Hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc

Hiện nay đất nước ta đang trong sự phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

BẰNG MÀU SẮC

Ngành: Kỹ thuật điện – điện tử

Chuyên ngành: Điện công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn: Nghiêm Hoàng Hải

Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp:

TP Hồ Chí Minh, 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 202…

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CÁM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật Trong thời gian học tại trường, thầy cô đã tận tình dạy bảo, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm và động lực trong quá trình học tập

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nghiêm Hoàng Hải đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài Trong quá trình thực hiện đồ án, thầy luôn tạo điều kiện và có những hướng dẫn giúp chúng

em làm việc khoa học và hiệu quả, giúp chúng em không những hoàn thành tốt đồ

án này mà còn có những trải nghiệm, hình thành dần tác phong nghề nghiệp cho sau này

Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn cùng lớp đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài Xin chân thành cảm ơn!

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Kỳ 18DDCA2 MSSV: 1811021041 Hoàng Văn Trọng 18DDCA2 MSSV: 1811022227 Tóm tắt đồ án tốt nghiệp:

1 Giới thiệu về đề tài:

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện

tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Hiện nay đất nước ta đang trong sự phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dáng, kích thước, trọng lượng, màu sắc, Hiểu biết được những vấn đề trên, chúng em đã cân nhắc để đưa ra quyết định thực hiện đề tài

“ Phân loại sản phẩm theo màu sắc ” nhằm giảm chi phí nhân công cũng như rút ngắn tối đa thời gian đem lại năng suất cao cho người trồng táo trong giai đoạn thu hoạch

2 Nội dung thực hiện

- Bản thuyết minh đồ án tốt nghiệp

- Mô hình: 1 mô hình hệ thống phân loại sản phẩm

3 Kết quả

- Thiết kế được hệ thống phân loại sản phẩm hoàn chỉnh

- Hệ thống hoạt động chính xác và ổn định

- Dễ dàng vận hành và sử dụng

ABSTRACT

Title of the project:

Design and manufacture of a product classification system by color

Student: Nguyen Thanh Ky 18DDCA2 MSSV: 1811021041

Hoang Van Trong 18DDCA2 MSSV: 1811022227

Summary of the graduation project:

1 Introduction on topic:

Today, along with the development of science and technology, electronic engineering in which automatic control plays a very important role in all fields of science and technology, management, industrial automation, providing information Therefore, we must grasp and apply it effectively in order to contribute to the development of world science and technology in general and to the development of automatic control techniques in particular

Currently, our country is in the development and integration, so the products produced not only meet the quality standards but also require high accuracy in shape, size, weight Quality, color, Understanding the above issues, we have considered to make the decision to implement the topic "Classifying products by color" in order to reduce labor costs as well as shorten the minimum time Multi-season brings high yield to apple growers during the harvest period

2 Content of implementation

- Explanation of graduation project

- Model: 1 model of product classification system

3 Results

- Design a complete product classification system

- The system works accurately and stably

- Easy to operate and use

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

1.1 Xu thế sử dụng dây chuyền phân loại sản phẩm trong sản xuất 2

1.2 Ứng dụng xu thế trong bài toán thực tế 4

1.3 Mục tiêu mô hình 10

1.4 Nội dung nghiên cứu 10

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống phân loại sản phẩm 12

2.2 Băng tải 14

2.3 Khối xi lanh khí nén 17

2.3.1 Xi lanh khí nén 18

2.3.2 Van điện từ (Van khí nén) 20

2.3.3 Máy nén khí và bình trích chứa khí nén 22

2.3.4 Ống dẫn khí & Van tiết lưu 23

2.4 Cảm biến màu sắc TCS230-Chống nhiễu 24

2.5 ADRUINO UNO R3 28

2.6 Bộ điều khiển logic khả trình PLC 31

2.7 Cảm biến quang 38

2.8 RELAY (Rơle) 41

Chương III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 43

3.1 Cấu trúc hệ thống 43

3.2 Lựa chọn thiết bị 44

3.3 Xây dựng khối băng tải và cơ cấu chấp hành 45

3.4 Lập trình hệ thống nhận dạng màu sắc 46

3.5 Lập trình điều khiển PLC 52

3.6 Bản vẽ kỹ thuật và mạch điện 54

Chương IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 60

Code lấy mẫu các giá trị màu sắc sản phẩm nhận dạng: 60

Code PLC 67

Hình 1.1.1: Dây chuyền phân loại hoa qua theo màu sắc 2

Hình 1.1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch được sử dụng ở GHN 4

Hình 1.2.1: Các quá trình thuộc công đoạn tiền xử lý vải nhuộm 6

Hình 1.2.2: Quá trình nhuộm/in vải 7

Hình 1.2.3: Quá trình hoát tất vải nhuộm 8

Hình 1.2.4: Vải nhuộm có thể đem đi sử dụng sau giai đoạn hoàn tất vải 9

Hình 1.2.5: Vải được đưa vào máy đếm 10

Hình 1.2.6: Vải được lưu trữ tại kho 10

Hình 2.1: Cấu trúc tổng quát hệ thống phân loại sản phẩm 12

Hình 2.2.1: Băng tải 14

Hình 2.2.2: Cấu tạo băng tải 15

Hình 2.3.1: Cấu tạo xi lanh khí nén 19

Hình 2.3.2.1: Van khí nén 5/2 Airtac 21

Hình 2.3.2.2: Kí hiệu van khí nén 5/2 21

Hình 2.3.3: Máy nén khí và bình trích khí nén 23

Hình 2.3.4: Ống dẫn và van (Internet) 24

Hình 2.4.1: Cảm biến màu sắc TCS230 V2-Chống nhiễu 25

Hình 2.4.2: Cấu trúc của TCS230 V2 26

Hình 2.4.3: Cấu trúc khối photodie của TCS230 27

Hình 2.5.1: Arduino Uno R3 29

Hình 2.5.2: Các chân nguồn trên Arduino 30

Hình 2.6.1: PLC MITSUBISHI FX1S 14MR 32

Hình 2.6.2: Cấu tạo cơ bản của PLC 34

Hình 2.6.3: Cấu trúc khối CPU PLC 36

Hình 2.6.4: Sơ đồ vòng quét thực hiện của PLC 38

Hình 2.7.1: Cấu tạo của cảm biến quang 39

Hình 2.7.2: Cảm biến E3F-DS30C4 40

Hình 2.8: Module Relay 41

Hình 3.1: Cấu trúc hệ thống của mô hình 43

Hình 3.3: Vị trí lắp đặt các thiết bị trên băng tải 46

Hình 3.4.1: Lưu đồ thuật toán quá trình lấy mẫu sản phẩm 47

Hình 3.4.2: Sơ đồ đầu nối TCS230 vs Adruino Uno 48

Hình 3.4.3: Lưu đồ thuật toán nhận dạng và gửi tín hiệu của Adruino 49

Hình 3.4.4: Giao diện lập trình trên Adruino 51

Hình 3.5.1: Lưu đồ thuật toán lập trình PLC 52

Hình 3.4.5: Các giá trị tần số được hiển thi qua cửa sổ Serial Monitor trên Adruino IDE 51

Hình 3.5.2: Giao diện lập trình PLC của hãng Mitsubishi được thực hiện bằng phần mềm GX- Work2 53

Hình 3.6.1: Bản vẽ kỹ thuật 54

Hình 3.6.2:Mạch động lực 54

Hình 3.6.4: Hình ảnh sản phẩm 55

Hình 4.1: Tủ điện 56

Hình 4.2: Mô hình phân loại thực tế 57

Bảng 2.1.2 Phân loại băng tải 15

Bảng 2.3 Phân loại xi lanh 17

Bảng 2.3.1 Sơ đồ chân TCS230 25

Bảng 2.3.2 Mode bộ lọc của chân S2, S3 TCS230 27

Bảng 2.3.3 Bảng chọn tỉ lệ chuyển đồi tần số ra của TCS230 27

Bảng 2.7 Thông số cảm biến E3F-DS30C4 40

Bảng 2.6.2a Thông số kỹ thuật Module Relay 42

Bảng 2.6.2b Bảng chức năng chân Module Relay 42

Bảng 3.1 Thống kê thiết bị 45

Bảng 3.4 Bảng đấu nối chân TCS230 vs Adruino 48

Bảng đấu nối 50

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại hiện nay cùng với sự công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhiều ngành công nghiệp phục vụ quá trình công nghiệp phát triển của đất nước Như khai thác khoáng sản vận chuyển nguyên vật liệu trong các bến cảng, trong các nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển các vật liệu rời nhờ những ưu điểm là có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa, làm việc êm năng suất cao và tiêu hao năng lượng thấp Chính nhờ những ưu điểm đó mà băng tải được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khai thác hầm mỏ, bến cảng Mặt khác yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Chính vì vậy công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Nhờ những đặc tính nổi trội mà PLC có thể được ứng dụng vào rất nhiều ngành cũng như các công đoạn sản xuất khác nhau Một trong số đó là công đoạn phân loại sản phẩm – 1 công đoạn hoàn toàn có thể làm thủ công nhưng với sự trợ giúp của PLC thì năng suất cũng như hiệu quả được tăng lên gấp bội Và cũng chính vì vậy

mà em quyết định thực hiện bài đồ án với đề tài “thiết kế mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC” Thông qua bài đồ án này, em có cơ hội tiếp cận

và sử dụng PLC; đồng thời em cũng có được những trải nghiệm thực tế vô cùng hữu ích trong quá trình làm đồ án Nó giúp em củng cố vững chắc hơn nữa về những gì

đã được học trong nhà trường và phát triển hơn các kỹ năng làm việc thực tế Đề tài được trình bày gồm 4 chương và phần kết luận:

Chương 1: Giới thiệu về dây chuyền phân loại sản phẩm

Chương 2: cấu trúc và các thiết bị trong hệ thống

Chương 3: Thiết kế xây dựng mô hình

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương I: GIỚI THIỆU

1.1 Xu thế sử dụng dây chuyền phân loại sản phẩm trong sản xuất

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng tự động hóa chính là xu thế chung của ngành công nghiệp Hòa chung vào các quá trình trình tự động, thì khâu phân loại sản phẩm trong các ngành sản xuất cũng được chú ý đưa vào sử dụng Việc sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm giúp cho việc tiết kiệm công sức & nguồn lao động, đồng thời nâng cao năng suất

và chất lượng sản phẩm Nó còn mang nhiều ưu điểm hơn khi thay cho việc phân loại thủ công với một số ngành nghề sản xuất các sản phẩm có chứa chất độc hại (hóa chất, phân đạm, nhuộm,…) ảnh hưởng tới sức khỏe hoặc các ngành nghề yêu cầu việc sắp xếp có độ chính xác cao (sản xuất linh kiện,…)

Hình 1.1.1: Dây chuyền phân loại hoa quả theo màu sắc (Internet)

Dây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó các bộ phận, thiết bị được

thiết kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước

Dây chuyền phân loại sản phẩm là dây chuyền mà trong đó sản phẩm có những đặc điểm chung sẽ được phân ra thành từng loại tùy theo yêu cầu (các sản phẩm phân loại có cùng màu sắc, cùng kích thước, khối lượng,…)

Tùy theo yêu cầu sản xuất trong thực tế mà người ta phân ra các hình thức phân loại sản phẩm như:

 Phân loại sản phẩm theo kích thước (cao-thấp, dài ngắn)

 Phân loại sản phẩm theo khối lượng

 Phân loại sản phẩm theo hình ảnh

 Phân loại sản phẩm theo màu sắc

 Phân loại sản phẩm dựa trên mã vạch

(Trích dẫn tài liệu tham khảo số 6)

Đặc điểm chung của các hình thức phân loại đó là việc điều khiển đều sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC

Phân loại theo kích thước sản phẩm: Kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến quang, hồng ngoại để phát hiện và só sánh kính thước của sản phẩm, sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện ra lệnh các chức năng điều khiển theo yêu cầu Hình thức phân loại theo kích thước thường được ứng dụng trong các nhà máy đóng chai, đóng hộp với ưu điểm là chi phí cảm biến thấp, dễ lắp đặt và vận hành

Phân loại theo khối lượng sản phẩm: Kiểu phân loại sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng – nhẹ, so sánh xem có đủ khối lượng yêu cầu để phân loại hay chưa… sau đó tín hiệu cũng được đưa về PLC và PLC thực hiện các chức năng điều khiển, phân loại Phạm vi ứng dụng thường là các nhà máy sản xuất

xi măng, phân bón hay các nhà máy sản xuất sản phẩm dưới dạng đóng gói bao bì cần khối lượng chính xác

Phân loại theo màu sắc sản phẩm: Kiểu phân loại sử dụng các cảm biến màu sắc

(các cảm biến có thể nhận biết màu riêng biệt như đen, trắng, đỏ, vàng, lục,…) Sau

đó tín hiệu phát hiện màu sắc cũng được gửi về PLC và PLC tiến hành các chức năng giống như các hình thức trên Hình thức phân loại này thường ứng dụng trong công nghiệp sản xuất vải nhuộm, sản xuất màu, …

Phân loại theo hình ảnh sản phẩm: Khác với hình thức phân loại theo màu sắc, phân loại theo hình ảnh sử dụng camera để chụp sản phẩm thay vì sử dụng các các cảm biến màu sắc Các hình ảnh của sản phẩm được chụp qua camera nhận dạng sẽ được so sánh với ảnh gốc để phân biệt sản phẩm thuộc loại nào Phạm vi ứng dụng thường là các nhà máy sản xuất gạch, đá

Phân loại theo mã vạch sản phẩm: Kiểu phẩn loại sử dụng máy đọc mã vạch hoặc

là camera nhận dạng mã vạch Phạm vi ứng dụng chủ yếu là trong bưu chính, vận tải, chuyển phát, …

Hình 1.1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch được sử dụng ở GHN

(Internet)

1.2 Ứng dụng xu thế trong bài toán thực tế

Mặc dù việc ứng dụng hệ thống phân loại sản phẩm tự động ngày càng trở nên

phổ biến nhưng ngoại trừ một số ngành nghề yêu cầu hệ thống phân loại phức tạp, thì đa số các doanh nghiệp vẫn sử dụng lao động thủ công cho việc phân loại để đảm bảo lợi kinh tế Bởi lẽ việc đầu tư một hệ thống tự động hoàn toàn cũng như được nhập khẩu nguyên từ nước ngoài có chi phí rất cao, trong khi dây chuyền máy móc sản xuất chính trong các doanh nghiệp trong nước hầu hết là các công nghệ cũ sau 1,2 thế hệ Việc nâng cấp dây chuyền chính trong từng ngành sản xuất sẽ được

ưu tiên hơn

Qua việc tìm hiểu và nghiên cứu từ các thông tin qua mạng chúng em đã được biết đến các quá trình tự động được áp dụng trong quy trình nhuộm Một trong những khâu tự động đó là quá trình đóng gói sản phẩm: sản phẩm vải nhuộm sau được đưa vào máy đếm và đóng trục, sau đó băng tải sẽ vận chuyển các trục vải đến các thùng chứa rồi chuyển đi tới kho Nhận thấy hệ thống băng tải có thể cải tiến, giúp phân loại các sản phẩm vải nhuộm với các màu sắc khác nhau thành từng màu giúp cho việc sắp xếp dễ dàng Từ đó chúng em có ý tưởng xây dựng mô hình băng chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc với sản phẩm chính ở đây là vải nhuộm

Dưới đây là quy trình công nghệ quá trình nhuộm vải PES/CO tại nhà máy Dệt Phú Thọ:

Giai đoạn tiền xử lí vải:

Hình 1.2.1: Các quá trình thuộc công đoạn tiền xử lý vải nhuộm

(Internet)

Gồm các quá trình: xử lí vải mộc, nấu tẩy, nhuộm hoặc làm bóng (với vải giữ nguyên màu) với mục đích loại bỏ các tạp chất của vải trước khi nhuộm

Vải mộc sau khi kiểm tra sẽ được nối thành các đầu tấm và đưa vào các máy JET

để thực hiện công đoạn nấu – tẩy

Vải mộc là thành phẩm sau quá trình dệt từ sợi Trong còn chứa nhiều tạp chất như: dầu mỡ, hợp chất nitơ, chất tĩnh điện, đường và axit hữu cơ nền cần phải thực hiện các quá trình làm sạch hóa học đó để loại bỏ tạp chất

Nấu – tẩy: Vải mộc sau khi đã được kiểm tra được vào được vào máy JET để nấu tẩy, người ta sử dụng công nghệ nấu tẩy kết hợp đồng thời để tiết kiệm thời gian, điện, nước và hơi Công đoạn này ngoài việc loại bỏ các tạp chất của vải mộc còn giúp cho xơ bông trương nở đều và xốp để dễ thấm nước, thấm mồ hôi, dễ nhuộm màu và đều màu và sâu màu hơn

Làm bóng: Quá trình tẩy trắng hay làm bóng giúp cho vải tăng thêm độ sáng Sau công đoạn nấu tẩy, tuy các chất màu thiên nhiên của trong đã bị phá hủy và vải đã đạt độ trắng 82-85%, song với các màu hàng để trắng thì các chỉ tiêu này vẫn chưa

đạt yêu cầu Nên sẽ sử dụng thêm các chất hòa tan trong nước và phân li thành ion để tăng độ trắng quang học

Giai đoạn nhuộm, in:

Vải sẽ được vào máy nhuộm sẽ được tiến đưa vào nhuộm Dưới dưới nhiệt độ và

độ ẩm cao (khoảng 130-150 độ C) Vải sẽ ngấm thuốc nhuộm và thay đổi màu sắc tự nhiên

Sau các quá trình nấu, tẩy, làm bóng, nhuộm và in thì đều phải giặt vải, với mục đích loại bỏ các chất thừa sau mỗi công đoạn

Hình 1.2.2: Quá trình nhuộm/in vải (Internet)

Gia đoạn hoàn tất vải

Hình 1.2.3: Quá trình hoát tất vải nhuộm (Internet)

Sau quá trình nhuộm, kết hợp với các phương pháp hóa học, vải sẽ được chuyển qua các công đoạn của quá trình hoàn tất bao gồm: vắt (sấy), văng khổ (văng sấy định hình) và cán nỉ với mục đích định hình lại khổ vải và giúp cho vải có chất lượng mềm , mịn theo yêu cầu

Quá trình sấy: Vải sẽ được đưa vào máy vắt ly tâm giúp giảm độ ẩm và khối lượng vải khi vẫn còn ngấm nước xuống mức yêu cầu Vải chất vào thùng hình trụ, thùng có đục nhiều lỗ và đặt vào máy Khí máy chạy, thùng chứa vật liệu quay tròn xung quanh trục, nhờ lực ly tâm tác động lên vải, phần nước không liên quan chặt chẽ với vật liệu sẽ bị văng ra khỏi vải qua các lỗ thủng

Quá trình văng sấy định hình: Quá trình giúp gỡ xoắn vải, đưa vải từ hình dạng xoắn thành dạng phẳng, tạo khổ vải thành phẩm hợp lí với mật độ ngang dọc theo yêu cầu

Quá trình hồ mềm và cán nỉ: Quá trình giúp vải có thêm các tính chất mới như: mặt vải phẳng, mịn, mất đi nếp nhăn trong quá trình giặt và giúp vải có khả năng phản xạ ánh sáng tốt hơn

Kết thúc quá trình hoàn tất vải, có thể coi như vải nhuộm là thành phẩm cuối cùng trong quá trình nhuộm Bước cuối cùng là vải sẽ được đếm số mét và tiến hành

đóng bọc nilon

Hình 1.2.4: Vải nhuộm có thể đem đi sử dụng sau giai đoạn hoàn tất vải (Internet)

Giai đoạn đóng gói sản phẩm:

Quá trình đóng gói sản phẩm là công đoạn đưa vải vào máy đếm vải Máy sẽ đếm

số met vải và có thể cắt vải theo ý muốn Vải qua máy đếm sẽ được cuộn tròn lại thành các trục, đóng gói và được đưa lên băng tải để di chuyển tới thùng chứa (xe đẩy có bánh lăn) Người công nhân xe di chuyển các thùng chứa này đến kho để lưu trữ vải

Hình 1.2.5: Vải được đưa vào máy đếm (Internet)

Hình 1.2.6: Vải được lưu trữ tại kho (Internet)

Do các cuộn vải sau khi nhuộm có màu sắc đa dạng Nên việc có thể phân loại chúng thành từng màu dựa trên băng chuyền vận chuyển sẵn có rồi đưa vào một thùng chứa riêng sẽ thuận tiện cho việc sắp xếp và thống kê số lượng sản phẩm ở kho sau này Để công việc phân loại sản phẩm được thực hiên một cách dễ dàng và giảm thiểu chi phí vận hành chúng em có ý tưởng xây dựng mô hình “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” và sản phẩm trực tiếp ở đây là vải nhuộm

1.3 Mục tiêu mô hình

 Hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo 3 loại: đỏ, xanh dương, xanh lá

 Hệ thống hoạt động ổn định, có độ tin cậy cao

 Chi phí lắp đặt phù hợp, chi phí vận hành thấp

 Có thể dễ dàng tùy chỉnh, thay đổi màu sắc hệ thống cần nhận dạng

1.4 Nội dung nghiên cứu

 Tổng quan về hệ thống băng tải, hệ thống khí nén, các thiết bị như relay cảm biến,…

 Tìm hiểu về cảm biến màu sắc TCS230

 Tìm hiểu cấu trúc cơ bản và nguyên lí làm việc của PLC

 Thiết kế, thực hình mô hình với lập trình PLC & Adruino

Chương II: CẤU TRÚC VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ

THỐNG

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống phân loại sản phẩm

Hình 2.1: Cấu trúc tổng quát hệ thống phân loại sản phẩm

Một hệ thống phân loại sản phẩm có thể chia làm 5 khối

Khối nguồn: Các nguồn điện 220VAC, 24VDC,5VDC,… có chức năng cung cấp điện áp cho các thiết bị trong hệ thống có thể hoạt động

Khối vận tải: Thường là băng tải và động cơ, có chức năng vận chuyển các sản phẩm được đưa lên băng tải và đi hết hành trình

Khối nhận dạng: Gồm các cảm biến hoặc camera nhận dạng Với bài toán phân loại theo kích thước sẽ sử dụng cảm biến quang, phân loại theo khối lượng sẽ dụng cảm biến trọng lượng, phân loại theo màu sắc sẽ sử dụng cảm biến màu sắc còn bài toán nhận dạng hình ảnh và mã vạch sẽ dụng camera

Khối có chức năng nhận dạng sản phẩm cần phân loại và sau đó gửi tín hiệu

về khối điều khiển

Khối điều khiển: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC, có chức năng nhận tín hiệu từ khối nhận dạng và tiến hành đưa ra các chức năng điều khiển cho khối chấp hành

Khối cơ cấu chấp hành: Các cánh tay robot, hệ thống xi lanh hoặc đơn giản là các tấm chắn gạt lên xuống Khối có chức năng là đưa sản phẩm đến khu vực nơi chứa các sản phẩm phân loại

Nguyên lí hoạt động:

Khi nguồn điện được cấp, hệ thống bắt đầu hoạt động Sản phẩm được đưa lên khối vận tải và tiếp tục di chuyển qua khối nhận dạng Khối nhận dạng sẽ phát hiện được sản phẩm cần phân loại là loại nào và gửi tín hiệu về khối điều khiển Lúc này khối điều khiển sẽ ra lệnh cho khối cơ cấu chấp hành để tiến hành phân loại sản phẩm

Dựa trên cấu trúc chung, chúng em đã lựa chọn các thiết bị phù hợp cho mô hình

“phân loại sản phẩm theo màu sắc” Trong đó, khối vận tải và khối điền khiển vẫn

là băng tải và thiết bị PLC; cảm biến màu sắc TCS3200 được lập trình và nạp trên Adruino R3 có vai trò là khối nhận dạng màu sắc; còn hệ thống xi lanh khí nén sẽ

có vai trò phân loại sản phẩm Cấu tạo và chức năng cơ bản các thiết bị này sẽ được trình bày ở nội dung tiếp theo

 Có thể bảo dưỡng và sữa chữa dễ dàng

 Làm việc với hiệu suất, độ tin cậy cao

 Tiêu hao công suất so với các phương thức vận chuyển khác không lớn

Cấu tạo chung

Hình 2.2.2: Cấu tạo băng tải

Trong đó:

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ làm bộ phận trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

Phân loại:

Bảng 2.1.2 Phân loại băng tải

Loại băng tải Đặc điểm nổi bật Phạm vi ứng dụng

Băng tải cao

su

Lõi thép làm nên đặc tính cơ cho sản phẩm, đồ bền kéo và độ dãn dài 2 loại lưới dệt và lưới thép thường được sử dụng

Thường được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp sản xuất gạch, ngói, xi măng

Hai lớp cao su, một lớp bao phủ ở trên và một lớp dưới băng tải để bảo vệ lõi thép và đặc tính của băng

 Đảm bảo điều kiện làm việc an toàn dưới điều kiện làm việc khắc nghiệt

Đặc biệt là ngành khai thác than, khoáng sản,

Băng tải con

lăn

Được chia làm 4 loại khác nhau:

Con lăng inox: Có khả năng chống

rỉ và không bị bào mòn Con lăn thép mạ kẽm: Hoạt động bền bỉ nhờ cấu tạo làm bằng ống thép mạ kẽm cùng với vòng bi chuyên sử dụng giữ được dầu mỡ Con lăn nhựa: Khả năng chịu ăn mòn, mài mòn tốt và trọng lượng nhẹ do cấu tạo vỏ ngoài được bọc nhựa Con lăn thép: Có khả năng biến đổi và chịu tải lớn Đồn thời

có khả năng chống bám bụi, mài mòn cũng như

điều kiện khắc nhiệt

Sử dụng chủ yếu cho công nghiệp thực phẩm, nhiệm

vụ vận chuyển các sản phẩm, giá đỡ thùng hàng

Băng tải xích Thích hợp với điều kiện môi trường

nhờ sức chịu đựng từ vật liệu inox Chịu được sự khắc nghiệt, bào mòn

do kết cấu vững chắc

Dùng trong các ngành công nghiệp thực phẩm: tươi sống, đã chế biến an toàn vệ sinh

Băng tải xoắn

ốc

Được lắp dạng thẳng đứng sử dụng

độ xoắn và góc nghiêng để vận chuyển từ trên cao xuống theo phương thẳng đứng

Dùng trong công nghiệp thực phẩm: nước uống, bao

Dùng trong hầu hết ngành công nghiệp

(Trích dẫn tài liệu tham khảo 3)

Phương án lựa chọn:

Với những ưu điểm là tốc độ vận chuyển khá nhanh, gọn nhẹ và không yêu điều kiện môi trường vận tải khắc nghiệt nên phương án lựa chọn băng tải mini khá phù hợp

2.3 Khối xi lanh khí nén

Trong các bài toán phân loại sản phẩm thông thường, cơ cấp chấp hành thường được sử dụng là các xi lanh Nó nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải Việc sử dụng hệ thống xi lanh khí nén được sử dụng trong mô hình với những ưu điểm nổi bật:

 Tác động lực mạnh nhờ áp suất khí nén

 Hệ thống khí nén sạch sẽ hơn thủy lực

 Giá thành lắp đặt vừa phải

Bảng 2.3 Phân loại xi lanh

Thủy lực +Tác động lực mạnh,

công suất lớn +Có thể kiểm soát quá tải bằng lắp các van an toàn

+Vận tốc tiến lùi của xilanh sẽ thay đổi khi phụ tải thay đổi +Bị giảm hiệu suất do

sự rò rỉ dầu của đường ống

lượng khí nén đạt vận tốc lớn

+Hệ thống khí nén sạch

sẽ +Chi phí lắp đặt phù hợp

+Tác động mạnh hơn so với xi lanh điện

+Kết cấu phức tạp hơn

xi lanh điện do cần thêm hệ thống khí nén +Bị giảm hiệu suất do

rò rỉ khí nén

không cần phải có hệ thống khí nén hay thủy lực

+Giá thành cao +Lực tác động phụ thuộc vào công suất động cơ

2.3.1 Xi lanh khí nén

Định nghĩa

Xi lanh là thiết bị trong hệ thống khí nén Nó đóng vai trò chấp hành quan trọng khi chuyển hóa nguồn năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện tác động lực đóng, mở, kéo, ép,… tùy vào công việc thực tế

Cấu tạo:

Cũng giống như các thiết bị khác, xi lanh khí nén được cấu thành từ nhiều bộ phận như: ty, nòng, thân trụ, cửa cáp khí vào, cửa cấp khí ra, phớt, … Tất cả các chi tiết, cửa khí, lỗ ren hay lỗ vít đều được gia công tỉ mỉ

Hình 2.3.1: Cấu tạo xi lanh khí nén (Internet)

Để có thể điều chỉnh tốc độ xi lanh, người dùng có thể điều khiển, đảo chiều khí

Phân loại:

Do nhu cầu ngày càng tăng cao thúc đẩy các hãng sản xuất nghiên cứu & chế tạo các loại xi lanh với kiểu dáng, chất liệu, kiểu tác động, kích thước đa dạng hơn Tuy nhiên ta có thể chia làm 2 loại: Xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép + Xi lanh khí nén tác động đơn hay còn được gọi là xi lanh khí nén 1 chiều Đây là loại xi lanh thông dụng, sử dụng áp suất của khí nén để tạo lực cho piston di chuyển

từ trong ra ngoài và có một lò xo để hồi về vị trí ban đầu Tác dụng của khí nén làm

xi lanh sinh ra công, đi vào từ 1 phía Còn để piston lùi về được thì nhờ sử dụng của lực đẩy lò xo

+ Xi lanh khí nén tác động kép hay còn gọi là xi lanh khí nén 2 chiều Nó cũng sử dụng áp suất khí khí nén để đẩy piston ra và hồi về vị trí ban đầu Trên thân xi lanh,

có thể nhận ra 2 cửa khí với 1 cửa cấp cho xi lanh tiến, 1 cửa cấp cho xi lanh lùi tạo nên lực đẩy piston ở 2 phía

2.3.2 Van điện từ (Van khí nén)

… dựa trên số cửa van và số vị trí truyền động ở thân van

Van khí 5/2

Là loại van được sử dụng rộng rãi, dùng để điều khiển loại xi lanh khí nén 2 chiều, tác động kép

Van được gọi là 5/2 vì cấu tạo gồm có 5 cửa dẫn khí và điều khiển được 2

vị trí của xi lanh (vị trí đi hết hành trình và vị trí ban đầu hành trình)

Hình 2.3.2.1: Van khí nén 5/2 Airtac (Internet)

Hình 2.3.2.2: Kí hiệu van khí nén 5/2 (Internet)

Cấu tạo:

Gồm 5 cổng:

+ 1 cổng đưa áp suất vào: thường được kí hiệu là P hoặc 1, có nhiệm vụ đưa áp suất từ máy nén khí vào thông qua cổng

+ 2 cổng kết kết nối: thường được kí hiệu là A và B hoặc 2 và 4, có nhiệm vụ kết nối ống dẫn khí tới 2 cổng dẫn khí và thoát khí của xi lanh 1 cổng kích hoạt xi lanh thụt ra và 1 cổng kích hoạt xi lanh rút về

+ 2 cổng xả: thường được kí hiệu là R và S hoặc 3 và 5, có nhiệm vụ đưa áp suất (hơi) trong xi lanh được ra xả ngoài thông qua 2 cổng

(Trích dẫn tài liệu tham khảo số 4)

Ở trạng thái bình thường khí nén không được thông qua van, các cửa 1 thông cửa

số 2, cửa số 3 đóng, cửa 4 thông với cửa số 5

Khi cấp nguồn điện 12VDC, 24VDC hoặc 110VAC, 220VAC, thì lập tức cửa 1 thông với cửa 4, cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị đóng khí sẽ đi qua van đến

xi lanh

2.3.3 Máy nén khí và bình trích chứa khí nén

Để xi lanh khí nén có thể hoạt động thì nó cần được cung cấp áp suất khí vào nhờ

hệ thống khí nén Đó là các thiết bị bao gồm máy nén, bình chứa khí nén, ống dẫn khí và các van điều tiết lưu lượng

Hình 2.3.3: Máy nén khí và bình trích khí nén (Internet)

Định nghĩa

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện

và động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

Phân loại

Theo áp suất

+Máy nén khí áp suất thuất P <= 15 bar

+Máy nén khí áp suất cao P >= 15 bar

+Máy nén khí áp suất rất cao P >= 300 theo nguyên lí hoạt động:

+Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu pitttong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít

+Máy nén khí tua bin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khi theo chiều trục

*Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lí thì cần phải có một bộ phận

lưu trữ để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ trích chứa, ngưng tự, tách nước và cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí tới bình Kích thước của bình phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thu của thiết bị sử dụng

2.3.4 Ống dẫn khí & Van tiết lưu

Hình 2.3.4: Ống dẫn và van (Internet)

Định nghĩa

Ống dẫn khí là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí tới bình trích rồi đưa đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành.Các ống dẫn khí được phân nhánh và nốt với nhau bằng các đầu nối

Van tiết lưu là thiết bị có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén dựa trên sự thay đổi tiết diện Tiết diện van được thay đổi bằng cách điều chỉnh vít làm thay đổi tiết diện khe hở

2.4 Cảm biến màu sắc TCS230-Chống nhiễu

Cảm biến màu sắc TCS320 là thiết bị đượng sử dụng để nhận biết màu sắc bằng cách đo phản xạ 3 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương Từ đó xuất ra tần số xung tương ứng với 3 màu này qua các chân tín hiệu, sau khi đo 3 tần

số xung này và qua 1 vài bước chuyển đổi, ta có được thông tin của màu sắc vật thể cần đo

(Trích dẫn tài liệu tham khảo số 5)

Hình 2.4.1: Cảm biến màu sắc TCS230 V2-Chống nhiễu (Internet)

Thông số kĩ thuật và sơ đồ chức năng chân:

LED

Tính năng

 Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao

 Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

 Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển

 Điện áp đầu vào 2.7 – 5.5VDC

Cấu tạo

Cấu tạo cảm biến TCS230 v2 gồm 2 khối: Khối ma trận photodiode và khối chuyển đổi tần số

Hình 2.4.2: Cấu trúc của TCS230 V2 (Internet)

Khối ma trận: Là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode Bao gồm 16

photodiode có thêt lọc màu xanh dương (Blue), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ (Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh là (Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear)

Tất cả các photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu

Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc khác nhau Có nghĩ là nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

Hình 2.4.3: Cấu trúc khối photodie của TCS230 (Internet)

Việc lựa chọn 4 loại bộ lọc photodiode thông qua 2 chân đầu vào S2, S3:

Bảng 2.3.2 Mode bộ lọc của chân S2, S3 TCS230

Khối chuyển đổi tần số:

Là khối có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối ma trận thành tần số

Bảng 2.3.3 Bảng chọn tỉ lệ chuyển đồi tần số ra của TCS230

sắc khách nhau, giá trị đầu ra nằm trong khoảng 2Hz – 500Khz

Ta có thể lực chọn tỉ lệ tần số ở đâu ra ở các mức khác nhau để phù hợp với phần cứng đo tần số

Ví dụ: Tần số khi : S0=HIGH S1=HIGH

– Fo=500Khz thì S0=HIGH S1=LOW – Fo=100Khz

Các vật thể có màu thông thường là các vật không tự phát ra ánh sáng, chứng chỉ

có khả năng tán xạ (hắt lại theo mọi phương) ánh sáng chiếu đến chúng

Dựa vào hiện tượng tán xạ, hấp thú ánh sáng trắng của vật thể và việc có thể tạo màu sắc từ 3 màu cơ bản Blue, Green, Red thì TCS có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode Blue, Green, Read và Clear để nhận biết màu sắc vật thể

2.5 ADRUINO UNO R3

Định nghĩa:

Adruino UNO R3 (hay kit Arduino UNO thế hệ thứ 3) là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc

Được trang bị cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ

ra vào digital I/O, ngõ ra tín hiệu PWM, ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI mà có thể coi giống như máy tính thu nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử

Ưu điểm:

 Dễ dàng lập trình so với các vi điều khiển khác

 Phần cứng và phần mềm đều là nguồn mở nên có thể tìm kiếm và tham khảo các

dự án có sẵn qua internet

 Hệ thống thư viện đa dạng với cộng đồng sử dụng lớn

Hình 2.5.1: Arduino Uno R3 (Internet)

Phạm vi ứng dụng:

 Làm robot: Adruino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ nên thường được dùng làm bộ xử lí trung tâm trong nhiều loại robot

 Làm Game tương tác: nhờ khả năng tương tác với Joystick màn hình

 Điều khiển đèn, tín hiệu giao thông

 Điều khiển các thiết bị cảm biến như ánh sáng, ân thanh

 Làm máy in 3D

 IOT