Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình băng chuyền phân loại hàng hóa tự động ứng dụng mã QR

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong quá trình vận chuyển sản phẩm hay hàng hóa đầu vào hay đầu ra, khâu phân loại đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm phân bổ hàng hóa theo trật tự hay quy tắc của nh

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Trong quá trình vận chuyển sản phẩm hay hàng hóa đầu vào hay đầu ra, khâu phân loại đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm phân bổ hàng hóa theo trật tự hay quy tắc của nhà quản lý đề ra để có thể tối ưu hóa quá trình vận chuyển vào và ra việc tự động điều khiển, giám sát và quản lý hàng hóa và sản phẩm giúp tăng năng suất, độ tin cậy và

dễ quản lý nhằm tăng tính cạnh tranh giữa các doanh nghiệp vận tải nhất là các công ty, doanh nghiệp vận tải số Hiện nay các hoạt động phân loại hàng hóa còn thực hiện bằng phương pháp thủ công hay sử dụng trang thiết bị nhập ngoại có giá thành và chi phí vận hành cao Do đó vấn đề tiếp cận, thiết kế và tự làm chủ hệ thống điều khiển và giám sát quá trình phân loại hàng hóa là cần thiết và mang tính thực tiễn cao.Nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp vận tải và dịch vụ vận tải, đề tài đã đề xuất xây dựng mô hình có khả năng phân loại sản phẩm tối ưu hóa quá trình vận chuyển hàng hóa ra vào nhà máy, kho bãi hay phương tiện

Ngày nay việc giám sát , phân loại và quản lý sản phẩm xuất nhập kho bãi hay nhà máy hiện nay đều cần phải có một phương pháp thống nhất và hiệu quả giúp tối ưu hóa quá trình phân loại hàng hóa và tăng độ chính xác và tin cậy cao nhất ngay cả khi di chuyển từ địa điểm này sang địa điểm khác đồng thời có thể hạn chế việc phụ thuộc vào hình dạng cũng như chất liệu hay thời hạn của hàng hóa Từ những yêu cầu trên, mã vạch

ra đời là một hình thức lưu trữ thông tin hàng hóa hay sản phẩm theo quy tắc của nhà sản xuất Qua quá trình phát triển và thay đổi mã QR là một loại mã đang ngày càng phổ biến

và thay thế cho các hình thức mã vạch truyền thống và xuất hiện cả bên ngoài hoạt động sản xuất Trên cơ sở đó tác giả xin chọn đề tài : “ Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình băng chuyền phân loại hàng hóa tự động ứng dụng mã QR”

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT ĐỀ TÀI v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

1.2 Khả năng ứng dụng vào thực tế và lý do chọn đề tài: 1

1.3 Mục tiêu đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp: 3

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 4

2.1 Tổng quan về điều khiển 4

2.1.1 Khối vào: 5

2.1.2 Bộ nhớ (Memory): 5

2.1.3 Khối xử lý – điều khiển: 6

2.1.4 Khối ra: 6

2.2 Điều khiển nối cứng 6

2.3 Điều khiển lập trình 7

2.3.1 Thiết bị điều khiển khả trình 7

2.3.2 Vi điều khiển 11

2.4 Vi điều khiển Arduino 13

2.4.1 Arduino UNO R3 14

2.4.2 Arduino Atmega 2560 16

2.5 So sánh các phương pháp điều khiển 19

2.5.1 So sánh điều khiển lập trình với điều khiển nối cứng 19

2.5.2 So sánh điều khiển dùng vi điều khiển với PLC 19

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 20

3.1 Các hình thức phân loại hàng hóa trong công nghiệp: 20

3.2 Các yêu cầu và phương án thiết kế hệ thống: 20

3.3 Trình tự công việc tiến hành: 22

3.4 Tổng quan về nguyên lý hoạt động: 22

3.5 Các loại mã vạch hay dùng: 23

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 26

4.1 Phần cơ khí 26

4.1.1 Thiết kế về băng tải 27

4.1.2 Tính toán chọn động cơ băng chuyền: 30

4.1.3 Tính toán trục: 31

4.2 Phần điện điện tử: 36

4.2.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển 36

4.2.2 Lựa chọn cảm biến: 36

4.2.3 Chọn xi lanh phân loại hàng hóa: 38

4.3 Sơ đồ mạch điện: 39

4.4 Thiết kế chương trình 44

4.4.1 Chương trình chính 44

4.4.2 Chương trình setup 45

4.4.3 Chương trình loop: 48

4.4.4 Nạp trương trình cho Arduino bằng phần mêm Arduino IDE 48

4.5 Thiết kế giao diện hệ thống: 52

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 55

5.1 Thi công và đặt mã QR 55

5.2 Thực nghiệm: 57

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 59

6.1 Kết luận 59

6.2 Giới hạn của đề tài: 59

6.3 Hướng phát triển đề tài: 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 62

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

QR : Quick Response

DC : Direct Current motors

IDE : Integrated Development Environment

USB : Universal Serial Bus

PLC : Programmable Logic Controller

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của thiết bị điều khiển lập trình 4

Hình 2.2: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle 7

Hình 2.3: PLC Siemens S7-1200 8

Hình 2.4: Lưu đồ điều khiển bằng PLC 8

Hình 2.5: Bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 15

Hình 2.6: Bo mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560 17

Hình 3.1: Hệ thống phân loại hàng hóa một băng chuyền 21

Hình 3.2: Hệ thống phân loại hàng hóa nhiều băng chuyền 21

Hình 3.3:Sơ đồ hệ thống phân loại sử dụng mã QR 22

Hình 3.4:Mã vạch một chiều 23

Hình 3.5: Mã vạch hai chiều 23

Hình 3.6: Mã QR 24

Hình 3.7: Module quét mã vạch MH-ET LIVE Scanner v3.0 25

Hình 4.1:Hình ảnh kích thước hàng hóa mẫu 27

Hình 4.2: Khung băng tải Nhôm định hình 28

Hình 4.3: Mạch điều khiển động cơ DC L298N 29

Hình 4.4: Sơ đồ phân bố lực 31

Hình 4.5: Biểu đồ nội lực trên trục 33

Hình 4.6: Bản vẽ băng chuyền 34

Hình 4.7: Bản vẽ chân đế băng chuyền 35

Hình 4.8: Cảm biến hồng ngoại 38

Hình 4.9: Xi lanh điện 12V 39

Hình 4.10: Sơ đồ mạch khởi động và đèn báo 40

Hình 4.11: Sơ đồ các chân ngõ vào ra và tín hiệu của Arduino 41

Hình 4.12:Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển 42

Hình 4.13: Sơ đồ khối hệ thống phân loại hàng hóa ứng dụng mã QR 43

Hình 4.14: Sơ đồ bố trí thiết bị trong tủ điện 44

Hình 4.18: Giao diện của Arduino IDE 48

Hình 4.19: Hình ảnh kết nối Arduino vào máy tính bằng cáp USB 49

Hình 4.20: Khai báo chủng loại Arduino cho IDE 49

Hình 4.21: Khai báo cổng USB kết nối giữa Arduino với máy tính 50

Hình 4.22: Kết nối không thành công 51

Hình 4.23: Dữ liệu đã được tải xuống Arduino thành công 52

Hình 4.24: Giao diện điều khiển trên máy tính 53

Hình 4.25: Lưu đồ giao diện chương trình 54

Hình 5.1: Hình mã QR code 55

Hình 5.2: Hình ảnh mô hình băng chuyền 56

Hình 5.3: Hình ảnh nút điều khiển và đèn báo ngoài tủ điện 56

Hình 5.4: Hình ảnh hệ thống điện trong tủ điện 56

Hình 5.5: Động cơ DC JGB37-520 12V 57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các đối tượng đầu vào 5

Bảng 2.2: Các đối tượng đầu ra 6

Bảng 2.3: Bảng thông số cơ bản của Arduino UNO R3 DIP 16

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của bo mạch vi điều khiển Arduino Atmega 2560 18

Bảng 4.1: Bảng thông số cơ bản của mạch điều khiển động cơ DC L298N 29

Bảng 4.2: Số thiết bị ngoại vi của mô hình 36

Bảng 4.3: Bảng thông số xilanh 12VDC 39

Bảng 5.1: Bảng lỗi phát sinh và cách khắc phục trong quá trình thực nghiệm 58

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong quá trình vận chuyển sản phẩm hay hàng hóa đầu vào hay đầu ra, khâu phân loại đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm phân bổ hàng hóa theo trật tự hay quy tắc của nhà quản lý đề ra để có thể tối ưu hóa quá trình vận chuyển vào và ra

Tự động điều khiển, giám sát và quản lý hàng hóa và sản phẩm trong ngành công nghiệp nói chung và ngành vận tải dịch vụ nói riêng là một trong các giai đoạn hàng đầu nhằm tăng khả năng cạnh tranh cũng như hiệu quả và chất lượng của các doanh nghiệp vận tải nhất là các công ty, doanh nghiệp vận tải số

Trong các kho bãi của các công ty, doanh nghiệp dịch vụ vận tải, luôn luôn có một lượng lớn hàng hóa vào và ra liên tục vì vậy cần một hệ thống phân loại hàng hóa nhanh chóng và hiệu quả

Hiện nay các hoạt động phân loại hàng hóa còn thực hiện bằng phương pháp thủ công hay sử dụng trang thiết bị nhập ngoại có giá thành và chi phí vận hành cao`Do đó vấn đề tiếp cận, thiết kế và tự làm chủ hệ thống điều khiển và giám sát quá trình phân loại hàng hóa là cần thiết và mang tính thực tiễn cao

1.2 Khả năng ứng dụng vào thực tế và lý do chọn đề tài:

Tự động hóa là quá trình cho phép giảm sức lao động của con người và tăng năng suất lao động qua đó giúp giảm chi phí sản xuất và tăng chất lượng sản phẩm Trong mọi thời đại, vấn đề giá thành luôn là một vấn đề được quan tâm bậc nhất, các nhà sản suất luôn cạnh tranh về giá nên khi giá thành sản suất giảm sẽ giúp giá bán giảm theo

mà vẫn giữ được lợi nhuận từ đó tăng tính cạnh tranh Chính vì vậy con người luôn tìm tối ưu quá trình sản suất, từ đó ngành tự động hóa ra đời Từ lâu con người đã nhận ra khả năng lao động của máy móc, không chỉ giải phóng sức người mà còn đảm bảo tính

ổn định, liền mạch của quá trình sản suất giúp tăng tính đồng bộ về độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm Vì vậy tự động hóa không những giúp giảm bớt lao động cho con người mà còn tăng chất lượng và năng suất lao động

Quy trình tự động hóa còn giúp việc quản lý trở nên dễ dàng và hiệu quả vì nó giúp hạn chế tác động và sai sót của con người đến mức tối đa Ngoài ra nó còn thay đổi điều kiện làm việc của công nhân khi có thể giải quyết các công việc nhàm chán lặp đi lặp lại hay các công việc trong môi trường độc hại

Trong thời buổi hiện nay, các loại sản phẩm cũng như hàng hóa có thể từ nhà sản suất đến tay nhà phân phối hay người tiêu dùng chủ yếu là do hoạt động vận tải Chính

vì vậy ngành dịch vụ vận tải hàng hóa luôn tìm cách để có thể vận chuyển hàng hóa sản phẩm nhanh, an toàn và chính xác nhất Do vậy cần có một quy trình nhanh chóng cho các hàng hóa và sản phẩm có thể nhanh chóng ra vào kho bãi Cho nên tự động hóa quy trình phân loại hàng hóa là việc làm cấp thiết

Phân loại hàng hóa là một phần trong nền công nghiệp tự động hóa ngày nay Nhu cầu phân loại hàng hóa ngày càng lớn , yêu cầu máy móc thay thế cho sức người

và đẩy mạnh phát triển kinh tế đất nước Và đề tài này có nhiều ứng dụng trong thực tế như đã trình bày như trên

Do đó, nhu cầu về một hệ thống phân loại hàng hóa nhanh, chính xác, hiệu quả

và đáp ứng nhu cầu làm việc liên tục, kéo dài có tính thống nhất và quy ước chặt chẽ nhưng vẫn đảm bảo tính đa dạng và đơn giản là thực sự cần thiết Từ các yêu cầu trên

mã vạch là hình thức xác nhận thông tin hiệu quả và chính xác nhất

Mã vạch đã và đang được dùng phổ biến trong việc phân loại sản phẩm hàng hóa trên khắp thế giới và đang ngày càng phát triển Việc sử dụng mã vạch không chỉ giúp cho việc quản lý dễ dàng hơn mà còn đảm bảo cho việc tự động hóa quá trình phân loại khi có thể giúp hệ thống nhận diện chính xác nhất thông tin cơ bản của hàng hóa với một thời gian ngắn nhất Dựa vào tính chất trên tác giả đã chọn làm đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình băng chuyền phân loại hàng hóa tự động ứng dụng mã QR”

1.3 Mục tiêu đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình phân loại hàng hóa ứng dụng mã QR phân loại nhiều hàng hóa

Sinh viên thiết kế thi công mô hình băng tải nhỏ, phân loại hàng hóa dạng thùng dung mà QR

Trong đề tài này sinh viên nghiên cứu một phần của băng chuyền phân loại sản phẩm trong kho hàng trên mô hình phân loại hàng hóa có trong thực tế

Đề tài chỉ dừng lại ở việc tính toán và thiết kế dựa trên mô hình và chế tạo mô hình phân loại hàng hóa bằng mã QR

Cơ sở phương pháp luận:

- Tìm hiểu các loại máy phân loại hàng hóa bằng mã QR trong thực tế

- Tiến hành đánh giá ưu nhược điểm của từng loại và lựa chọn

- Tính toán thiết kế và chế tạo mô hình

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:

Nghiên cứu các tài liệu, sách báo và giáo trình liên quan, tài liệu chuyên ngành

về tính toán cũng như điều khiển, lập trình trên các trang web và các diễn đàn trên mạng Internet Gồm các phương pháp sau:

Tìm hiểu và tham khảo các hàng hóa sẵn có trên thị trường để thiết kế mô hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ điện điện tử có sẵn vào điều khiển hệ thống

Áp dụng kiến thức cơ sở ngành như: Bộ truyền động nguyên lý chi tiết máy, cơ

lý thuyết, vào việc tính toán thực tế Ngoài ra còn tìm hiểu kiến thức về các thiết bị như : đông cơ DC , mach cầu H,

Vận dụng kiến thức liên ngành nhữ kỹ thuật điện điện tử, vi điều khiển để thiết

kế mô phỏng mạch điều khiển

Chế tạo và lắp đặt hệ thống điện điều khiển cho toàn hệ thống mô hình phân loại hàng hóa bằng mã QR

1.4 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp:

Đề tài thực hiện gồm các nội dung chính nhứ sau:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 2.1 Tổng quan về điều khiển

Trong quá trình sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu đó, với mục tiêu tăng năng suất lao động bằng con đường tăng mức độ tự động hóa các quá trình và thiết

bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm

Tự động hóa trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của người vận hành Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã được xác định nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy móc và thiết bị sản xuất Một hệ thống như vậy được gọi

là hệ thống điều khiển

Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

- Điều khiển nối cứng

- Điều khiển logic khả trình (PLC)

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần:

- Khối vào/ Khối ra

- Khối xử lý – điều khiển

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của thiết bị điều khiển lập trình

2.1.1 Khối vào:

Còn được gọi là giao tiếp ngõ vào có nhiệm vụ biến đổi các đại lượng vật lý đầu vào ( từ các tiếp điểm của cảm biến, hay các nút nhấn, điện trở đo sức căng….) thành các mức tín hiệu số ON/OFF (digital) hay tín hiệu liên tục (analog) tùy theo

bộ chuyển đổi ngõ vào và cấp vào cho khối xử lý trung tâm (CPU)

Bảng 2.1: Các đối tượng đầu vào

Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra

Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/vị trí Điện áp nhị phân

(ON/OFF) Công tắc hành trình (Limit

(Thermocouple)

Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi

Tế bào quang điện (Photo cell) Ánh sáng Điện áp thay đổi

2.1.3 Khối xử lý – điều khiển:

Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động Từ thông tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đưa kết quả xuất hoặc điều khiển cho phần giao diện đầu ra (Output) như: cuộn dây, mô tơ… Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo 2 cách:

- Dùng mạch điện nối kết cứng

- Dùng chương trình điều khiển

2.1.4 Khối ra:

Còn được gọi là phần giao diện đầu ra Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử

lý của hệ thống điều khiển Lúc này tín hiệu ngõ vào được biến đổi thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như: đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số- tương tự…

Bảng 2.2: Các đối tượng đầu ra

Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động

Xy lanh- Piston Chuyển động thẳng/áp lực Dầu ép/ khí ép

Solenoid Chuyển động thẳng/áp lực Điện

Van Tiết diện cửa van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép

vật lý có giới hạn

Điện

2.2 Điều khiển nối cứng

Trong các bộ điều khiển nối cứng, các thành phần chuyển mạch như các rơle, cotactor, các công tắc, đèn báo, động cơ, được nối cố định với nhau Toàn bộ

chức năng điều khiển, cách tiến hành chương trình được xác định qua cách thức nối các rơle, công tắc… với nhau theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại hệ thống thì phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên đối với hệ thống phức tạp thì việc làm này đòi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu quả đem lại không cao

Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng rơle ( Hình 2.1 )

Xác định nhiệm vụ điều khiển

Sơ đồ mạch điệnChọn phần tử mạch điệnDây nối liên kết các phần tửKiểm tra chức năng

Hình 2.2: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle

2.3 Điều khiển lập trình

2.3.1 Thiết bị điều khiển khả trình

Trong công nghiệp nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu:

+ Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ

+ Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu

+ Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa

+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

Hệ thống điều khiển dễ dàng đáp ứng được các yêu cầu trên phải sử dụng bộ

vi xử lý, bộ điều khiển lập trình, điều khiển qua các cổng giao tiếp với máy tính

Tiêu biểu là bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programable Logic Controller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển

thông qua các ngôn ngữ lập trình Với chương trình điều khiển của PLC đã tạo cho

nó trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, số liệu và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh

Hình 2.3: PLC Siemens S7-1200 Các chương trình điều khiển được định nghĩa là tuần tự trong đó các tiếp điểm, cảm biến được sử dụng để từ đó kết hợp với các hàm logic, các thuật toán và các giá trị xuất của nó để điều khiển tác động hoặc không tác động đến các cuộn dây điều hành Trong quá trình hoạt động, toàn bộ chương trình được lưu vào bộ nhớ

và tiến hành truy xuất trong quá trình làm việc

Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC (hình 2.2)

Xác định nhiệm vụ điều khiểnThiết kế thuật giảiSoạn thảo chương trìnhKiểm tra chức năng

Hình 2.4: Lưu đồ điều khiển bằng PLC

Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển đối với hệ thống điều khiển bằng PLC

Để có thể thực thi một chương trình điều khiển, PLC được trang bị tính năng như một máy vi tính, trong đó có một bộ xử lý trung tâm, một hệ điều hành, một bộ nhớ lưu chương trình, dữ liệu và có cổng ra, vào để kết nối với thiết bị ngoại vi hay

để trao đổi thông tin với một thiết bị khác Ngoài ra PLC còn tích hợp các bộ đếm,

bộ định thời gian,

Bộ nhớ PLC bao gồm:

Vùng chứa chương trình ứng dụng chia làm ba miền:

- OB1: Khối tổ chức chính, mặc định, thực thi vòng lặp

- Function: Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó, được phân biết bởi các số nguyện

- Interup: Miền chứa chương trình ngắt được tổ chức thành hàm và có thể trao đổi dữ liệu với bất cứ hàm nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

Vùng chứa tham số hệ điều hành chia làm 5 miền khác nhau:

- Process image input hay còn kí hiệu là I là miền bộ đệm dữ liệu ngõ vào số Trước khi thực hiện trương trình , PLC sẽ đọc tất cả giá trị logic của cổng vào rồi cất giữ vào I Khi chạy chương trình PLC sẽ sử dụng các giá trị này trong vùng I mà không dùng trực tiếp từ ngõ vào

số

- Process image output hay có kí hiệu là Q là miền bộ đệm dữ liệu ngõ

ra số Khi kết thúc trương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các ngõ ra số

- Memory là miền các biến cờ, vùng nhớ này không mất sau mỗi chu kì quét nên được dùng để lưu các tham số cần thiết

- Timer: miền nhớ phục vụ bộ thời gian bao gồm việc lưu trữ các giá trị đặt trước , các giá trị tức thời cũng như giá trị logic đầu ra của Timer

- Couter là miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ các giá trị đặt trước , các giá trị tức thời cũng như giá trị logic đầu ra của Couter Vùng chứa các khối dữ liệu bao gồm:

- Data block là miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước hay số lượng khối do người dùng quy định Vùng này bao gồm vùng nhớ biến, thanh ghi ảnh nhập, thanh ghi ảnh xuất, những bit nhớ nội và bit đặc biệt

- Local data block là miền dữ liệu địa phương, được các khối trương trình tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối đã gọi nó Toan bộ vùng dữ liệu sẽ

bị xoa khi dùng xong

Các đối tượng dữ liệu: là các ô nhớ liên quan tới thiế bị Các đối tượng dữ liệu bao gồm : Timer, couter, giá trị analog, các thanh ghi lũy và bộ đếm tốc độ cao Truy cập vào các đối tượng dữ liệu bị giới hạn hơn là vùng nhớ dữ liệu Vòng quét chương trình của PLC:

PLC thực hiện các công việc theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét Mỗi vòng quet được bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ vùng bộ đệm ảo rồi thực hiện các lệnh trong khối tổ chức Sau đó là giai đoạn chuyển nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra số Cuối cùng kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông và kiểm tra trạng thái bộ nhớ trung tâm

Thời gian PLC thực hiện vòng quét là thời gian quét Thời gian quét không

cố định và không phải thời gian mỗi vòng quét là như nhau phụ thuộc vào việc bao nhiêu trương trình được thực hiện và khối lượng dữ liệu truyền thông Cho nên việc

xử lý dữ liệu và gửi thông tin điều khiển tới đối tượng có thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Thời gian vòng quét càng ngắn thì tính thời gian thực hay thời gian phản ứng của trương trình càng cao

Chuỗi công việc trong chu kỳ quét phụ thuộc vào chế độ của bộ xử lý trung tâm bao gồm hai chế độ Run và Stop Run thì trương trình được thực thi, Stop trương trình không được thực thi

Nếu dùng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt thì chương trình của khối đó sẽ thực thi trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi vòng quét chứ không gò ép chỉ trong đoạn thực hiện trương trình

Ưu nhược điểm của PLC:

Ưu điểm:

- Thiết kế bền chắc thích hợp với điều kiện làm việc trong môi trường công nghiệp

- Có khả năng xử lý tín hiệu logic khác nhau 24VDC-240VDC cùng một lúc

- Có thể tăng thêm số đầu ra cơ bản

- Lập trình và thay đổi chương trình đơn giản

- Khả năng giám sát dây chuyền sản xuất và có khả năng phát hiện lỗi thiết bị

từ máy tính điều khiển

- Hoạt động theo thời gian thực

và nhiều chức năng hơn Các thiết bị điện tử ngày càng nhiều chức năng trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có mặt khắp mọi nơi

Bước đột phá mới trong công nghệ điện tử, công ty trẻ tuổi Intel cho ra đời bộ

vi xử lý đầu tiên Đột phá ở chỗ: "Đó là một kết cấu logic mà có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài chứ không phát triển theo hướng tạo một cấu trúc phần cứng chỉ thực hiện theo một số chức năng nhất định như trước đây Tức là phần cứng chỉ đóng vai trò thứ yếu, phần mềm (chương trình) đóng vai trò chủ đạo đối với các chức năng cần thực hiện Nhờ vậy vi xử lý có sự mềm dẻo hóa trong các chức năng của mình Ngày nay vi xử lý có tốc độ tính toán rất cao và khả năng xử lý rất lớn

Vi xử lý có các khối chức năng cần thiết để lấy dữ liệu, xử lý dữ liệu và xuất dữ liệu ra ngoài sau khi đã xử lý Và chức năng chính của Vi xử lý chính là xử lý dữ liệu, chẳng hạn như cộng, trừ, nhân, chia, so sánh Vi xử lý không có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị ngoại vi, nó chỉ có khả năng nhận và xử lý dữ liệu mà thôi

Để vi xử lý hoạt động cần có chương trình kèm theo, các chương trình này điều khiển các mạch logic và từ đó vi xử lý xử lý các dữ liệu cần thiết theo yêu cầu

Chương trình là tập hợp các lệnh để xử lý dữ liệu thực hiện từng lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm: nhận lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh và thực hiện lệnh sau khi đã giải mã

Để thực hiện các công việc với các thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự trên màn hình đòi hỏi phải kết hợp vi xử lý với các mạch điện giao tiếp với bên ngoài được gọi là các thiết bị I/O (nhập/xuất) hay còn gọi là các thiết bị ngoại vi Bản thân các vi xử lý khi đứng một mình không có nhiều hiệu quả sử dụng, nhưng khi là một phần của một máy tính, thì hiệu quả ứng dụng của Vi xử lý là rất lớn Vi xử lý kết hợp với các thiết bị khác được sử trong các hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý một lượng lớn các phép tính phức tạp, có tốc độ nhanh Chẳng hạn như các hệ thống sản xuất tự động trong công nghiệp, các tổng đài điện thoại, hoặc ở các robot có khả năng hoạt động phức tạp

Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán, xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi

vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và điều khiển trở lại, các khối này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được công việc Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi Hệ thống được tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian,

mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ

Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một

số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là

Microcontroller-Vi điều khiển Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của

vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết

bị bên ngoài Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị giới hạn) Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản,

do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp

Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot

có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô

Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48 Độ phức tạp, kích thước và khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này Sau đó rất nhiều họ Vi điều khiển của nhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị trường với tính năng được cải tiến ngày càng mạnh

Vi điều khiển có rất nhiều loại, tuy nhiên có thể phân loại thành những dòng chính dựa vào nhà sản như: Atmel, MicroChip, Samsung, Texas Instruments,

IDCREC, … Ngoài ra vi điều khiển còn có thể phân loại theo dòng sản phẩm bo mạch tích hợp sẵn như: Arduino UNO, Arduino Atmega 2560, STM32F401, STM32F407…

2.4 Vi điều khiển Arduino

Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

2.4.1 Arduino UNO R3

Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi

Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P

Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với các mạch điện tử, thiết bị bên ngoài Trong đó có 14 cổng I / O, 6 chân đầu ra xung PWM cho phép các nhà thiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách trực quan hình 2.3

Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC hoặc Linux

Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sử dụng Các ngôn ngữ lập trình như C

và C ++ được sử dụng trong IDE

Hình 2.5: Bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 Ngoài USB, người dùng có thể dùng nguồn điện ngoài để cấp nguồn cho bo mạch Các bo mạch Arduino Uno khá giống với các bo mạch khác trong các loại

Arduino về mặt sử dụng và chức năng, tuy nhiên các bo mạch Uno không đi kèm với chip điều khiển FTDI USB to Serial

Có rất nhiều phiên bản bo mạch Uno, tuy nhiên, Arduino Nano V3 và Arduino Uno là những phiên bản chính thức nhất đi kèm với vi điều khiển Atmega 328 8 bit AVR Atmel trong đó bộ nhớ RAM là 32KB

Khi tính chất và chức năng của nhiệm vụ trở nên phức tạp, thẻ nhớ SD Mirco

có thể được kết nối thêm vào Arduino để lưu trữ được nhiều thông tin hơn

Ưu điểm : Gọn nhẹ, giá thành rẻ, tính phổ biến cao dễ thay thế, ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ nắm bắt, thư viện mã nguồn phong phú, dễ ứng dụng vào nhiều lĩnh vực

Bảng 2.3: Bảng thông số cơ bản của Arduino UNO R3 DIP

Số chân Analog 6 chân (độ phân giải 10 bit)

2.4.2 Arduino Atmega 2560

Hình 2.6: Bo mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 là board mạch vi điều khiển dựa trên chip xử lý Atmega

2560 được mở rộng thêm bộ nhớ và các chân I/O so với các bo mạch khác Bo mạch vi điều khiển này có 54 chân I/O digital và 16 chân analog được tích hợp trên bo mạch giúp thiết bị này trở nên riêng biệt và nổi bật so với các thiết bị khác Ngoài ra, trong

đó có 15 chân được sử dụng cho xuất xung PWM Bảng 2.2 trình bày các thông số cơ bản của Arduino Atmega 2560

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của bo mạch vi điều khiển Arduino Atmega 2560

Arduino Mega2560 có hai mức điện áp là 5V và 3.3V cung cấp sự linh hoạt để điều chỉnh điện áp theo yêu cầu so với Arduino Pro Mini chỉ đi kèm với một bộ điều chỉnh điện áp

So sánh với Arduino Uno thì Arduino Mega không có nhiều sự khác biệt giữa Arduino Uno và Arduino Mega ngoại trừ Arduino Mega được mở rộng bộ nhớ và các chân I/O nhiều hơn, kích thước lớn hơn

2.5 So sánh các phương pháp điều khiển

2.5.1 So sánh điều khiển lập trình với điều khiển nối cứng

Việc phát triển hệ thống điều khiển khả trình đã dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng rơle trong các quá trình sản xuất Hệ thống điều khiển bằng lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng rơle do các nguyên nhân sau:

- Thay đổi chương trình điều khiển một cách linh động

- Có độ tin cậy cao

- Không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích

- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp

- Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất

2.5.2 So sánh điều khiển dùng vi điều khiển với PLC

Tuy cả hai cùng có thể điều khiển linh hoạt, có thể lập trình thay đổi qui trình điều khiển theo yêu cầu Trong đó PLC được đánh giá khả năng điều khiển vượt trội hơn vi điều khiển, tuy nhiên trong một số ứng dụng nhỏ vi điều khiển lại có ưu điểm hơn:

- Điều khiển linh hoạt trong các kết nối giao tiếp số

- Giá thành thấp phù hợp với ứng dụng nhỏ

- Nhỏ gọn hơn PLC

- Điện áp sử dụng thấp, ít tiêu hao năng lượng

=>Dựa vào các yếu tố trên tác giả sẽ sử dụng Arduino UNO R3 cho hệ thống điều khiển của Arduino

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

THIẾT KẾ

3.1 Các hình thức phân loại hàng hóa trong công nghiệp:

Hoạt động phân loại thủ công: Khi phân loại hàng hóa người công nhân sử dụng mắt hay máy quét để phân loại hướng di chuyển của hàng hóa Công việc này tuy đơn giản nhưng quá trình làm lâu dài lặp đi lặp lại dễ dẫn tới sai sót

Hoạt động phân loại bán tự động:Khi phân loại hàng hóa chia làm nhiều công đoạn xen kẽ giữa người và máy tự động giúp giảm sai sót và sức lao động Tuy nhiên chưa hoàn toàn giải phóng sức lao động và vẫn cần sự can thiệp của con người

Hoạt động phân loại tự động: Khi hàng hóa trước khi đi vào hay đi ra kho bãi sẽ được đưa lên băng chuyền, hệ thống băng chuyền sẽ đưa hàng hóa qua máy quét để xác định hàng hóa Sau đó dựa vào mã nhận biết để chuyển sản phẩm hay hàng hóa vào vị trí đã được quy định từ trước Sau đó hàng hóa sẽ được xuất nhập kho hàng theo yêu cầu của người quản lý

3.2 Các yêu cầu và phương án thiết kế hệ thống:

Các chuyển động chính:

- Chuyển động băng chuyền để mang hàng hóa đi phân loại

- Chuyển động của của xi lanh điện để chuyển hàng hóa ra khỏi băng chuyền vào

vị trí quy định

Khi xây dựng các phương án thiết kế cần đảm bảo các điều kiện sau:

- Hệ thống đơn giản, dễ vận hành, độ tin cậy cao

- Công nhân vận hành an toàn, thoải mái, dễ thao tác

- Hệ thống đảm bảo tính ổn định, an toàn và tính thiết kế

Các phương án thiết kế:

Phương án 1: Sử dụng một băng chuyền để đưa hàng hóa vào máy quét để xác định hàng hóa, sau đó tiếp tục chuyển hàng hóa tới vị trí phân loại Tại vị trí phân loại hàng hóa sẽ được cần gạt của xi lanh điện đẩy ra vị trí nhận hàng số một hay bỏ qua để tiếp tục di chuyển tới vị trí nhận hàng số 2 dựa theo thông tin hàng hóa nhận được

- Ưu điểm: Vận chuyển nhanh nguyên lý hoạt động đơn giản dễ lắp đặt, giá thành rẻ

- Nhược điểm: Băng tải ngắn nên số lượng vị trí nhận hàng ít, thiếu tính linh hoạt đa dạng

Hình 3.1: Hệ thống phân loại hàng hóa một băng chuyền Phương án 2: Sử dụng nhiều băng chuyền đặt liên tiếp với nhau trong đó có một băng tải để chuyển hàng hóa vào vị trí quét mã vạch các băng chuyền còn lại có nhiệm

vụ chuyển hàng hóa đến vị trí phân loại sau đó được hệ thống tay gạt phân chia vào vị trí chỉ định dựa theo thông tin hàng hóa nhận được

- Ưu điểm: Tính linh hoạt cao có nhiều vị trí để phân loại hàng hóa

- Nhược điểm: Sử dụng nhiều băng chuyền và cảm biến cùng cần gạt phân loại hơn nên chi phí hơn yêu cầu điều khiển phức tạp hơn

Hình 3.2: Hệ thống phân loại hàng hóa nhiều băng chuyền

=>Dựa vào các phân tích như trên tác giả chọn phương án 1 để tiến hành chế tạo

3.3 Trình tự công việc tiến hành:

Việc tiến hành đồ án được thực hiện với các bước sau:

- Lên ý tưởng nội dung và giới hạn của đồ án thực hiện

- Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn về tính khả thi và ứng dụng của đồ

án

- Quyết định đề tài thực hiện

- Thực hiện tính toán cơ khí và phần mềm lập trình

- Thực hiện chế tạo phần cơ khí

- Lắp dây điện trên toàn bộ mô hình

- Lập trình điều khiển

- Hoàn thiện mô hình

- Hoàn thiện luận văn đồ án

3.4 Tổng quan về nguyên lý hoạt động:

Sau khi đặt hàng hóa lên băng chuyền, hàng hóa sẽ được đưa tới vị trí quét mã vạch, máy quét sẽ đọc mã trên hàng hóa sau đó sẽ đưa thông tin tới Arduino để xử lý Arduino se xuất tín hiệu đầu ra điều khiển các cơ cấu như băng tải, cần gạt

Hình 3.3:Sơ đồ hệ thống phân loại sử dụng mã QR

Do tính linh hoạt của, hệ thống có thể áp dụng cho nhiều loại hàng hóa khác nhau

Do thông tin hàng hóa là do lấy từ mã QR hay mã vạch nên không phụ thuộc vào hình dạng và kích thước hàng hóa để phân loại nên việc xử lý thông tin nhanh hơn và chính xác hơn

Điều khiển băng tải,tay gạt

Cảm biến hồng ngoại đầu ra/ vào

Vị trí hàng

hóa

3.5 Các loại mã vạch hay dùng:

Mã vạch một chiều ( One-Dimensional) hay còn gọi là mã vạch tuyến tính là loại

mã vạch đại diện cho dữ liệu bằng cách thay đổi độ rộng, và khoảng cách của các đường song song

Hình 3.4:Mã vạch một chiều

- Ưu điểm: quy tắc đơn giản dễ lập trình, độ phổ biến và tính thẩm mỹ cao có thể

sử dụng với bất kì loại đầu đọc mã vạch trên thị trường

- Khuyết điểm: là loại mã vạch thời kì đầu nên kích thước và diện tích sẽ trở nên quá lớn khi chứa nhiều thông tin dự liệu hơn Khó có thể sử dụng khi xuất hiện trầy xước hay hư hại trên mã vạch

- Ứng dụng: Sử dụng trên bao bì nhãn dán sản phẩm, trong phân loại hành lý đóng gói, trên thư gửi , vé xe, vé tàu lửa,vé máy bay

Mã vạch hai chiều (Two-Dimension) là loại mã vạch đại diện cho dữ liệu bằng cách sử dụng biểu tượng hai chiều và hình dạng Chúng có thể chứa nhiều dữ liệu hơn

so với mã vạch một chiều trên cùng một đơn vị diện tích

Hình 3.5: Mã vạch hai chiều

- Ưu điểm: Kích thước nhỏ, gọn chứa nhiều thông tin dữ liệu hơn nhiều so vối mã vạch một chiều Có thể sử dụng được ngay cả khi bị hỏng hóc hay trầy xước ở một mức độ nhất định

- Khuyết điểm : Phải có máy đọc mã hai chiều và quy tắc phức tạp hơn mã một chiều

=>Dựa theo tính chất của từng loại mã vạch trên tác giả sử dụng mã vạch hai chiều để làm mã lưu dữ liệu hàng hóa Trong các loại mã hai chiều tác giả sẽ sử dụng mã QR một loại mã hai chiều phổ biến nhất hiện nay trong vận chuyển hàng hóa và sản phẩm

Mã QR là một dạng của mã vạch hai chiều trong đó QR là viết tắt của Response nghĩa là đáp ứng nhanh Là loại mã phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong việc theo dõi thông tin hàng hóa, sản phẩm hay được dùng cho mục đích tiếp thị trên trang Web, tạp chí, sách báo Mã QR miễn phí sử dụng, linh hoạt về kích thước, có khả năng chịu lỗi cao, khả năng đọc và giải mã nhanh có thể đọc bằng máy quét laser hay điện thoại thông minh

Quick-Hình 3.6: Mã QR

Ưu điểm: độ chính xác cao, đảm bảo dữ liệu mã hóa ngay cả khi bị hư hỏng trầy xước ở một mức độ nhất định, quy tắc mã hóa đơn giản, tốc độ giải mã nhanh độ tin cậy cao

Ứng dụng: trên máy bán hàng, trang web trực tuyến, giấy báo quảng cáo, trên bao bì, nhãn mác, trên thiết bị điện thoại và ứng dụng , trên vé tàu , vé xe, ve máy bay

Cũng như các loại mã vạch khác mã QR có qui tắc để nhận biết được thông tin chứa bên trong mã QR Sử dụng các qui tắc này ta sử dụng các cách đọc sau :

- Sử dụng điện thoại thông minh : Dựa vào camera chụp ảnh trên điện thoại và khả năng nhận diện hình ảnh, người ta sử dụng các ứng dụng được lập trình sẵn quy tắc của mã QR để có thể giải mã nhanh dựa trên hình ảnh thu được

- Sử dụng máy quét mã QR : Sử dụng cảm biến quang để nhận biết hình dạng mã

QR sau đó giải mã và đưa thông tin nhận được về thiết bị đầu cuối

=>Để phù hợp với mục tiêu đề tài tác giả xin sử dụng phương pháp đọc mã vạch QR vì

có thể tích hợp với hệ thống điều khiển Đồng thời sử dụng mô-đun quét mã vạch

MH-ET LIVE Scanner v3.0 để chế tạo mô hình

Module quét mã vạch MH-ET LIVE Scanner v3.0 là mô-đun nhận dạng quét mã vạch và mã QR Nó thông qua một chip xử lý hình ảnh chuyên nghiệp để nhận dạng mã vạch

Nó có thể đọc nhanh và chính xác dưới hiệu suất cao của đọc nhanh và ổn định trong môi trường phức tạp Lấy mã một chiều và mã hai chiều trên giấy, màn hình, nhựa,…

Hình 3.7: Module quét mã vạch MH-ET LIVE Scanner v3.0Các tính năng:

- Họat động đơn giản, không cần phải hiểu các thuật toán nhận dạng hình ảnh phức tạp

- Kết nối trực tiếp trên cổng micro USB UART, HID trên board mạch để truy cập máy tính hoặc với các vi điều khiển

- Đọc các loại mã vạch: UCP/EAN,UCP/EAN, BooklandESE, ISSN, phiếu giảm giá UCC mã mở rộng; mã 128, GS1-128, ISBT 128, mã 39, mã ASCII, mã 32,

mã 93, mã 11, mã QR…

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN

THIẾT BỊ

4.1 Phần cơ khí

Ngày nay hệ thống băng chuyền được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và phân loại hàng hóa, nhằm vận chuyển hàng hóa sản phẩm đến các dây chuyền tự động hay vị trí chỉ định Các băng tải hay sử dụng:

- Băng chuyền cao su

- Băng chuyền xích

- Băng chuyền nghiêng

- Băng chuyền con lăn

- Băng chuyền con lăn di động

- Băng chuyền xoắn ốc

- Băng chuyền lồng nhau

- Băng chuyền đôi

Tùy vào mục đích sử dụng mà người ta thiết kế băng chuyền sao cho phù hợp Trong phần cơ khí của đồ án cần thiết kế hệ thống băng chuyền đưa hàng hóa qua máy quét mã QR sau đó chuyển tới nơi phân loại

Ngoài ra còn cần thiết kế, bố trí tay gạt phân loại hàng hóa, cảm biến hành trình,

hệ thống điện điều khiển và tín hiệu

Trong mô hình tác giả xây dựng cho thiết khí một băng tải để vận chuyển hàng

có trọng lượng là 0.22- 0.33 kg, kích thước 4cmx4cmx1,8cm chất liệu là gỗ cứng Ta dự kiến mô hình dùng sản phẩm mẫu như hình dưới

Hình 4.1:Hình ảnh kích thước hàng hóa mẫu

4.1.1 Thiết kế về băng tải

Băng tải gồm phần chính:

Khung băng tải:

- Khung băng tải Nhôm định hình: được ưu chuộng trong công nghiệp sản xuất lắp ráp điện tử, máy tính chịu tải trọng nhẹ và vừa vào những năm gần đây vì ưu điểm đẹp, nhẹ, tính linh hoạt cao dễ thay đổi kết cấu theo yêu cầu sản xuất

- Khung băng tải Inox: Thường dung trong các môi trường chịu hóa chất bụi bẩn như công nghiệp chế biến thực phẩm, hàng không vũ trụ, dược phẩm, hóa chất, đóng chai và đóng hộp…

- Khung băng tải Thép mạ kẽm và thép sơn tĩnh điện: ưu điểm kinh tế và chịu được mọi tải trọng khác nhau Thường sử dụng trong công nghiệp ô tô, xe máy, hoàn thiện in ấn và bao bì…

=>Vì kích là mô hình nên chọn là khung nhôm định hình kích thước 40cmx6cmx3cm như hình

Hình 4.2: Khung băng tải Nhôm định hình Dây băng tải: Tùy theo tải trọng và yêu cầu của hàng hóa ta thường dùng dây băng PVC hoặc dây băng PU dày dày từ 1- 5mm Đối với băng tải chịu tải nặng ta dùng dây băng tải cao su

=>Vì hàng hóa sử dụng trong mô hình kích thước nhỏ trọng lượng nhẹ nên tác giả sẽ sử dụng loại dây tải dày 2mm

Con lăn kéo băng bằng inox, thép mạ kẽm hoặc nhôm Có các đường kính tiêu chuẩn: Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102

=>Do kích thước băng tải nhỏ và trọng lượng sản phẩm mẫu không lớn nên tác giả sẽ dùng loại con lăn bằng nhựa cứng kích thước Ø34mm dài 5.8 mm

Truyền động từ động cơ vào trục công tác bằng bộ truyền xích hoặc đai.hay truyền động trực tiếp

=>Do động cơ trong mô hình có kích thước nhỏ gọn tải trọng nhỏ nên sẽ dùng truyền động trực tiếp

Động cơ băng tải hiện nay thường dung 2 loại phổ biến:

- Động cơ liền hộp giảm tốc có dải công suất từ 25W đến 200W

- Động cơ và hộp giảm tốc tách rời, dải công suất thường từ 0.37KW đến 2.5KW

(Việc lựa chọn công suất cho động cơ sẽ được trình bày trong phần tính toán)

Bộ điều khiển tốc độ: Biến tần, sensor, timer, cảm biến, PLC

=>Trong mô hình tác giả sử dụng mạch điều khiển động cơ L298N

Mạch điều khiển động cơ L298N có khả năng điều khiển 2 động cơ DC cùng 1 lúc, mạch có thiết kế đơn giản dễ lắp đặt và sử dụng đồng thời có giá thành rẻ cùng kích thước nhỏ gọn Nguyên lý làm việc đơn giản phù hợp với hầu hết các hệ thống điều khiển hiện nay

Bảng 4.1: Bảng thông số cơ bản của mạch điều khiển động cơ DC L298N

Động cơ điề khiển đồng thời 2 động cơ

Hình 4.3: Mạch điều khiển động cơ DC L298N

4.1.2 Tính toán chọn động cơ băng chuyền:

Vì hạn chế của đề tài , cùng 1 lúc băng chuyền chỉ có thể có 2 hàng hóa, nếu muốn đặt nhiều hơn thì cần phải có thêm hệ thống tiếp hàng hóa vào và tăng chiều dài băng chuyền khiến mô hình to ra Hàng hóa phân loại có khối lượng 0.2-0.3 kg sai số

về khối lượng khoảng 10%, vậy khối lượng hàng hóa ở mức 0.22-0.33 kg

Khối lượng lớn nhất tại một thời điểm là 0.66 kg

Ta có:

Khối lượng ban đầu : m = 0.66 kg

Đường kính băng tải : D= 40 mm

Trục được làm riêng với tang của băng tải

Công suất trục tang trên băng tải là 3.9 W

Sơ đồ phân bố lực trên trục

Hình 4.4: Sơ đồ phân bố lực F=6.6 N

D=40mm