy sản phẩm (chi tiết tính tốn xem tại phụ lục 1.1)
48 Bảng 4. 8 Thông số xy lanh Thông số kỹ thuật Phương pháp tác động Tác động đơn Đường kính trục ty 16 mm Hành trình 100 mm Độ dày 10 mm Vận tốc tối đa 200 mm/s 4.5.4 Van khí nén
Hệ thống sử dụng tổng cộng 4 xy lanh khí nén có áp suất tối đa 0.7Mpa nên nhóm sử dụng 4 van điện từ khí nén Airtac 4V210-08 sử dụng điện 24V
Hình 4. 34 Van điện từ 5/2
4.5.5 Nguồn cấp cho toàn hệ thống
Các thiết bị trong hệ thống sử dụng nguồn 24VDC và 5VDC để hoạt động, tuy nhiên điện sử dụng là điện lưới 220VAC.
Do động cơ giảm tốc băng tải,van khí nén, đèn tín hiệu sử dụng trong hệ thống đều là 24VDC nên nhóm sử dụng 2 nguồn tổ ong, một nguồn 24VDC 5A cấp cho hệ thống hoạt động, một nguồn 5VDC 10A cấp cho Arduino, hệ thống cảm biến và module Relay.
49 Hình 4. 35 Nguồn tổ ong 24V 5A Bảng 4. 9 Thông số nguồn 24V 5A Thông số kỹ thuật Nguồn cấp 110 - 220VAC Tần số 50-60 (Hz) Nguồn ra 24V Dịng ra 5A Cơng suất 120W
50
Bảng 4. 10 Thông số nguồn 5V 10A
Thông số kỹ thuật Nguồn cấp 110 - 220VAC Tần số 50-60 (Hz) Nguồn ra 5V Dòng ra 10A Công suất 60W
4.5.6 Mạch điều khiển động cơ băng tải
Hệ thống có 2 băng tải hoạt động riêng biệt, yêu cầu động cơ phải được hiệu chỉnh tốc độ khác nhau nên nhóm sử dụng 2 mạch điều khiển động cơ cho 2 băng tải.
Chọn mạch băm xung PWM V6 24VDC 10A.
51
Bảng 4. 11 Thông số mạch điều khiển động cơ
Thông số kỹ thuật
Nguồn cấp 12 – 24VDC
Tần số 13 KHz
Chu kì làm việc PWM 10% - 100%
Cơng suất 400W
Dịng tối đa 10A
4.5.7 Module Relay
Arduino UNO thực hiện đóng ngắt các van điện từ điều khiển xy lanh, tuy nhiên điện áp của van là 24VDC còn điện áp chân Output là 5VDC nên phải lắp Relay trung gian điều khiển tín hiệu.
Relay trung gian nhận tín hiệu từ board Arduino (tín hiệu mức cao thấp tùy chỉnh) đồng thời cũng nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại (tín hiệu mức thấp) nên nhóm chọn dùng module Relay có mức kích hoạt là mức thấp.
Để đảm bảo tính an tồn cho các thiết bị, bảo vệ bộ điều khiển, dễ dàng điều khiển và phân chia nguồn kết nối cho thiết bị, thiết bị khi gặp sự cố có thể cách ly giữa bộ điều khiển và thiết bị, nhóm sử dụng relay làm thiết bị trung gian giữa bộ điều khiển và phần thiết bị hệ thống. Các relay trung gian làm nhiệm vụ nhận tín hiệu đóng/ngắt từ bộ điều khiển. Sau đó tiến hành đóng/ngắt tiếp điểm để cấp điện hoặc ngắt điện cho thiết bị chấp hành. Relay phải đáp ứng nhanh, tiếp điểm chịu được điện áp, dòng lớnChọn Module Relay 2 kênh kích mức thấp 5V.
52
Bảng 4. 12 Thông số module Relay
Thông số kỹ thuật
Nguồn cấp 5VDC
Điện thế đóng ngắt tối đa AC 30-250V Dòng tiêu thụ trên mỗi Relay 80mA
Kích thước 5*5,5*2cm
Trọng lượng 17g
4.5.8 Các thiết bị khác
− MCB tổng
Để có thể tự động cắt điện khi gặp sự cố quá tải, ngắn mạch, cũng như bảo vệ an toàn cho người và thiết bị điện. Nhóm sử dụng MCB làm thiết bị đóng cắt. Với hệ thống này, nhóm sử dụng MCB Vanlock PS45N-C16.
Hình 4. 39 MCB PS45N-C16
− Nút nhấn Start, Emergency, công tắc xoay
Để bật và tắt hệ thống sử dụng hai nút nhấn Start và Stop, khi hệ thống gặp sự cố khẩn cấp, nhóm sử dụng thiết bị LA38/203-209B làm nút bật và tắt hệ thống,
53 Hình 4. 40 Nút nhấn Bảng 4. 13 Thông số nút nhấn Thông số kỹ thuật Điện áp định mức 440V Dòng điện 10A
Chất liệu Nhựa, kim loại Nắp kính đường 22mm 22mm
Nhiệt độ làm việc -5 độ - 50 độ C
Số lượng NC 1
Số lượng NO 1
54
Bảng 4. 14 Thông số nút dừng khẩn cấp
Thông số kỹ thuật
Điện áp định mức 660V
Dòng điện 10A
Chất liệu Nhựa, kim loại Nắp kính đường 22mm 22mm Kích thước 37x30x72 mm 37 x 30 x 72 mm
Số lượng NC 1
Số lượng NO 1
55
Bảng 4. 15 Thông số công tắc xoay
Thông số kỹ thuật
Điện áp định mức 660V
Dòng điện 10A
Chất liệu Nhựa, kim loại Nắp kính đường 22mm 22mm Kích thước 37x30x72 mm 37 x 30 x 72 mm
Số lượng NC 1
Số lượng NO 1
− Đèn báo Start, Stop
Để báo hiệu cho người dùng trạng thái của hệ thống, nhom sử dụng đèn Start, Stop nguồn 24V AD16-22DS
56
4.5.9 Sơ đồ nối dây toàn hệ thống
Hình 4. 44 Sơ đồ nối dây hệ thống điều khiển
57
4.6 Lưu đồ giải thuật
Hình 4. 46 Lưu đồ giải thuật
(Giao diện điều khiển và code hệ thống xem thêm tại phụ lục 2)
Quy trình quét vầ kiểm tra mã vạch của Labview:
− Mỗi sản phẩm trước khi đưa vào hệ thống sẽ được dán 1 mã vạch chứa thông tin của sản phẩm đó. Thơng tin này bao gồm mã sản phẩm và khối lượng kèm theo.
− Labview sau khi quét được mã vạch gồm 13 chữ số của mã vạch sản phẩm sẽ tiến hành tách mã thành 2 thơng tin.
• Mã sản phẩm dùng để phân loại bao gồm 5 chữ số, bắt đầu từ chữ số thứ 2 tính từ phải sang của dãy 13 chữ số của mã vạch. 5 chữ số này sẽ được Labview đối chiếu với 5 chữ số mà ta sẽ nhập vào trên giao diện Labview.
58
• Khối lượng sản phẩm (được làm tròn đến kg) được tích hợp vào chữ số đầu tiên của mã sản phẩm. Labview sẽ tách chữ số này và cộng dồn vào sau mỗi lần sản phẩm cùng mã vạch được phân loại.
Quy trình hoạt động của tồn hệ thống:
− Sau khi đóng cơng tắc xoay, băng tải 1 và 2 chạy, đèn báo chuyển từ đỏ sang xanh, hệ thống sẵn sàng cho việc phân loại.
− Khi nhấn nút Start, xy lanh 1 đẩy sản phẩm đầu tiên vào băng tải 1, cảm biến quang 1 nhận diện sản phẩm và Camera tiến hành quét mã vạch và kiểm tra:
• Nếu sản phẩm đúng loại mã 1, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1, cảm biến quang 2 nhận, xy lanh 2 tiến hành đẩy sản phẩm vào băng tải 2, sản phẩm di chuyến đến khi cảm biến quang 3 nhận và xy lanh 3 đẩy sản phẩm vào máng trược 2, counter đếm số lượng sản phẩm 1 và cộng dồn khối lượng của sản phẩm, đồng thời xy lanh 1 đẩy sản phẩm mới vào lại băng tải 1.
• Nếu sản phẩm đúng loại mã 2, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1, cảm biến quang 2 nhận, xy lanh 2 tiến hành đẩy sản phẩm vào băng tải 2, sản phẩm di chuyến đến khi cảm biến quang 4 nhận và xy lanh 4 đẩy sản phẩm vào máng trược 3, counter đếm số lượng sản phẩm 2 và cộng dồn khối lượng của sản phẩm, đồng thời xy lanh 1 đẩy sản phẩm mới vào lại băng tải 1.
• Nếu sản phẩm đúng loại mã 3, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1, cảm biến quang 2 nhận, xy lanh 2 tiến hành đẩy sản phẩm vào băng tải 2, sản phẩm di chuyến đến cuối băng tải 2 và vào máng trược 4, counter đếm số lượng sản phẩm 3 và cộng dồn khối lượng của sản phẩm, đồng thời xy lanh 1 đẩy sản phẩm mới vào lại băng tải 1.
• Nếu sản phẩm sai mã hoặc không nhận diện được mã vạch, sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 1 và rơi vào máng trược 1, đồng thời xy lanh 1 đẩy sản phẩm mới vào lại băng tải 1.
− Mỗi khi có sản phẩm đúng mã được phân loại, Counter của sản phẩm đó sẽ đếm lên.
− Sản phẩm mới sẽ được phân loại liên tục và tuần tự khi sản phẩm trước đó được phân loại xong.
59
CHƯƠNG 5 THI CÔNG
5.1 Thi cơng cơ khí
5.1.1 Thi cơng máng trượt sản phẩm
Hình 5. 1 Cắt mica theo kích thước đã có
60
5.1.2 Thi cơng băng tải
Hình 5. 3 Băng tải đã lắp hồn thiện
5.2 Lắp đặt hệ thống
− Bộ phận đầu tiên của hệ thống là khung máy và tủ điện điều khiển sẽ được lắp hồn thiện trước. Khung máy có kích thước 70x70x55cm, phần trên được lắp một tấm nhựa Mica có cùng kích thước với bàn dày 5mm.
Hình 5. 4 Lắp khung máy và tủ điện
− Khung máy được lắp bằng nhơm định hình 20x20 và 40x20. Các thanh nhơm được lắp vào nhau bằng các ke góc và ốc lục giác 6mm.
61
− Bước tiếp theo là lắp hệ thống van điện từ khí nén điều khiển xy lanhvào mặt