Thiết kế hệ thống phân loại bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay robot

Hệ thống phân loại bằng mã vạch là một giải pháp công nghệ thay thế sức người thực hiện các khâu phân loại sản phẩm, từ thực hiện bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các thiết bị tự động ho

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, tự động hóa trong sản xuất được hầu hết các công ty quan tâm và đầu

tư phát triền nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phầm, robot là một trong những thiết bị giúp tự động hóa trong quá trình sản xuất và phân loại Trong luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng robot và Barcode Reader thay thế con người trong công đoạn của quy trình phân loại, cụ thể là công đoạn phân loại hàng hóa theo mã code

Luận văn tập trung lập trình điều khiển và thiết kế phần cứng hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot và Barcode reader

Tìm hiểu và điều khiển robot 3 bậc tự do RH-3F và Barcode reader CF26-LR của hãng Mitsubishi, thiết kế cụm hút sản phẩm gắn tay máy, thiết kế hệ thống vận chuyển sản phẩm trong quá trình phân loại Áp dụng vào hệ thống thực tế và đánh giá chất lượng

hệ thống Luận văn gồm có 6 chương được liệt kê dưới đây

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương 4: Thiết kế phần mềm

Chương 5: Kết quả đạt được

Chương 6: Kết luận

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

LỜI MỞ ĐẦU v

Danh Mục Các Từ Viết Tắt ix

Danh Mục Bảng x

Danh Mục Các Hình Ảnh, Biểu Đồ xi

Chương 1 Error! Bookmark not defined Tổng Quan Error! Bookmark not defined 1.1 Đặt vấn đề Error! Bookmark not defined 1.2 Mục tiêu đề tài Error! Bookmark not defined 1.3 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 1.4 Giới hạn đề tài Error! Bookmark not defined Chương 2 Error! Bookmark not defined

Cơ Sở Lý Thuyết Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu các hệ thống phân loại sản phẩm Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hệ thống phân loại theo màu sắc Error! Bookmark not defined 2.1.2 Hệ thống phân loại theo cân nặng Error! Bookmark not defined 2.1.3 Hệ thống phân loại theo hình dáng Error! Bookmark not defined 2.1.4 Hệ thống phân loại bằng mã vạch Error! Bookmark not defined 2.2 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống Error! Bookmark not defined 2.3 Cơ sở lý thyết phần cứng Error! Bookmark not defined 2.3.1 Thiết bị điều khiển Error! Bookmark not defined

defined

2.3.3 Cơ cấu giám sát Error! Bookmark not defined 2.3.4 Cơ cấu phân loại Error! Bookmark not defined 2.3.5 Cảm biến Error! Bookmark not defined 2.3.6 Băng tải Error! Bookmark not defined 2.3.7 Động cơ điện Error! Bookmark not defined 2.3.8 Thiết bị truyền động Error! Bookmark not defined 2.3.9 Mạng truyền thông công nghiệp Error! Bookmark not defined 2.3.10 Mạng truyền thông Ethernet Error! Bookmark not defined Chương 3 Error! Bookmark not defined Thiết Kế Hệ Thống Error! Bookmark not defined 3.1 Yêu cầu thiết kế Error! Bookmark not defined 3.2 Quy trình phân loại sản phẩm Error! Bookmark not defined 3.3 Thiết kế phần cứng Error! Bookmark not defined 3.3.1 Lựa chọn cấu hình hệ thu thập thông tin và điều khiểnError! Bookmark

not defined

3.3.2 Thiết kế khâu nhận diện sản phẩm Error! Bookmark not defined 3.3.3 Lựa chọn cơ cấu phân loại Error! Bookmark not defined 3.3.4 Bộ điều khiển Robot Error! Bookmark not defined 3.3.5 Lựa chọn băng tải vận chuyển Error! Bookmark not defined 3.3.6 Lựa chọn động cơ kéo băng tải Error! Bookmark not defined 3.3.7 Lựa chọn biến tần Error! Bookmark not defined 3.3.8 Lựa chọn thiết bị truyền động Error! Bookmark not defined 3.3.9 Lựa chọn cảm biến vật Error! Bookmark not defined 3.3.10 Lựa chọn cơ cấu giám sát Error! Bookmark not defined 3.3.11 Lựa chọn bộ điều khiển hệ thống Error! Bookmark not defined

defined

3.4 Mô hình hệ thống Error! Bookmark not defined 3.5 Sơ đồ nối dây Error! Bookmark not defined 3.5.1 Sơ đồ nối dây Error! Bookmark not defined 3.5.2 Sơ đồ mạch động lực Error! Bookmark not defined Chương 4 Error! Bookmark not defined Thiết Kế Phần Mềm Error! Bookmark not defined 4.1 Sơ đồ trạng thái Error! Bookmark not defined 4.2 Thiết kế giao diện HMI Error! Bookmark not defined 4.2.1 Yêu cầu thiết kế Error! Bookmark not defined 4.2.2 Yêu cầu màu sắc Error! Bookmark not defined 4.2.3 Phân cấp màn hình Error! Bookmark not defined 4.2.4 Alarm Error! Bookmark not defined 4.2.5 Phân quyền cho người dùng HMI Error! Bookmark not defined 4.2.6 Thiết kế giao diện trên HMI Error! Bookmark not defined Chương 5 Error! Bookmark not defined Kết Quả Đạt Được Error! Bookmark not defined 5.1 Kết quả phần cứng Error! Bookmark not defined 5.2 Kết quả phần mềm Error! Bookmark not defined 5.3 Quá trình thực nghiệm hoạt động Error! Bookmark not defined Chương 6 Error! Bookmark not defined Kết Luận và Hướng Phát Triển Error! Bookmark not defined 6.1 Kết luận Error! Bookmark not defined 6.1.1 Công việc thực hiện Error! Bookmark not defined 6.1.2 Hướng phát triển Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined

Danh Mục Các Từ Viết Tắt

TMTĐ: Thương mại điện tử

PLC: Programable Logic Controller

HMI: Human Machine Interface

DAQ: Data Acquisition

SCADA: Supervisor Control and Data Acquisition

PC: Personal Computer

ADC: Analog to Digital Converter

PVC: Polyvinyl Chloride

I/O: Input/Output

LAN: Local Area Network

TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

Danh Mục Bảng

Bảng 3.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển Robot

Bảng 3.3 So sánh ưu nhược điểm giám sát bằng máy tính và màn hình HMI Bảng 3.4 Đặc điểm của từng thương hiệu PLC

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật PLC R04CPU

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật Module I/O

Bảng 3.7 Địa chỉ module Input

Bảng 3.8 Bảng địa chỉ Module Output

Bảng 4.1 Các loại cảnh báo alarm

Bảng 5.1 Cơ cấu hệ thống

Bảng 5.2: Bảng kết quả số lần nhận dạng của hệ thống

Danh Mục Các Hình Ảnh, Biểu Đồ

Hình 1.1 Hệ thống phân loại bằng mã vạch

Hình 2.1 Hệ thống phân loại cà chua

Hình 2.2 Hệ thống phân loại theo cân nặng

Hình 2.3 Hệ thống phân loại theo hình dáng

Hình 2.4 Hệ thống phân loại theo mã vạch

Hình 2.5 Cấu trúc điều khiển vào/ra tập trung

Hình 2.6 Cấu trúc điều khiển phân tán

Hình 2.7 Các cấp độ truyền trong mạng công nghiệp

Hình 3.1 Qui trình công nghệ phân loại sản phẩm

Hình 3.2 Mô hình hệ thống khái quát

Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thu thập dữ liệu và giám sát

Hình 3.4 Code Reader CF26-LR

Hình 3.5 Robot RH-3FRH

Hình 3.6 Động cơ điện Mitsubihi SF-JR 1/4HP 4P

Hình 3.7 Biến tần Mitsubishi FR-A820-00046(0.4K)

Hình 3.8 Xi-lanh MAL16x200

Hình 3.9 Xi-lanh TN/TDA20x100

Hình 3.10 Van 5/2 AIRTAC 4V210-08

Hình 3.11 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4

Hình 3.12 Sơ đồ chân cảm biến quang E3F-DS30C4

Hình 3.13 Màn hình HMI Mitsubishi GS2110-WTBD

Hình 3.15 Sơ đồ nối dây với thiết bị Input

Hình 3.16 Sơ đồ nối dây với thiết bị Output

Hình 3.17 Sơ đồ động lực động cơ

Hình 3.18 Sơ đồ động lực thiết bị

Hình 5.3 Trang màn hình đăng nhập hệ thống khi được cấp nguồn

Hình 5.4 Màn hình khi nhập đúng tên tài khoản

Hình 5.5 Màn hình khi nhập sai tên tài khoản

Hình 5.6 Màn hình tổng quát hệ thống Sorting System

Hình 5.7 Nhập địa chỉ khu vực cần phân loại

Hình 5.8 Nhập địa chỉ sản phẩm cần phân loại

Hình 5.9 Màn hình Product Area Window sau khi nhập xong các giá trị

Hình 5.11 Màn hình Identification Area Window ở chế độ Manual

Hình 5.12 Màn hình Sorted Area Window

Hình 5.12 Màn hình Sorted Area Window

Hình 5.12 Màn hình Alarm Window

Hình 5.13 Hệ thống khi được bật nguồn

Hình 5.14 Màn hình Product Area sau khi nhập đủ các thông số

Hình 5.15 Màn hình Identification khi hoạt động ở chế độ Auto

Hình 5.16 Màn hình Sorting system hoạt động

Hình 5.17 Màn hình Sorted Area Window đang hoạt động

Hình 5.18 Màn hình Sorted Area Window đang hoạt động

Hình 5.19 Hệ thống gặp phải sự cố

Hình 5.20 Hệ thống báo lỗi

Hình 5.21: Màn hình Alarm hiển thị lỗi

Hình 5.22 Màn hình Alarm với lỗi đã được sửa

Hình 5.23 Người dùng đã xác nhận lỗi đã được sửa trên màn hình Alarm

Hình 5.24 Qui trình phân loại vật 1

Hình 5.25 Qui trình phân loại vật 2

Hình 5.26 Qui trình phân loại vật 3

Hình 5.27 Qui trình phân loại vật 4

Hình 5.29 Các bước thực hiện sao lưu trên Excel

Việc bùng nổ của TMĐT kéo theo sự phát triển của ngành dịch vụ phân phối sản phẩm đến tay người tiêu dùng, với việc phân loại sản phẩm dựa vào sức người hiện nay khó đáp ứng được nhu cầu cần thiết của doanh nghiệp hay các đơn vị bán lẻ bởi việc phân loại sẽ diễn ra rất lâu và độ chính xác không cao nếu chỉ mãi dựa vào sức người

Ngoài ra trong thời đại phát triển công nghệ 4.0 hiện nay, khách hàng muốn được thỏa mãn nhu cầu sở hữu hàng hóa nhanh nhất Khác với dịch vụ chuyển phát thông thường, thì dịch vụ chuyển phát nhanh sẽ luôn đưa ra một khoảng thời gian cam kết xác định thời gian chuyển bưu phẩm tới tay khách hàng Chính yếu tố này khiến thị trường giao nhận hàng hóa nổ ra một cuộc đua tranh khốc liệt về tốc độ giao hàng Để rút ngắn thời gian giao hàng, các đơn vị chuyển phát nhanh đã tối giản hóa quy trình phân loại bưu phẩm xuống đến mức tối đa

Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hoá quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phân loại,

nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc Một hệ thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hoãn

hệ thống Hơn thế nữa, đối với những công việc đồi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Hiện nay với trình độ khoa học kỹ thuật phát triển con người đã tạo ra nhiều hệ thống phân loại sản phẩm với các kỹ thuật khác nhau có thể ứng dụng trong thực tế như:

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu, hệ thống phân loại bằng trọng lượng, hệ thống phân loại theo chiều cao

Ngoài những phương pháp kể trên thì hiện nay trên thế giới không riêng ở Việt Nam thì còn có một phương pháp khác có thể phân loại sản phẩm với tốc độ cao và làm việc liên tục với độ chính xác gần như là tuyệt đối Hệ thống này áp dụng công nghệ đọc

mã vạch với khả năng quét chính xác mã vạch được đính kèm trên kiện hàng sẽ giúp việc phân loại thuận tiện hơn Hệ thống này áp dụng trong việc phân loại những sản phẩm có kích thước, hình dáng khác nhau

Công nghệ mã số mã vạch đã và đang phát triển không ngừng nghỉ giúp cho các doanh nghiệp cũng như các đơn vị bán hàng nhỏ lẽ có thể kiểm soát sản phẩm của mình một cách dễ dàng Công nghệ mã số, mã vạch là một cách thể hiện dữ liệu (thông tin) dưới dạng hình ảnh và hình ảnh sẽ được máy quét mã vạch đọc và giải mã ngược lại để

ra thông tin (mã số) Mỗi mã vạch đều tương ứng một dãy mã số đóng vai trò là mã nhận dạng cho một sản phẩm hay hàng hoá Ban đầu công nghệ mã vạch chỉ có hai loại mã vạch là mã vạch một chiều tuyến tính (mã vạch hàng rào) và mã vạch ô vuông ma trận

dữ liệu (mã vạch QR) Mã vạch có những ưu điểm sau:

- Hiệu suất: Nhận dạng tự động thay thế ghi chép bằng tay nên giúp giảm nhân công, tiết kiệm thời gian, dẫn đến tăng hiệu suất công việc

- Chính xác: Với cấu trúc được tiêu chuẩn hoá, an toàn và đơn giản mã số Mã vạch cho phép nhận dạng chính xác vật phẩm và dịch vụ, thay thế khâu “nhập” dữ liệu bằng tay, do đó cho “kết quả” chính xác, không nhầm lẫn

- Thông tin nhanh: Mã số mã vạch giúp thu thập và cung cấp thông tin nhanh, giúp cho các nhà kinh doanh và quản lý có thể có những quyết định đúng đắn và kịp thời trong hoạt động sản xuất kinh doanh và quản lý

- Giảm chi phí hoạt động của doanh nghiệp, tăng lợi nhuận

- Nắm rõ tồn kho, tuổi hàng tồn kho quyết định kinh doanh phù hợp

- Đáp ứng nhanh chóng đơn đặt hàng của khách hàng

- Giảm thiểu nhân lực cho doanh nghiệp

Việc sản xuất mã vạch tương đối đơn giản khi hiện nay chúng ta có thể tạo ra các

mã 1D hay 2D chỉ bằng cách sử dụng máy tính hoặc các thiết bị có thể kết nối internet như điện thoại hay máy tính bảng, việc tạo ra mã vạch diễn ra nhanh chóng và dễ dàng đối với những người chưa có kinh nghiệm trong lĩnh vực này Hệ thống phân loại bằng

mã vạch là một giải pháp công nghệ thay thế sức người thực hiện các khâu phân loại sản phẩm, từ thực hiện bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các thiết bị tự động hoá để phân

chia sản phẩm theo từng đặc tính mà người sử dụng qui định Việc phân loại diễn ra nhanh chóng và chính xác với độ chính xác cực cao vì độ sai sót của mã vạch tương đối thấp Việc đưa hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch vào thực tế sẽ giúp cho các doanh nghiệp tối đa hoá được quá trình phân loại, tăng tính tự động hoá, giảm thiểu sức người, tạo ra môi trường chuyên nghiệp, với việc áp dụng nhà máy vào thực tế còn giúp cho các doanh nghiệp có thể quản lý chặt chẽ các sản phẩm hiện có tại nhà máy Hình ảnh 1.1 minh hoạ khâu phân loại sản phẩm của hệ thống phân loại bằng mã vạch

Hình 1.1 Hệ thống phân loại bằng mã vạch

Với những ưu điểm của mã vạch cũng như tính yêu cầu cấp bách cần có một hệ thống phân loại sản phẩm thay thế sức người nên nhóm lựa chọn đề tài: “Phân loại sản phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay robot”

1.2 Mục tiêu đề tài

Nhóm thực hiện đồ án “Phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot” với những mục tiêu cụ thể như sau:

- Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm mã vạch 1D hoặc 2D

- Công suất hệ thống lên đến 1000 đơn hàng trong 1 giờ

- Hệ thống hoạt động ổn định và độ chính xác cao

1.3 Nội dung nghiên cứu

Đề tài: “Phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot”

Chương 1: Tổng quan

Nội dung: Trình bày tổng quan sợ bộ về các yêu cầu của báo cáo như đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Nội dung: Trình bày các hệ thống phân loại sản phẩm hiện có, tổng quan PLC và cánh tay robot trong công nghiệp, giới thiệu sơ bộ về hệ thống, quy trình công nghệ…

Chương 3 Thiết kế phần cứng hệ thống

Nội dung: Nêu những thiết bị phần cứng sử dụng trong đề tài Trình bày thiết kế

mô hình 3D hệ thống Cách kết nối các thiết bị phần cứng trong hệ thống

Chương 4 Thiết kế phần mềm

Nội dung: Thiết kế sơ đồ trạng thái, chương trình điều khiển, giám sát

Chương 5 Kết quả đạt được

Nội dung: Trình bày kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài

Chương 6 Kết luận và hướng phát triển

Nội dung: Trình bày các kết luận sau khi hoàn thành đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển trên thực tế

1.4 Giới hạn đề tài

Đề tài “phân loại sản phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot” của nhóm giới hạn trong phạm vi hệ thống thực hiện giải quyết từ khâu đọc mã vạch đến khâu phân loại sản phẩm, hệ thống không thể điều khiển và giám sát từ xa

2.1 Giới thiệu các hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay được ứng dụng nhiều trong các nhà máy

xí nghiệp, nhưng chủ yếu có các loại kỹ thuật phân loại chính như: Phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo hình dạng, theo cân nặng và phân loại bằng mã vạch

2.1.1 Hệ thống phân loại theo màu sắc

Hệ thống phân loại màu sắc được dựa theo nhiều kỹ thuật khác nhau, có thể sử dụng cảm biến màu sắc hoặc sử dụng camera để xác định màu sắc của vật Hệ thống phân loại theo màu sắc được ứng dụng nhiều trong việc phân loại quả cà chua và được minh hoạ theo như Hình 2.1

Hình 2.1 Hệ thống phân loại cà chua

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại theo màu sắc: Sản phẩm sẽ đi qua đến khâu đọc sản phẩm ở khâu này sản phẩm sẽ được cảm biến hoặc camera nhận biết

và gửi tín hiệu về PLC xử lý sau đó PLC xuất tín hiệu điều khiển Robot hoặc xi lanh để đẩy từng sản phẩm đúng với vị trí nơi chứa riêng biệt[2] Ứng dụng của hệ thống phân loại màu sắc như trong các hệ thống dây chuyền sản xuất gạch, ngói, đá hoa cương hay các hệ thống phân loại nông sản (gạo, cà phê…) Nhược điểm của hệ thống là khi đặt nơi thiếu điều kiện ánh sáng tốt khó cho ra kết quả chính xác

2.1.2 Hệ thống phân loại theo cân nặng

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại theo cân nặng là sản phẩm sẽ được đưa đến băng truyền có tích hợp cảm biến khối lượng ở phía dưới sau đó sẽ xuất tín hiệu gửi đến PLC từ đó PLC sẽ xử lí để điều khiển thiết bị để sản phẩm đi đến đúng vị trí cần phân loại[3] Hệ thống phân loại theo cân nặng sử dụng trong các hệ thống phân loại gạch, các hệ thống đóng gói cần độ chính xác về khối lượng… Nhược điểm của hệ thống là dễ

bị nhiễu khi có tác động từ bên ngoài, tốn kém khi sử dụng quá nhiều cảm biến… Dựa theo nguyên lý kỹ thuật phân loại theo cân nặng mà chúng ta có thể áp dụng vào phân loại trái cây như Hình 2.2

Hình 2.2 Hệ thống phân loại theo cân nặng

2.1.3 Hệ thống phân loại theo hình dáng

Hệ thống phân loại theo hình dáng sử dụng camera Nguyên lý hoạt động của hệ thống là trên băng truyền sẽ gắn Camera để nhận dạng sản phẩm sau đó từ camera sẽ truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm và từ đó bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra các tín hiệu điều khiển đến xi lanh hoặc Robot để gắp vật đúng vị trí cần phân loại[4] Hệ thống phân loại theo hình dáng được sử dụng nhiều trong ứng dụng trong kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng khác nhau như gạch, ngói, ứng dụng trong kiểm tra và phân loại nông sản Nhược điểm của hệ thống là hoạt động cho ra kết quả với độ chính xác thấp khi điều kiện ánh sáng thấp Dựa theo phương pháp phân loại theo hình dáng mà chúng ta có thể phân loại sản phẩm theo như Hình 2.3

Hình 2.3 Hệ thống phân loại theo hình dáng

2.1.4 Hệ thống phân loại bằng mã vạch

Hệ thống phân loại mã vạch là một hệ thống có thể phân loại được sản phẩm được dán nhãn in 1D hoặc 2D với những chức năng tuyệt vời của mã vạch đã được nêu ở chương 1, ta có thể sử dụng mã vạch như một công cụ để phân loại với độ chính xác cao

và tính liên tục của hệ thống Vì việc sản phẩm chỉ cần dán mã vạch để phân loại cho nên hệ thống có thể phân loại các sản phẩm với hình dáng, kích thước khác nhau

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại bằng mã vạch là sản phẩm sẽ được đưa đến khâu đọc mã vạch, mã vạch sẽ được đọc bởi máy đọc mã vạch (Barcode Reader)

từ đó đưa dữ liệu đến PLC, PLC có nhiệm vụ xử lý và phát ra các tín hiệu để điều khiển

xi lanh hoặc Robot để gắp vật đúng vị trí cần phân loại Hệ thống này được ứng dụng trong hệ thống phân loại ở nhà máy Tiki, Lazada… để đơn giản hoá quá trình phân loại,

hệ thống còn ứng dụng trong quản lý kho… Nhược điểm của hệ thống là hệ thống cần phải sử dụng nhiều máy đọc mã vạch trong khâu nhận dạng mới cho ra kết quả mong muốn dù mã vạch được gắn ở mọi vị trí khác nhau trên sản phẩm Dựa vào phương pháp phân loại theo mã vạch mà chúng ta có thể phân loại với các sản phẩm có kích cỡ khác nhau như Hình 2.4

Hình 2.4 Hệ thống phân loại theo mã vạch

2.2 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống

Chỉ tiêu đánh giá một hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm:

- Sản phẩm sau khi phân loại phải giữ nguyên trạng thái ban đầu

- Hệ thống hoạt động ổn định, khả năng phân loại chính xác

- Giám sát được quy trình hoạt động của hệ thống tại nơi làm việc và trên Web server

- Cấu trúc dạng modue rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp…

- Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năn đặc biệt hay những module truyền thống để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet…

- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

- Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được

- Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà cần thay đổi lại chương trình

2.3.1.2 Vi điều khiển

Vi điều khiển là một máy tính nhỏ trong đó có CPU, bộ nhớ (RAM, ROM), I/O thiết bị ngoại vi, timers, counters được nhúng vào trong một mạch tích hợp (IC) nơi mà các bộ vi xử lý và tất cả các khối này được kết hợp vào trong một board thông qua hệ thống bus Vi điều khiển có thể dễ dàng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi bên ngoài như cổng giao tiếp, ADC, DAC, Bluetooth, Wifi… quá trình giao tiếp nhanh hơn khi so sánh giữa các bộ vi xử lý khác Ứng dụng của vi điều khiển đó là thường sử dụng trong các

thiết bị điều khiển tự động bao gồm các công cụ điện, đồ chơi, thiết bị y tế cấy dưới da, máy móc văn phòng, hệ thông điều khiển động cơ, thiết bị điều khiển từ xa và hàng loạt các hệ thống nhúng khác

Ưu điểm của vi điều khiển đó là vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính không có bất kỳ bộ phận kỹ thuật nào, tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích thước hệ thống, việc sử dụng vi điều khiển rất dễ dàng, dễ khắc phục sự

cố, dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I/O và còn nhiều tính năng khác

Nhược điểm của của vi điều khiển đó là chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi thời gian, không sử dụng nhiều trong hệ thống lớn vì số lượng ngõ vào, ra hạn chế

2.3.2 Cấu hình hệ thu thập thông tin và điều khiển

Việc lựa chọn cấu hình dựa vào một vài yếu tố khách quan như điều kiện môi trường làm việc, số lượng cảm biến và cơ cấu chấp hành yêu cầu, vị trí so với máy chủ, hình thức xử lý tín hiệu yêu cầu, độ khắc nghiệt của môi trường làm việc

Các cấu hình thông dụng của hệ DAQ gồm có vào/ra tại chỗ (tập trung) với PC, vào/ra phân tán và các bộ thu thập dữ liệu độc lập hoặc phân tán

Trong các nhà máy công nghiệp (không yêu cầu tính linh động cao) thường sử dụng 2 loại cấu hình cho hệ SCADA là vào/ra tập trung và vào/ra phân tán

2.3.2.1 Vào/ra tập trung

Hệ thống điều khiển vào ra tập trung có thể hiểu là cơ cấu chấp hành nằm gần với

hệ thống hoạt động Ưu điểm của vào/ra tập trung là kết quả phép đo trả về cơ cấu chấp hành chính xác, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu Giá thành thấp, số lượng dây nối ít Nhược điểm của vào/ ra tập trung là mở rộng hệ thống khó khăn Cấu trúc tiêu biểu của một hệ điều khiển tập trung được minh hoạ theo như Hình 2.5

Hình 2.5 Cấu trúc điều khiển vào/ra tập trung

2.3.2.2 Vào/ra phân tán

Trong môi trường sản xuất công nghiệp, cảm biến và cơ cấu chấp hành thường ở

xa máy chủ, ở trong môi trường khắc nghiệt và bao phủ trong một diện tích rộng, cách

xa máy chủ hàng trăm mét Do đó, khó có thể nhận được tín hiệu nhỏ từ các cảm biến như cặp nhiệt, cảm biến điện trở (strain gauge) qua đường truyền dài đồng thời dây nối

từ cảm biến về máy chủ dài và tốn kém, giải pháp thực hiện đó là:

- Module xử lý tín hiệu được đặt gần mỗi cảm biến tương ứng cũng như mỗi cảm biến cần có một module xử lý tín hiệu vào/ra phân tán

- Giải pháp này có thể tốn kém nếu có nhiều cảm biến nhưng chất lượng tín hiệu

và độ chính xác cao

- Dạng thường gặp của vào/ra phân tán là bộ phát số, bộ phát số này thực hiện tất

cả các chức năng xử lý tín hiệu cần thiết, có bộ vi điều khiển và chuyển đổi tương tự -

số (ADC) để chuyển tín hiệu cần đo sang dạng số Tín hiệu dạng số này được truyền về máy chủ bằng chuẩn RS-232 hoặc RS-485

- RS-232 khoảng cách truyền gần

- RS-485 (Multi-drop) giảm số lượng cáp truyền, có thể kết nối đến 32 modules, khoảng cách truyền có thể lên đến 10km nếu dùng multi-drop network (RS-232 khoảng tối đa 15m)

- Cần bộ chuyển đổi từ RS-232 sang RS-485 do hầu hết các máy chủ không hỗ trợ chuẩn RS-485 Cấu trúc một hệ điều khiển vào ra phân tán được minh hoạ theo như Hình 2.6 [1]

Hình 2.6 Cấu trúc điều khiển phân tán

2.3.3 Cơ cấu giám sát

2.3.3.1 HMI

HMI (Human – Machine – Interface) là một giao diện người dùng, một bảng điều khiển được kết nối với một máy, hệ thống hoặc thiết bị HMI được phổ biến trong môi trường công nghiệp HMI được sử dụng để hiển thị dữ liệu trực quan, theo dõi thời gian sản xuất, giám sát KPI, giám sát đầu vào và đầu ra của nhà máy… Công nghệ HMI được

sử dụng hầu hết trong các tổ chức công nghiệp để tương tác máy móc của họ tối ưu hoá các qui trình công nghiệp Các ngành sử dụng gồm có năng lượng, dầu khí, vận chuyển,

đồ ăn và đồ uống, nước và nước thải, chế tạo, tái chế…

Công dụng phổ biến của HMI là thiết bị giao tiếp với bộ điều khiển lập trình (PLC) và cảm biến đầu vào/ra để nhận và hiển thị thông tin cho người dùng xem Màn hình HMI có thể sử dụng cho một chức năng duy nhất như theo dõi hoặc để thực hiện các hoạt động phức tạp hơn như tắt máy hoặc tăng tốc độ sản xuất Bằng cách tận dụng HMI người dùng có thể thấy thông tin quan trọng được hiển thị trong biểu đồ, hoặc bảng điều khiển kỹ thuật số xem và quản lý tất cả trong một bảng điều khiển HMI là một thiết

bị tiện dụng trong việc quản lý và giám sát hệ thống một cách tối ưu

2.3.3.2 Máy tính công nghiệp

Máy tính công nghiệp là hệ thống máy tính chuyên được dùng trong vận hành công nghiệp đặc biệt ở nhà máy phân xưởng Các máy tính công nghiệp được thiết kế để

có thể hoạt động liên tục đảm bảo hệ thống máy luôn được vận hành Chúng được thiết

kế để có thể chịu đựng ở môi trường nhiệt độ cao, nhiều bụi bậm, ẩm ướt, rung động mạnh và điện áp không đồng đều Máy tính công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong các sân bay, trạm thu phí đường cao tốc…

Máy tính công nghiệp có màn hình cảm ứng đây là thiết bị kết hợp giữa máy tính công nghiệp và màn hình công nghiệp Những máy tính này có thiết kế mạnh mẽ và cứng cáp và khả năng mở rộng linh hoạt là sự lựa chọn hàng đầu trong các ứng dụng giao diện người và máy (HMI), phục vụ trong thị trường tự động hoá nhà máy, máy móc, thiết bị

và dịch vụ thông minh Máy tính công nghiệp có màn hình cảm ứng giúp các thao tác xử

lý diễn ra nhanh hơn, gọn gàng hơn, màn hình cảm ứng giúp dễ điều chỉnh các thao tác trên máy tính, hiệu suất cao, chức năng toàn diện Vì những tính năng toàn diện kể trên nên máy tính công nghiệp có giá thành cao không phù hợp với những hệ thống sản xuất nhỏ

2.3.4 Cơ cấu phân loại

2.3.4.1 Robot

Robot là một cỗ máy phục vụ trong quy trình sản xuất công nghiệp được vận hành bởi con người ưu điểm nổi bật nhất của cánh tay Robot thao tác nhanh và tiết kiệm thời gian hơn con người, các chuyển động chính xác và lặp lại hoàn toàn giống nhau Mục tiêu của robot công nghiệp góp phần nâng cao sản xuất dây chuyền công nghệ với khả năng hoạt động 24h/ngày, 7 ngày/tuần không mệt mỏi và Robot có thể thực hiện và làm việc trong môi trường nguy hiểm như môi trường phóng xạ độc hại, khói bụi, ô nhiễm…

mà con người không thể làm việc Robot được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như là ứng dụng trong vận chuyển, bốc dỡ vật liệu, gia công vật liệu, trong việc lắp gháp, phân loại sản phẩm… Lợi ích của robot trong hệ thống phân loại sản phẩm đó là tăng nâng suất thay thế sức người

Dựa vào tốc độ làm việc, khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp tốt khiến cho Robot là một lựa chọn hoàn hảo cho việc phân loại Nhược điểm của robot là Robot chưa có thể linh hoạt như con người

2.3.4.2 Băng tải con lăn tự động

Băng tải con lăn tự động là một sự kết hợp giữa băng tải con lăn thông thường và module nâng và xoay để nâng cao hiệu quả sản xuất, tự động hoá đẩy nhanh quá trình phân loại sản phẩm với băng tải con lăn tự động thì có thể giúp cho doanh nghiệp có thể hạn chế sức người trong khâu phân loại Nhược điểm của băng tải con lăn là không thể

vận chuyển vật với tốc độ nhanh chóng

2.3.4.3 Xi lanh khí nén

Xi lanh là một thiết bị đóng vai trò quan trọng khi chuyển hoá nguồn năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện các thao tác động lực, đóng, mở, đẩy, ép… tuỳ vào công việc thực tế Hiện nay chúng ta có thể thấy nhiều nhà máy sử dụng xi lanh khí nén bởi vì độ đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao

2.3.5 Cảm biến

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh

và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin hay trong điều khiển

các quá trình khác Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ,

áp suất… tác động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dòng điện… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại

lượng đo

Cảm biến quang là cảm biến có thể phát hiện vật từ xa, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng… khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Hiện nay trên thị trường có các loại cảm biến quang như cảm biến quang thu phát, cả biến quang phản xạ gương, cảm biến quang

khuếch tán

Cảm biến tiệm cận là cảm biến phản ứng khi có vật đến gần Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện Cảm biến tiệm cận gồm có cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ và cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung Và còn nhiều loại cảm biến khác dùng trong các lĩnh vực như chế biến, sản xuất…

2.3.6 Băng tải

Băng tải là một thiết bị có chức năng di chuyển hàng hoá, vật tư từ nơi này đến nơi khác trong một đường dẫn xác định Băng tải đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến vận chuyển vật liệu nặng hoặc cồng kềnh Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiều loại vật liệu Hiện nay trên thị trường có nhiều loại băng tải như băng tải cao su, băng tải con lăn, băng tải PVC, băng tải xích… tuỳ theo mục đích người sử dụng mà chúng ta có thể chọn lựa băng tải cho phù hợp

2.3.7 Động cơ điện

Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng

cơ Các động cơ điện thường gặp trong gia đình như quạt điện, tủ lạnh, máy giặc, máy bơm nước… ứng dụng của động cơ điện dùng trong hầu hết trong mọi lĩnh vực như sản xuất, chế biến… ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong đầu máy xe lửa…

Nguyên tắc hoạt động là phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator)

và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây trên roto và stato được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor

chiều, động cơ xoay chiều 3 pha, động cơ 3 pha không đồng bộ

2.3.8 Thiết bị truyền động

Thiết bị truyền động là một loại cơ cấu điều khiển một cơ chế hoặc hệ thống thường được sử dụng để kiểm soát các cánh tay hoặc các cấp gắn vào hệ thống băng tải Chúng có thể được sử dụng để điều khiển chuyển động và di chuyển hoặc phân loại vật liệu, trong giai đoạn xử lý Chuyển động có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến tính Việc truyền động thường có các loại sau là truyền động cơ khí, truyền động điện tự động và truyền động khí nén

- Truyền động cơ khí là những cơ cấu dùng để truyền cơ năng từ động cơ đến các

bộ phận của máy, thường có biến đổi lực, vận tốc hoặc moment hay đôi khi biến đổi cả đặc tính và qui luật truyền động

- Truyền động điện tự động là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử… phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, cũng như gia công

- Truyền động khí nén được sử dụng rộng rãi trong khâu lắp ráp, chế biến, phân loại sản phẩm… các dạng truyền động của khi nén là truyền động thẳng và chuyển động quay

2.3.9 Mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp là một phương tiện trao đổi truyền hay chuyển đổi thông tin hoặc dữ liệu, chủ yếu ở dạng kỹ thuật số từ máy phát sang máy thu thông qua một liên kết (có thể dây đồng, dây cáp trục, cáp quang hoặc bất kỳ phương tiện nào khác) kết nối các thiết bị Các mạng truyền thông công nghiệp bao gồm: Ethernet, DeviceNet, Modbus, ControlNet… ba cơ chế điều khiển quan trọng được sử dụng trong lĩnh vực tự động hoá công nghiệp gồm bộ điều khiển lập trình PLC, điều khiển giám sát

và thu nhập dữ liệu (SCADA), hệ thống điều khiển phân tán Tất cả các yếu tố này liên quan đến các thiết bị hiện trường, thiết bị thông minh, PC điều khiển giám sát, bộ điều khiển I/O phân tán và bộ hiển thị HMI Để kết nối giữa các thiết bị này và cũng để cho phép giao tiếp ở giữa chúng, cần có một mạng lưới hoặc sơ đồ truyền thông mạnh mẽ và hiệu quả hơn Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp bao gồm phương tiện truyền dẫn

để truyền dữ liệu và tín hiệu điều khiển có thể là không dây hoặc có dây Trong ngành công nghiệp sản xuất hoặc quy trình, thông tin hoặc luồng dữ liệu được truyền từ cấp trường đến cấp quản lý-vận hành (từ dưới lên trên) và ngược lại Các cấp độ khác nhau phải xử lý các yêu cầu khác nhau của một cấp cụ thể Vì vậy, rõ ràng là không có yêu cầu địa chỉ mạng truyền thông duy nhất cần thiết cho mỗi cấp

Do đó các cấp độ khác nhau có thể sử dụng mạng khác nhau dựa trên các yêu cầu như

khối lượng dữ liệu, truyền dữ liệu, bảo mật dữ liệu Dựa trên chức năng, mạng truyền thông công nghiệp được phân cấp thành ba cấp độ chung như Hình 2.7

Hình 2.7 Các cấp độ truyền trong mạng công nghiệp

Cấp thiết bị bao gồm các thiết bị hiện trường như cảm biến và cơ cấu chấp hành của các quá trình và máy móc Nhiệm vụ của cấp độ này là chuyển thông tin giữa các thiết bị này và các thành phân quy trình kỹ thuật như PLC Việc truyền thông tin có thể

là kỹ thuật số hoặc analog

Cấp độ điều khiển bao gồm các bộ điều khiển công nghiệp như PLC, bộ điều

khiển phân tán và hệ thống máy tính Các nhiệm vụ của cấp độ này bao gồm cấu hình các thiết bị tự động hóa, tải dữ liệu chương trình và xử lý dữ liệu biến, điều chỉnh biến

số, khiểm soát giám sát, hiển thị dữ liệu biến trên HMI, lưu trữ lịch sử Vì vậy cấp điều khiển yêu cầu các đặc tính như thời gian đáp ứng ngắn, truyền dẫn tốc độ cao,

độ dài dữ liệu ngắn, đồng bộ hóa máy, sử dụng liên tục dữ liệu quan trọng Mạng cục bộ (LAN) được sử dụng rộng rãi như mạng truyền thông ở cấp độ này để đạt được các đặc tính mong muốn Ethernet với giao thức TCP/IP chủ yếu được sử dụng làm mạng cấp điều khiển để kết nối các đơn vị điều khiển với máy tính Ngoài

ra, mạng này hoạt động như một bus điều khiển để phối hợp và đồng bộ hóa giữa các đơn vị điều khiển khác nhau Một số bus trường cũng được sử dụng ở cấp độ này như các bus điều khiển như Profibus và ControlNet

Cấp thông tin cấp cao nhất của hệ thống tự động hóa công nghiệp, tập hợp thông

tin từ cấp thấp hơn, chẳng hạn như cấp điều khiển Nó xử lý khối lượng lớn dữ liệu không

sử dụng liên tục hay giới hạn về thời gian Các mạng lưới quy mô lớn đang tồn tại ở cấp độ này Vì vậy mạng Ethernet thường được sử dụng như các mạng mức thông tin

để lập kế hoạch nhà máy và trao đổi thông tin quản lý Đôi khi các mạng này có thể kết nối với các mạng công nghiệp khác thông qua các cổng[5]

2.3.10 Mạng truyền thông Ethernet

Ethernet là một dạng công nghệ truyền thống dùng để kết nối mạng LAN cục bộ, cho phép các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thông qua một giao thức – một bộ quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng chung So với công nghệ mạng LAN không dây, Ethernet thường

ít bị gián đoạn hơn – cho dù là do nhiễu sóng vô tuyến, trở ngại vật lý hay băng thông Ethernet cũng cung cấp một mức độ bảo mật và kiểm soát mạng tốt hơn so với công nghệ không dây Là một lớp giao thức Data – link trong tầng TCP/IP, Ethernet cho thấy các thiết bị mạng có thể định dạng và truyền các gói dữ liệu như thế nào sao cho các thiết

bị khác trên cùng phân khúc mạng cục bộ có thể phát hiện, nhận và xử lý các gói dữ liệu

đó Ưu điểm của mạng Ethernet công nghiệp là tốc độ tăng từ 9,6Kbit/s với RS-232 lên

1 Gbit/s với Gigabit Ethernet, có khả năng sử dụng phần cứng mạng tiêu chuẩn cho giao tiếp có dây và không dây

Thiết Kế Hệ Thống

Nội dung của chương 3 là trình bày về các phương án lựa chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu khách hàng đề ra

3.1 Yêu cầu thiết kế

Hiện nay, với sự phát triển của việc mua sắm trực tuyến thì số lượng hàng xuất ra trong một ngày có thể lên đến vài ngàn hay vài chục ngàn điều đó gây ra rất nhiều vấn

đề như: Giao hàng chậm, hàng bị giao nhầm địa chỉ, vì vậy ta cần phải có một hệ thống phân loại tự động để nâng cao quá trình vận chuyển đến người tiêu dùng

Bảng 3.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống

Vận chuyển sản phẩm

Sản phẩm giữ được vị trí suốt quá trình vận chuyển

Đảm bảo an toàn khi vận hành hệ thống

3.2 Quy trình phân loại sản phẩm

Quy trình phân loại sản phẩm của đề tài cơ bản gồm 4 giai đoạn: vận chuyển sản phẩm, đọc, kiểm tra mã code được đính kèm với sản phẩm, cố định và phân loại sản phẩm theo từng khu vực

Quy trình công nghệ phân loại sản phẩm được miêu tả theo như Hình 3.1

Hình 3.1 Qui trình công nghệ phân loại sản phẩm

Dựa vào quy trình công nghệ, nhóm tiến hành khái quát chung hệ thống trong thực tế theo thứ tự các khâu như Hình 3.2

Hình 3.2 Mô hình hệ thống khái quát

- Khâu nhận diện là khu vực kiểm tra, đánh giá sản phẩm cần phân loại để truyền thông tin cần thiết về bộ điều khiển để các khâu tiếp theo vận hành chính xác với thông tin đó Có rất nhiều phương án khác nhau có thể áp dụng cho việc nhận diện như nhận diện màu sắc, hình dạng, khối lượng, xử lý ảnh, Tuy nhiên, dựa vào yêu cầu thiết kế nhóm sẽ lựa chọn ra phương án tốt nhất để áp dụng

- Trong quá trình vận chuyển vị trí sản phẩm có thể bị thay đổi vì vậy cần có khâu

cố định sản phẩm để đảm bảo vị trí cho khâu phân loại thực hiện chính xác

- Khâu cuối cùng trong hệ thống là khâu phân loại sản phẩm Hiện nay, phân loại sản phẩm được áp dụng gồm nhiều cách khác nhau có thể dùng nhân công, cơ cấu khí nén, băng tải xoay, cánh tay Robot

3.3 Thiết kế phần cứng

3.3.1 Lựa chọn cấu hình hệ thu thập thông tin và điều khiển

Đối với hệ thống phân loại sản phẩm có những đặc điểm sau: Khoảng cách từ PLC đến các cơ cấu chấp hành không lớn, các khâu hoạt động nằm ở gần nhau, diện tích hoạt động hệ thống nhỏ Môi trường hoạt động của hệ thống thường nằm ở trong các kho chứa hàng (không khắc nghiệt) Hệ thống chỉ cần xử lý tín hiệu số

Từ đó chọn cấu hình vào/ra tập trung cho hệ thu thập thông tin và điều khiển sử dụng cho hệ thống phân loại sản phẩm Cấu hình nhóm lựa chọn có những ưu điểm như tiết kiệm chi phí, tăng khả năng xử lý tín hiệu Bên cạnh đó, nhược điểm của cấu hình vào/ra tập trung là việc mở rộng hệ thống khó khăn Sơ đồ khối của hệ thu nhập dữ liệu

và giám sát được minh hoạ theo như Hình 3.2

Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thu thập dữ liệu và giám sát

3.3.2 Thiết kế khâu nhận diện sản phẩm

Trên thực tế có rất nhiều hệ thống sử dụng các khâu nhận diện khác nhau như nhận diện theo màu sắc, kích thước, khối lượng, Tuy nhiên, yêu cầu đặt ra gồm các sản phẩm đã được đóng gói và được phân loại đến từng khu vực ngẫu nhiên tùy theo kích cỡ Vì vậy, nhóm lựa chọn nhận diện sản phẩm bằng cách đọc và kiểm tra mã Code được đính kèm sau khi sản phẩm được đóng gói

Sau khi lựa chọn khâu nhận diện sản phẩm nhóm đưa ra hai cách để xử lý việc đọc và kiểm tra mã Code là sử dụng giải thuật xử lý ảnh hoặc sử dụng thiết bị đọc mã Code chuyên biệt Tuy nhiên, việc đọc và xử lý mã code bằng giải thuật xử lý ảnh sẽ phức tạp hơn so với việc sử dụng thiết bị chuyên biệt nên nhóm quyết định sử dụng thiết

bị đọc mã Code chuyên biệt dùng trong công nghiệp

Để tăng cường khả năng tương thích với bộ điều khiển lập trình của Mitsubishi Electric cụ thể là sê-ri iQ-R và đáp ứng độ chính xác cao, có thể xử lý được những mã code bị trầy xước, in mờ hay bị phản chiếu nhóm lựa chọn thiết bị Code Reader CF26-

LR

Hình 3.4 Code Reader CF26-LR

Máy đọc mã code CF26-LR có thông số kỹ thuật cơ bản như sau truyền thông qua Ethernet, điện áp vào 24 (V DC), sử dụng phần mềm điều khiển Cognex Dataman

3.3.3 Lựa chọn cơ cấu phân loại

Hệ thống yêu cầu tốc độ phân loại sản phẩm cao (1000 sp/h), giảm thiểu nhân công, tăng năng suất và có thể làm việc 24/24 Bên cạnh đó, cơ cấu phân loại hoạt động

ổn định trong thời gian dài Vì vậy, nhóm quyết định sử dụng cơ cấu phân loại bằng cánh tay robot Đặc điểm của 2 loại cánh tay Robot nhóm đề xuất được mô tả như sau:

- Cánh tay Robot RV-F: Robot ghép nối 6 trục nhỏ gọn với chiều dài cánh tay tối

ưu và phạm vi chuyển động rộng hơn phù hợp với các nhiệm vụ lắp ráp và xử lý phức tạp Phần thân nhỏ gọn và thiết kế cánh tay mỏng, cho phép mở rộng khu vực vận hành

và tăng cường công suất tải

- Cánh tay Robot RH-F: Đạt được tốc độ cao và độ chính xác cao với cánh tay chắc chắn và công nghệ điều khiển servo mới nhất Thích hợp cho nhiều lĩnh vực từ sản xuất

và phân loại hàng loạt yêu cầu vận hành tốc độ cao đến vận hành lắp ráp yêu cầu độ chính xác cao

Vì quy trình phân loại không quá phức tạp, khối lượng sản phẩm phân loại dưới 3kg và yêu cầu tốc độ xử lý cao nên nhóm lựa chọn cánh tay Robot dòng RF-3H

Hình 3.5 Robot RH-3FRH

Một vài thông số kỹ thuật chính của cánh tay Robot RH-3FRH gồm điện áp đầu vào 220 (VAC), công suất tải tối đa 3 (Kg), bán kính tiếp cận tối đa 450 (mm), hành trình trục Z dài 150 (mm) Tuy nhiên, vì cánh tay Robot được sử dụng có bán kính tiếp cận tối đa là 450 (mm) tức 45 (cm) và kích thước vật lớn nhất theo yêu cầu là (15x10x10) (cm) nên hệ thống phân loại tối đa 4 sản phẩm theo 4 khu vực khác nhau Tùy theo số lượng sản phẩm yêu cầu sẽ có các lựa chọn cánh tay Robot với bán kính tiếp cận khác nhau như loại RH-6FRH có bán kính tiếp cận 550 (mm), RH-12FRH có bán kính tiếp cận 1000 (mm).[7]

3.3.4 Bộ điều khiển Robot

Hiện nay, bộ điều khiển Robot có 2 dòng sản phẩm chính gồm bộ điều khiển loại

Q và bộ điều khiển loại D Đặc điểm của 2 loại được mô tả như sau:

- Loại Q: Tương thích với "Nền tảng iQ", bộ điều khiển này tích hợp liền mạch giữa nhiều bộ điều khiển khác nhau tại cơ sở sản xuất, HMI, môi trường kỹ thuật và mạng Cấu hình nhiều CPU cải thiện đáng kể sự tương đồng giữa các thiết bị FA, cho phép thực hiện điều khiển tinh vi và quản lý thông tin nhanh chóng và dễ dàng

- Loại D: Đây là một bộ điều khiển độc lập, tương tự như các loại thông thường

Bộ điều khiển robot có thể được sử dụng như điều khiển tập trung để xây dựng cơ sở Các giao diện khác nhau như là một tính năng tiêu chuẩn để xây dựng một hệ thống phù hợp nhất với ứng dụng của khách hàng

nhóm lựa chọn bộ điều khiển loại Q Model CR800-R và Robot CPU (4F-R16RTCPU)

để giao tiếp với bộ điều khiển khả trình iQ

Bộ điều khiển này tương thích với "Nền tảng iQ", tích hợp liền mạch các bộ điều khiển khác nhau được sử dụng trong một trang sản xuất với HMI, môi trường kỹ thuật

và mạng Nó sử dụng cấu hình đa CPU giúp cải thiện đáng kể khả năng tương tác với thiết bị FA và cũng cung cấp khả năng kiểm soát chính xác cao và quản lý thông tin nhanh chóng nhưng đơn giản Thông số kỹ thuật được tóm tắt như Bảng 3.2

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật bộ điều khiển Robot

Điện áp nguồn 200 - 230 VAC Dung lượng bộ

nhớ

Số điểm dạy 39000

Số chương trình 512 Phần mềm lập trình RT ToolBox3 Ngôn ngữ lập trình MELFA-BASIC V/VI Khối lượng (kg) Xấp xỉ 12.5

Cổng truyền

thông

Ethernet

1 chuyên dụng T/B: 100BASE-TX/ 10BASE-T

1 for customer: 1000BASE-T/100BASE TX/10BASE-T

USB 1 của bộ điều khiển lập trình Robot

3.3.5 Lựa chọn băng tải vận chuyển

Sản phẩm của đề tài gồm những hộp giấy kích thước 15x10x10 (cm) được đóng kín, đã được dán mã code theo khu vực và yêu cầu sản phẩm giữ được vị trí suốt quá trình di chuyển để có thể đọc code chính xác Vì vậy, nhóm lựa chọn băng chuyền có các thông số như chiều dài băng tải 90 (cm), chiều rộng mặt băng tải 16 (cm), chất liệu dây băng tải PVC (xanh đậm)

Hệ thống phân loại yêu cầu sự chính xác trong khâu vận chuyển, sản phẩm chính của hệ thống gồm những hộp giấy carton trọng lượng không quá lớn Vì vậy, nhóm lựa chọn động cơ điện Mitsubishi SF-JR 1/4HP 4P để kéo băng tải phục vụ quá trình vận chuyển sản phẩm

Hình 3.6 Động cơ điện Mitsubihi SF-JR 1/4HP 4P

Thông số kỹ thuật động cơ Mitsubishi SF-JR 1/4HP 4P gồm điện áp vào: 3 pha

380 (V AC), 4 cực, dòng ra 0.64 (A), tốc độ quay 1430 (r/min)

Hình 3.7 Biến tần Mitsubishi FR-A820-00046(0.4K)

Thông số kỹ thuật cơ bản biến tần FR-A820-00046 có công suất 0.4 (kW), điện áp nguồn 3 pha 220 (V AC), tần số hoạt động 50/60 (Hz), truyền thông qua cổng Ethernet, USB, điện áp chân điều khiển 24 (V DC), phần mềm điều khiển FR Configurator

3.3.8 Lựa chọn thiết bị truyền động

Dựa vào bảng phân loại và băng chuyền vận chuyển sản phẩm lựa chọn có kích thước nhỏ, yêu cầu hệ thống chỉ cần đẩy sản phẩm đi hết băng tải nên nhóm lựa chọn cơ cấu truyền động khí nén để giảm thiểu chi phí nhưng vẫn đạt được hiệu quả cao

3.3.8.1 Lựa chọn xi-lanh phân loại sản phẩm lỗi

Sau khi quá trình đọc và kiểm tra lỗi mã code hoàn thành, những sản phẩm với

mã code hoàn chỉnh sẽ được đưa đến khu vực cánh tay Robot để phân loại, đối với những

mã code lỗi nhóm sử dụng một xi-lanh khí nén để đẩy vật sang khu vực sản phẩm lỗi để nhân viên kiểm tra Dựa vào bề rộng của mặt băng tải nhóm lựa chọn xi-lanh khí nén MAL16x200 có các thông số như hành trình 200 (mm), áp suất vận hành 0.1-0.9 (Mpa), nhiệt độ hoạt động -5~70OC

Hình 3.8 Xi-lanh MAL16x200

3.3.8.2 Lựa chọn xi-lanh cố định sản phẩm

Để đảm bảo cho cánh tay Robot có thể hút chính xác vật trong quá trình phân loại,

hệ thống được trang bị 2 xi-lanh TN/TDA20x100 để cố định sản phẩm tại một vị trí cố định Thông số kỹ thuật của xi-lanh TN/TDA20x100 bao gồm hành trình 100 (mm), áp suất vận hành 0.1-0.9 (Mpa), nhiệt độ hoạt động -5~70OC

Hình 3.9 Xi-lanh TN/TDA20x100

Để điều khiển xi-lanh hoạt động bằng PLC cần có các van điện từ khí nén để thực hiện thực hiện công việc đóng hay mở đường dẫn khí nén Ngoài ra thì van còn được sử dụng điều chỉnh hướng đi của khí nén được chính xác hơn Vì hệ thống sử dụng xi-lanh tác động kép nên nhóm lựa chọn van 5/2 AIRTAC 4V210-08 Thông số kỹ thuật của van 5/2 AIRTAC 4V210-08 như áp suất vận hành 1.5-8 (Kg/cm2), điện áp vào 24 (V DC), điều khiển vị trí 2 vị trí (hết hành trình và về hết hành trình)

Hình 3.11 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4

đối tượng phát hiện dạng vật, điện áp làm việc 6-36 (V DC), ngõ ra NPN, dòng kích ngõ

ra 300 (mA)

Hình ảnh 3.12 minh hoạ sơ chân của cảm biến quang E3F- DS304

Hình 3.12 Sơ đồ chân cảm biến quang E3F-DS30C4

3.3.10 Lựa chọn cơ cấu giám sát

Dựa vào yêu cầu của hệ thống gồm 2 chế độ, nhóm đưa ra những phương án sau:

Sử dụng máy tính để giám sát hệ thống, máy đọc mã code bằng tay làm phương án dự phòng và sử dụng màn hình HMI giám sát và xử lý bằng cách cho phép người dùng nhập

mã hàng hóa trực tiếp lên màn hình HMI để hệ thống tiếp tục phân loại trong quá trình giải quyết vấn đề vận hành của máy đọc mã code Ưu nhược điểm của 2 phương án trên được trình bày trong Bảng 3.3

Bảng 3.3 So sánh ưu nhược điểm giám sát bằng máy tính và màn hình HMI

Ưu điểm Tiết kiệm giá thành, kết nối đơn giản

Có thể giải quyết được trường hợp yêu cầu hệ thống đề ra, dễ dàng giám sát tại hệ thống

Nhược điểm

Không giải quyết được trường hợp yêu cầu của hệ thống cần mua thêm thiết bị đọc mã code bằng tay, không thể giám sát tại hệ thống

Chi phí lắp đặt, phần mềm lập trình riêng biệt