1 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kì công nghệ ngày nay, thay vì phân loại sản phẩm bằng cách thủ công tốn nhiều diện tính, kinh phí và nhân công lao động, nhiều công ty trên khắp thế giới đã áp
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Thực trạng của quá trình sản xuất
Việt Nam hiện đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực phân loại và xuất khẩu sản phẩm, đóng góp lớn vào nguồn ngoại tệ quốc gia Tuy nhiên, nguồn lao động khan hiếm đang là thách thức lớn đối với nhiều công ty và nhà máy, buộc các doanh nghiệp phải tìm kiếm các phương án thay thế để duy trì hoạt động sản xuất.
Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử và kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò thiết yếu trong các lĩnh vực như công nghiệp tự động hóa, quản lý và cung cấp thông tin Các công nghệ tiên tiến như vi xử lý, PLC, và vi mạch số đã được ứng dụng rộng rãi vào hệ thống điều khiển, giúp thay thế các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ với tốc độ xử lý chậm và độ chính xác thấp Nhờ đó, các hệ thống điều khiển tự động ngày càng trở nên chính xác, hiệu quả và linh hoạt hơn, đáp ứng tốt các yêu cầu của thời đại công nghiệp 4.0.
Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất nhà máy sữa Vinamilk (Nguồn: Internet)
Hình 1.2 Dây chuyền phân loại hàng hóa ( Nguồn: Internet )
Hình 1.3 Dây chuyền phân loại trái cây, hoa quả ( Nguồn: Internet )
Trong quá trình hoạt động tại các nhà máy, công ty và xí nghiệp hiện nay, việc áp dụng tự động hóa trong sản xuất trở thành yêu cầu thiết yếu để nâng cao hiệu quả quản lý dây chuyền và sản phẩm Công nghệ tự động hóa giúp tiết kiệm thời gian, tối ưu hóa quy trình sản xuất và dễ dàng kiểm soát toàn bộ hệ thống, mang lại lợi ích lớn cho doanh nghiệp.
Doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn chưa thể áp dụng hoàn toàn tự động hóa trong các bước phân loại, vẫn còn phụ thuộc vào nhân công Điều này dẫn đến năng suất thấp và chưa đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình sản xuất.
Công nhân chủ yếu phân loại sản phẩm bằng tay hoặc bằng mắt thường dẫn đến tỷ lệ lỗi cao, gây ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất Đồng thời, việc đào tạo công nhân tốn nhiều thời gian và chi phí, trong khi yêu cầu về kinh nghiệm sản xuất là thách thức lớn đối với doanh nghiệp Sử dụng công nghệ tự động hóa trong phân loại sẽ giúp giảm sai số, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí đào tạo nhân lực.
Dựa trên những kinh nghiệm thực tiễn và kiến thức học tập tại trường, nhóm chúng tôi đã nỗ lực phát triển hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước và độ lớn để nâng cao hiệu suất làm việc gấp nhiều lần Chúng tôi đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình phân loại vật liệu, thông qua nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công hệ thống phù hợp Công trình này giúp tối ưu hoá quá trình sản xuất và đạt hiệu quả cao mà vẫn duy trì chất lượng vật liệu chính xác.
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến, giúp xác định chính xác chiều dài của từng sản phẩm Sau đó, xy lanh khí nén sẽ đẩy sản phẩm vào hộp đựng dựa trên kích thước đã được cài đặt sẵn, đảm bảo quy trình phân loại chính xác và hiệu quả Băng tải sử dụng động cơ bước có khả năng điều chỉnh tốc độ quay theo vòng/giây, phù hợp với yêu cầu của từng mô hình sản xuất, tối ưu hóa năng suất và linh hoạt trong quá trình vận chuyển hàng hóa.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
Giảm sức lao động và tránh sự nhàm chán trong công việc giúp nâng cao năng suất và tinh thần người lao động Cải thiện điều kiện làm việc mang lại môi trường làm việc an toàn, hiện đại và thân thiện hơn Nhờ đó, con người dễ dàng tiếp cận với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của xã hội Môi trường làm việc ngày càng văn minh cũng tạo điều kiện thuận lợi cho sự sáng tạo và phát huy tối đa năng lực của nhân viên.
- Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã nhanh chóng
Trong bối cảnh hiện nay, tập trung hóa và tự động hóa công tác quản lý, giám sát, điều khiển các hệ thống tự động trở thành xu hướng tất yếu của sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác Việc này giúp giảm thiểu rủi ro, tiết kiệm chi phí và hạn chế nhân công, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng suất Công nghệ tự động hóa ngày càng phát triển nhanh chóng, thúc đẩy quá trình số hóa và tích hợp hệ thống để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường.
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm đã thúc đẩy sự ra đời và đa dạng hóa các hệ thống điều khiển tự động nhằm đáp ứng ngày càng tốt hơn các yêu cầu của ngành công nghiệp Để đạt hiệu quả tối ưu, việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp với thực tế, điều kiện cơ sở vật chất, khả năng tiết kiệm chi phí vận hành, tăng năng suất và đảm bảo dễ dàng bảo trì, sửa chữa hệ thống khi gặp sự cố là vô cùng quan trọng.
Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại tự động là giải pháp công nghiệp hiện đại thay thế lao động thủ công trong các quy trình phân loại sản phẩm Các hệ thống này sử dụng công nghệ tự động hóa để chia sẻ sản phẩm dựa trên các đặc tính do người dùng quy định, nâng cao năng suất và đảm bảo độ chính xác trong phân loại Việc áp dụng hệ thống phân loại tự động giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và giảm thiểu sai sót do con người gây ra.
Các hệ thống phân loại sản phẩm hiện hành
Hiện nay đã có rất nhiều dây chuyển phân loại sản phẩm tự động có trên thị trường như:
- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc
- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao
- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo cân nặng
- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch
- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc là giải pháp hiệu quả để phân loại các mặt hàng như cà chua, ớt, cà phê, hạt nhựa màu, gạo, cùng các sản phẩm yêu cầu cao về độ đồng đều màu sắc Công nghệ này hoạt động dựa trên hệ thống camera kiểm tra chính xác, giúp loại bỏ các sản phẩm có màu sắc không phù hợp hoặc khác biệt Việc áp dụng dây chuyền phân loại theo màu sắc giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu khắt khe của thị trường.
Hình 1.4 Dây chuyền phân loại màu sắc cà chua ( Nguồn: Internet )
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao là hệ thống quan trọng trong công nghiệp, giúp phân loại hàng hóa dựa trên chiều cao của sản phẩm Các nhà máy hiện đại sử dụng dây chuyền này để nâng cao năng suất và đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao Sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử điều khiển và công nghệ vi xử lý, đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận hành và kiểm soát dây chuyền phân loại một cách chính xác và hiệu quả.
Hình 1.5 Dây chuyền phân loại chiều cao hàng hóa ( Nguồn: Internet )
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo cân nặng là hệ thống hiện đại sử dụng công nghệ đo khối lượng trực tuyến, giúp phân loại các loại sản phẩm dựa trên nguyên tắc kiểm tra khối lượng chính xác Hệ thống hoạt động bằng cách đọc tín hiệu analog từ loadcell, sau đó xử lý dữ liệu qua bộ xử lý để xác định trọng lượng sản phẩm Nhờ đó, dây chuyền có thể tự động phân loại các sản phẩm theo các cỡ trọng lượng khác nhau theo yêu cầu của khách hàng, nâng cao năng suất và chính xác trong quá trình sản xuất Đây là giải pháp tối ưu cho các ngành công nghiệp cần phân loại sản phẩm dựa trên trọng lượng một cách nhanh chóng và chính xác.
Hình 1.6 Dây chuyền phân loại cân nặng cam (Nguồn: Internet)
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch là hệ thống phổ biến hiện nay trong ngành logistics và kho vận Công nghệ này giúp phân loại nhanh chóng các kiện hàng, bưu phẩm, và sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton hoặc đóng túi, đảm bảo hiệu quả và chính xác cao Việc dán mã vạch và mã QR trên sản phẩm giúp tăng tốc quá trình kiểm tra, truy xuất dữ liệu, tối ưu hoá hoạt động kho bãi Dây chuyền phân loại theo mã vạch góp phần nâng cao năng suất, giảm sai sót và cải thiện quy trình quản lý hàng hóa một cách chuyên nghiệp.
Hình 1.7 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch (Nguồn: Internet)
Hệ thống sử dụng thông tin lưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm để dễ dàng sàng lọc và lựa chọn hàng hóa Nhờ đó, sản phẩm có thể được gom vào các vị trí tập kết (hub) một cách chính xác theo yêu cầu đặt ra Việc này giúp tối ưu hóa quá trình quản lý kho và nâng cao hiệu quả vận hành logistics Sử dụng công nghệ mã vạch là giải pháp hiện đại, đảm bảo theo dõi lộ trình và trạng thái của sản phẩm trong hệ thống kho hàng.
Với sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model…
Với các bưu phẩm, đơn hàng chuyển phát nhanh: phân loại theo ngày lên đơn, cách thức đóng gói, địa điểm giao hàng, hàng chuyển nhanh-tiêu chuẩn…
Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…
Trong các nhà máy thông minh, các hộp, thùng hàng được đặt lên băng tải để phân loại tự động bởi công nhân hoặc robot cộng tác Hệ thống robot xếp hàng lên pallet từ băng tải cấp hoặc xe tự hành AGV giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và xử lý hàng hóa Công nghệ tự động hóa này nâng cao năng suất, giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả quản lý kho vận.
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước
Hiện nay, Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển và hội nhập quốc tế, đặt ra yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm Các mặt hàng được sản xuất phải đáp ứng tiêu chuẩn về chất lượng để đảm bảo độ chính xác về hình dạng, kích thước và trọng lượng Điều này giúp nâng cao tính cạnh tranh của hàng hóa trên thị trường trong và ngoài nước.
Các khu công nghiệp đã được hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất với các dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại, giúp nâng cao năng suất Trong số các thiết bị tiên tiến này, hệ thống phân loại sản phẩm đóng vai trò quan trọng, tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Các phôi sau khi qua các công đoạn như cắt, tiện được di chuyển đến khu vực thi công lắp ráp hoặc các công đoạn khác, nhưng việc phân loại thủ công các phôi theo kích thước gây tốn thời gian và nhân lực Do đó, các khu công nghiệp đã đầu tư vào hệ thống dây chuyền thiết bị hiện đại, trong đó hệ thống phân loại sản phẩm đóng vai trò quan trọng để nâng cao năng suất Nhóm đã lựa chọn đề tài phát triển hệ thống phân loại kích thước và độ lớn, giúp hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong dây chuyền, đồng thời tích hợp PLC trong điều khiển hệ thống thực tế Ứng dụng của hệ thống này giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu công lao và thời gian, đồng thời nâng cao hiệu quả công việc.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước được ứng dụng để đảm bảo phân loại chính xác các sản phẩm có kích thước khác nhau Đây là công nghệ quan trọng trong các ngành công nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả làm việc Hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ chế tạo, đóng gói đến kiểm tra chất lượng sản phẩm Nhờ độ chính xác cao, hệ thống phân loại theo kích thước hỗ trợ doanh nghiệp đạt tiêu chuẩn và tăng cạnh tranh trên thị trường.
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất gạch, ngói
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất linh kiện, thiết bị chuyên dụng
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.
Xác định mục tiêu giới hạn của đề tài
1.3.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu đặt ra là tìm hiểu, nghiên cứu, chế tạo hệ thống phân loại theo kích thước, độ lớn
Hệ thống phân loại tự động theo kích thước và độ lớn hoạt động ổn định, giúp dễ dàng sử dụng trong các quy trình công nghiệp Dựa trên các nền tảng tính toán và thiết kế chính xác, hệ thống có khả năng phân loại hiệu quả và đáng tin cậy Việc thi công hệ thống được thực hiện dễ dàng nhờ vào tính ổn định và kỹ thuật tối ưu, phù hợp với các yêu cầu sản xuất hiện đại.
Hệ thống có khả năng giám sát quá trình hoạt động
Hệ thống hoàn thiện có khả năng phân loại sản phẩm tự động theo kích thước, độ lớn
Hệ thống phân loại theo kích thước của chúng tôi có khả năng xếp loại các sản phẩm có dạng phôi hình hộp chữ nhật dựa trên các khoảng kích thước khác nhau, bao gồm các kích thước lần lượt là 100x80x30 mm, 75x80x30 mm và 50x80x30 mm (dài-rộng-cao).
- Hệ thống có khả năng hiển thị và điều khiển thông qua HMI
- Thi công mô hình hệ thống
- Bộ điều khiển trung tâm: PLC FX3U
- Phần mềm lập trình PLC GX works 2
- Các cơ cấu chấp hành: động cơ bước, bộ chuyền băng tải, xy lanh khí nén
- Bộ chuyển đổi nguồn 24VDC
- Nguồn cấp điện cho hệ thống 220VAC
- Thiết kế lắp đặt hệ thống điện
- Phương pháp sử dụng thiết bị để xây dựng hệ thống tự động
- Phương pháp phân loại sản phẩm phù hợp với đề tài
- Cơ cấu, nguyên lý hoạt động cơ khí của hệ thống
+ Đấu nối phần cứng và kiểm tra I/O
+ Thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển
+ Xây dựng giải thuật và chương trình điều khiển
+ Lập trình trên PLC điều khiển mô hình phân loại
+ Các thiết bị điện, khí nén phù hợp.
Khái quát hệ thống dự kiến
1.4.1 Cấu trúc hệ thống, các thông số yêu cầu để thiết kế
Các vấn đề đặt ra
Mục tiêu chính của dự án là nghiên cứu và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên kích thước và độ lớn, đảm bảo dễ dàng lắp đặt và vận hành Hệ thống cần có khả năng phân loại, giám sát và điều khiển chính xác, phù hợp với yêu cầu sản xuất hiện đại Để thiết kế hệ thống này hiệu quả, cần kết hợp kỹ thuật cơ khí, lập trình điều khiển động cơ và xây dựng hệ thống tự động dựa trên PLC Đồng thời, việc lựa chọn vật liệu mô hình, nguồn cung cấp và tính toán các thông số kỹ thuật chi tiết là các yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định, tin cậy của hệ thống tự động phân loại sản phẩm.
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
Trong quá trình thiết kế, vấn đề cơ khí đóng vai trò quan trọng, bao gồm phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu phù hợp để đảm bảo các chi tiết hoạt động ổn định và chính xác Các thông số kỹ thuật cần được xác định rõ ràng để đảm bảo băng tải vận hành liên tục, các xilanh và cảm biến hoạt động đúng như dự kiến, đồng thời ngăn chặn tình trạng lệch hoặc phân loại nhầm của phôi Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế chính xác giúp tối ưu hiệu quả hệ thống, nâng cao độ bền và độ tin cậy của thiết bị.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển tự động, có khả năng giám sát
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không phân loại nhầm
Thông số yêu cầu để thiết kế
Phôi có kích thước lần lượt là 100x80x30 – 75x80x30 – 50x80x30 mm ( dài-rộng- cao)
-Nguồn 24V/ 10A Điện áp ngõ vào: 110/220V Điện áp ngõ ra: 24 VDC
-Băng tải phân loại sản phẩm
Kích thước: dài: 80cm rộng: 10cm cao: 11cm
Số lượng: 1 Điện áp: 24VDC
Số lượng: 3 Điện áp: 24VDC
Số lượng: 3 Điện áp: 6-36VDC
-Bộ điều khiển lập trình MITSUBISHI FX3U-64MT Điệp áp: 24VDC
Số ngõ vào/ ra: 32 DI/ 32 DO
Số lượng: 1 Điện áp: 24VDC
Số lượng: 1 Điên áp: 24VDC
Số lượng: 5 Điện áp: 24VDC
Số lượng: 4 Điện áp: 24VDC
1.4.2 Bản vẽ tổng thể của hệ thống
Hình 1.8 Mô phỏng 3D hệ thống trên SOLIDWORKS
1.4.3 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống
Mô hình phân loại sản phẩm gồm các khối chính như khối nguồn cung cấp năng lượng, khối bảo vệ để đảm bảo an toàn, khối tín hiệu dùng để thu nhận và xử lý dữ liệu, khối điều khiển quản lý hoạt động hệ thống, cùng với khối cơ cấu chấp hành thực hiện các nhiệm vụ vận hành cụ thể trong hệ thống.
- Khối nguồn: gồm nguồn cấp điện 220V và nguồn tổ ong 24VDC, cấp nguồn cho cả hệ thống hoạt động
- Khối bảo vệ: gồm MCB bảo vệ cho hệ thống và rơle trung gian bảo vệ cho động cơ
- Khối tín hiệu: là hệ thống sử dụng các cảm biến, công tắc làm tín hiệu để nhận biết và điều khiển hệ thống hoạt động
Khối điều khiển bao gồm các thành phần chính như PLC, chịu trách nhiệm lập trình, nhận và xuất tín hiệu điều khiển cho các thiết bị động lực, giúp hệ thống hoạt động ổn định và chính xác Driver phát xung điều chỉnh tốc độ động cơ step là thiết bị quan trọng giúp điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ một cách chính xác và linh hoạt, nâng cao hiệu suất của hệ thống tự động.
- Khối chấp hành: gồm các thiết bị điều khiển như động cơ bước, băng tải vận chuyển, bơm và xi lanh khí nén
Mô tả chức năng của hệ thống
Hệ thống có 3 bộ phận chính:
- Cấp hàng: sản phẩm được đưa vào tại đây
- Vận chuyển: chuyển sản phẩm vào vị trí phân loại
- Phân loại: nhận biết các loại sản phẩm và phân loại chúng
1.4.4 Các phần mềm và công cụ tính toán
Phần mềm GX-Work 2 là phần mềm được Mitsubishi nâng cấp và thay thế cho
GX Developer là phần mềm lập trình PLC với giao diện trực quan, thân thiện và dễ sử dụng, giúp quá trình lập trình trở nên mượt mà hơn Ngoài ra, GX Developer còn hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình phổ biến như FBD (Function Block Diagram) và SFC (Sequential Function Chart), phù hợp cho các kỹ sư tự động hóa trong việc tối ưu hóa quy trình điều khiển.
GX Works 2 là một công cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, và duy trì chương trình trên Window
GX Works 2 đã cải thiện chức năng và khả năng thao tác, với những tính năng dễ sử dụng hơn khi so sánh với GX Developer đã có
Hình 1.10 Giao diện phần mềm GX Work 2
Chức năng chính của GX Works2
GX Works2 quản lý các chương trình và thông số đầu vào của dự án cho mỗi CPU điều khiển
Chương trình có thể được tạo ra trong một Dự án đơn giản theo cách tương tự với
Lập trình cấu trúc trong một dự án cấu trúc cũng khả thi với GX Works2
Tham số cho CPU điều khiển khả trình và tham số cấu hình mạng có thể được đặt với GX Works2
Tham số cho khối chức năng thông minh cũng có thể được cài đặt
Viết/đọc dữ liệu đến/từ một CPU điều khiển khả trình
Chương trình tuần tự có thể được viết hoặc đọc từ CPU điều khiển khả trình thông qua chức năng Read và Write của PLC Điều đặc biệt là, với khả năng thay đổi chương trình trực tuyến, người dùng có thể chỉnh sửa chương trình tuần tự ngay cả khi CPU điều khiển khả trình đang hoạt động trong trạng thái RUN, giúp nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong quá trình vận hành tự động hóa.
Hình 1.11 Đọc và viết dữ liệu từ PLC (Nguồn: Internet)
Chương trình tuần tự được thiết kế để điều khiển khả trình của CPU và theo dõi giá trị của các thiết bị khi hoạt động, giúp đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả Việc này có thể thực hiện cả trong chế độ trực tuyến và ngoại tuyến, hỗ trợ quản lý và kiểm tra hệ thống một cách linh hoạt Tối ưu hóa quy trình này giúp nâng cao hiệu suất vận hành của các thiết bị và hệ thống điều khiển tự động.
Trạng thái lỗi hiện tại và lịch sử lỗi của CPU điều khiển khả trình có thể được chuẩn đoán
Với chức năng chuẩn đoán, công việc khôi phục thiết bị có thể được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng hơn Trong GX Works2, người dùng có thể lựa chọn loại dự án phù hợp, bao gồm các dự án đơn giản hoặc dự án theo cấu trúc phức tạp, giúp tối ưu quá trình làm việc và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống tự động hóa.
Dự án đơn giản tạo ra các chương trình tuần tự sử dụng tập lệnh cho CPU điều khiển khả trình Mitshubishi
Automation Studio là phần mềm thiết kế và mô phỏng toàn diện, tích hợp các công nghệ dự án như thủy lực, khí nén, điện, điều khiển, HMI và truyền thông Công cụ này giúp dễ dàng kết hợp các công nghệ khác nhau để thiết kế, tài liệu và mô phỏng các hệ thống tự động hoàn chỉnh Với khả năng tích hợp đa dạng các công nghệ, Automation Studio là giải pháp tối ưu cho các dự án tự động hóa, nâng cao hiệu quả thiết kế và giảm thiểu thời gian phát triển hệ thống.
Hình 1.12 Giao diện thiết kế automation studio
Thiết kế hệ thống bằng các thiết bị trong thư viện như valve solenoid, relay, contactor giúp chúng ta dễ dàng mô phỏng hoạt động của hệ thống trước khi lắp đặt thực tế Phương pháp này cho phép kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của hệ thống một cách chính xác mà không cần thực hiện lắp đặt thiết bị thật Việc chạy mô phỏng giúp xác định được hệ thống có hoạt động tốt hay không, từ đó tối ưu hóa thiết kế và tiết kiệm chi phí Đây là giải pháp tiên tiến, giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiểu rủi ro trong quá trình triển khai dự án tự động hóa.
Phần mềm này sở hữu thư viện phong phú, bao gồm các valve điều khiển, relay các loại, ngôn ngữ lập trình PLC Ladder và sơ đồ giải thuật sequence, đáp ứng đa dạng nhu cầu tự động hóa Các thư viện trong phần mềm đều tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như IEC, ISO, JIC, đảm bảo tính compatible và độ tin cậy cao trong các dự án tự động hóa công nghiệp.
Solidworks hiện đang được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới và đặc biệt ngày càng thịnh hành tại Việt Nam Phần mềm này không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí mà còn mở rộng sang các ngành khác như điện tử, khoa học ứng dụng và mô phỏng cơ học Việc sử dụng Solidworks mang lại hiệu quả cao trong thiết kế và phân tích kỹ thuật, giúp các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Solidworks là phần mềm thiết kế 3D mạnh mẽ, cung cấp các tính năng tạo chi tiết, lắp ráp các bộ phận máy móc và xuất bản vẽ 2D một cách chuyên nghiệp Ngoài khả năng thiết kế, Solidworks còn hỗ trợ phân tích động học (motion) và động lực học (simulation) để tối ưu hóa sản phẩm Phần mềm còn tích hợp modul Solidcam, giúp gia công trên CNC bằng phay và tiện, hỗ trợ gia công nhiều trục phức tạp Đặc biệt, modul 3Dquickmold phục vụ cho thiết kế khuôn chính xác và hiệu quả.
- Khả năng thiết kế mô hình 3D hoàn hảo
- Tính năng lắp ráp các chi tiết
- Xuất bản vẽ trên phần mềm Solidworks
- Tính năng gia công trên Solidworks
- Phân tích động lực học trên Solidworks
Microsoft Visio là phần mềm vẽ sơ đồ phổ biến, được nhiều người sử dụng trên toàn thế giới, nhờ tính năng linh hoạt và dễ sử dụng Microsoft Office Visio là một chương trình vẽ sơ đồ thông minh, tích hợp trực tiếp vào bộ phần mềm Microsoft Office, giúp người dùng tạo các sơ đồ phức tạp một cách nhanh chóng và chuyên nghiệp.
Visio giúp tạo các sơ đồ liên quan đến công việc như biểu đồ dòng (flowcharts), sơ đồ tổ chức (organization charts), và lịch trình dự án (project scheduling), hỗ trợ quản lý và lập kế hoạch hiệu quả Ngoài ra, Visio còn cho phép thiết kế các sơ đồ kỹ thuật như bản vẽ xây dựng, thiết kế nhà, sơ đồ mạng, sơ đồ phần mềm, sơ đồ website, sơ đồ máy móc và các sơ đồ kỹ thuật khác, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các dự án kỹ thuật và công nghiệp.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Thiết kế cơ khí cho hệ thống
2.1.1 Phân tích cơ cấu cơ khí hệ thống
Việc phân loại sản phẩm cần đảm bảo chính xác, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí để tối ưu hiệu quả Lựa chọn vật liệu chất lượng cao là yếu tố quan trọng trong quá trình làm mô hình phù hợp với các yêu cầu đặt ra Điều này giúp nâng cao độ chính xác trong phân loại và giảm thiểu các sai sót, đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.
Băng tải được sử dụng chủ yếu để chuyển hàng hóa từ vị trí A sang vị trí B một cách hiệu quả Một cách hình dung dễ hiểu, băng tải giống như một bộ truyền đai lớn hơn, có chức năng truyền tải sản phẩm thay vì truyền động Trong khi bộ truyền đai chỉ dẫn động ru lô, băng tải đảm nhận nhiệm vụ tải trọng và vận chuyển các mặt hàng một cách liên tục và ổn định.
Hiện nay, trên thị trường có nhiều phương pháp cung cấp phôi hàng vào hệ thống vận chuyển như sử dụng cánh tay robot, băng chuyền xoay con lăng, băng chuyền xích hoặc thậm chí là dùng sức người Mỗi hình thức vận chuyển này đều mang những ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng quy trình sản xuất và yêu cầu của doanh nghiệp Việc lựa chọn phương pháp phù hợp giúp tối ưu hóa năng suất, giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành.
Sử dụng băng chuyền xích
Hình 2.1 Băng tải con lăn ( Nguồn Internet )
24 Ưu điểm: Có khả năng chống chịu mài mòn tốt, chịu tải tốt Cơ cấu đơn giản, vững chắc, có kích thước nhỏ gọn và vận hành linh hoạt
Nhược điểm: Giá thành cao, không thể điều khiển tự động
Sử dụng cánh tay robot
Hình 2.2 mô tả cánh tay robot gắp vật với cơ cấu đơn giản, gọn nhẹ và vững chắc, mang lại độ chính xác cao trong quá trình hoạt động Thiết kế của robot tối ưu hóa không gian làm việc, cho phép sử dụng hiệu quả trong mọi không gian vận hành.
Nhược điểm: Giá thành cao, chi phí bảo dưỡng cao
Hệ thống sử dụng máng trượt để chính xác di chuyển phôi vào vị trí cấp, kết hợp với xi lanh khí nén để đưa hàng vào băng tải một cách tiện lợi Ưu điểm nổi bật của hệ thống gồm cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, vững chắc, giúp giảm thiểu chi phí thiết kế và bảo trì Ngoài ra, hệ thống dễ vận hành, đảm bảo hiệu suất cao trong quá trình sản xuất.
Nhược điểm: Độ chính xác không cao, chỉ sử dụng sản phẩm đóng hộp và sản phẩm gọn nhẹ
Chúng tôi đã lựa chọn phương pháp sử dụng hệ thống máng trượt nhờ vào những ưu điểm nổi bật, phù hợp với mô hình và sản phẩm đã định hình Phương pháp này giúp giảm thiểu chi phí thiết kế và bảo trì, đồng thời dễ dàng vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí cho dự án.
Phân tích Hệ thống băng tải
Hệ Thống Băng Tải là thiết bị cơ khí dùng để chuyển đổi hàng hóa, vật tư giữa các vị trí khác nhau trên đường vận chuyển cố định, phù hợp cho cả vật liệu nhẹ và nặng Tăng hiệu quả vận chuyển nhanh chóng và an toàn các loại vật liệu khác nhau, giảm thiểu rủi ro chấn thương lưng, đầu gối, vai, cũng như các chấn thương chỉnh hình liên quan đến công việc Hệ thống băng tải không chỉ nâng cao năng suất mà còn đảm bảo an toàn cho người lao động trong quá trình vận hành.
Hình 2.3 Hệ thống các loại băng tải (Nguồn: Internet)
Băng tải roller có kết cấu chắc chắn, phù hợp cho các sản phẩm có khối lượng lớn Nhờ độ bền cao, loại băng tải này có chi phí bảo trì thấp và không cần thay dây đai sau thời gian dài sử dụng, khác với các loại băng tải PVC, PU.
Hệ thống băng tải Roller có nhiều ưu điểm nổi bật như khả năng chống chịu mài mòn tốt, khả năng chịu tải lớn và độ bền cao Cơ cấu của hệ thống này đơn giản, chắc chắn, giúp vận hành linh hoạt và tiết kiệm không gian với kích thước nhỏ gọn Nhờ những đặc điểm này, băng tải Roller phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ bền và hiệu quả cao.
Nhược điểm: Giá thành cao, không thể điều khiển tự động
Hệ thống băng chuyền bằng băng tải cao su là giải pháp vận chuyển nguyên liệu hiệu quả về mặt kinh tế, vượt trội so với các hệ thống cùng chức năng Với khả năng linh hoạt trong lắp đặt trên mọi địa hình và khoảng cách, hệ thống băng chuyền cao su giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và giảm chi phí vận hành Đây là lựa chọn ưu việt cho các doanh nghiệp cần nâng cao năng suất và giảm thiểu chi phí logistics.
Băng tải cao su có khả năng tải trọng vật liệu nặng nhờ vào độ MPA cao, độ đàn hồi vượt trội và nhiều lớp bố chịu lực, cùng độ dày lớn giúp nâng cao hiệu quả vận chuyển.
- Bền: độ dãn theo chiều dọc ít
- Có khả năng chống mài mòn
- Chịu được độ ẩm, nhiệt độ cao, hóa chất
- Khó bị tách lớp do các lớp bố và cao su được kết nối với nhau rất chắc chắn
Nhược điểm của băng tải bao gồm việc không nên vận hành ở tốc độ quá cao để tránh gây lệch trục, điều này có thể làm hỏng con lăn và giảm tuổi thọ của hệ thống Bên cạnh đó, do độ dốc của băng tải khá nhỏ, thiết bị không phù hợp để vận chuyển hàng hóa theo các đường cong hoặc độ cong lớn, hạn chế khả năng ứng dụng trong một số môi trường công nghiệp.
Băng tải có lòng máng
Sản phẩm tải cần truyền tải dạng rời, còn gọi là hàng xá, đổ trực tiếp lên băng tải mà không tràn biên, giúp quá trình vận chuyển diễn ra hiệu quả và an toàn Các sản phẩm tải dạng hộp carton hoặc đã được đóng gói, cùng với các sản phẩm có định hình vật lý không tràn biên, không rơi ra ngoài khi vận hành, đảm bảo tính ổn định và tiết kiệm chi phí trong quá trình thiết kế hệ thống băng tải.
28 chúng ta không cần thiết kế taọ hình lòng máng cho dây băng làm gì cho phức tạp hệ thống và không đúng ứng dụng
Băng tải lòng máng (Hình 2.6) mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như giảm chi phí lao động, nâng cao tính an toàn, tăng độ chính xác và năng suất lao động, đồng thời có khả năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư, bảo trì khá cao, không tích hợp cho sản phẩm đóng hộp
Khi các sản phẩm của chúng ta là các sản phẩm định hình, cố định hoặc dạng khối, việc sử dụng băng tải mặt dây băng dạng phẳng PVC là giải pháp lý tưởng để đảm bảo quá trình vận chuyển hiệu quả và an toàn Băng tải mặt dây PVC phù hợp với các loại hàng hóa có đặc điểm hình dạng cố định, giúp tối ưu hoá quá trình vận chuyển và giảm thiểu hư hỏng sản phẩm Thiết kế băng tải mặt dây PVC còn đảm bảo độ bền cao, chịu lực tốt và dễ dàng vệ sinh, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau Sử dụng băng tải mặt dây PVC giúp nâng cao năng suất làm việc, giảm thiểu thời gian chết và tối ưu hóa quy trình sản xuất các sản phẩm dạng khối, hộp hay định hình.
Tính toán và lựa chọn thiết bị truyền động
2.2.1 Chọn băng tải Đối tượng vận chuyển của băng tải: vật dạng khối hộp Đề tài thiết kê mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước, để tiện cho tính thẩm mỹ của mô hình Nhóm đã lựa chọn các vật mẫu dạng hộp có kích thước lần lượt là 100x80x30 – 75x80x30 – 50x80x30 mm, từ đó nhóm đã chọn được thông số phù hợp cho băng tải
Các thông số của băng tải:
Chiều rộng (lòng băng tải): 100 mm Đáp ứng được yêu cầu vận chuyển
2.2.2 Tính toán động cơ cho băng tải
Thông số kĩ thuật yêu cầu Đường kính bánh dẫn và bị dẫn: D = D1 = D2 = 3 cm
Khoảng cách giữa 2 trục là L = 77 cm
Bề rộng của đai B = 10 cm, B tùy thuộc vào kích thước của sản phẩm ta có bề rộng Bsp
Khối lượng của vật có trên băng tải:
=> Khối lượng trung bình của vật trên băng tải: 𝑚 𝑡𝑏 = 𝑚1 + 𝑚2 + 𝑚3
Số lượng vật tối đa trên băng tải: 3 => Tổng khối lượng vật: mv = 0.66 kg
Khối lượng mặt băng tải : mbt = 0.25 kg
Tổng khối lượng: m = mv +mbt = 0.91 kg
Tốc độ băng tải đặt ban đầu: V = 8.48 m/ph
Tính toán chọn động cơ
Tốc độ động cơ: v = 8.48 m/ph, n = 90 vòng/ phút
Momen quay động cơ cần để kéo tải chuyển động:
2 0,85 1 = 47,2 mN.m m: tổng khối lượng tải và băng tải (kg)
𝜂: hiệu suất i: tỉ số truyền g: gia tốc trọng trường (m/s 2 )
Lựa chọn thiết bị động lực, điều khiển
Thiết bị Mã sản phẩm Số lượng
1 Động cơ bước KH56KM2 1 Dòng điện 2A
1 Công suất 800W Điện áp 220-240V/50Hz Áp lực 8Kg/cm2 – 115PSI
4 MCB SINO-PS45N/C2006 1 Dòng danh định 6A Điện áp 230/400V
5 PLC FX3U-64MT/ES 1 Nguồn 220V
6 Xi lanh khí nén MAL16X50 2 Áp suất tối đa 1Mpa
7 Van điện từ 5/2 Airtac 4A210-08 3 Áp suất 0.15-0.8 Mpa
8 Đèn báo Đèn đỏ 1 Điện áp 24V
Công suất 4,4W Đèn xanh 3 Đèn vàng 1
1 Nguồn cấp dòng 24VDC cho các thiết bị Công suất 240W Bảng 2.1 Thiết bị động lực
STT Thiết bị Mã sản phẩm Số lượng
1 Nút nhấn LA38/230-209B 4 Nguồn cấp 24VD
LAY(PBCY090)LAY37 1 max voltage 600V
3 Màn hình HMI GT1040-QBBD 1 Nguồn cấp 24V
4 Cảm biến quang E3F-DS30C4 5 Nguồn cấp 5A
Dòng 15mA Bảng 2.2 Thiết bị điều khiển
Hình 2.60 Động cơ bước Thông số kỹ thuật [6]:
Loại động cơ: 2 pha, 6 dây
Hình 2.61 Driver động cơ bước Thông số kỹ thuật [11] :
+ Dòng cấp tối đa là 4A.
+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.
Cài đặt và ghép nối:
VCC: Nối với nguồn điện từ 9 - 40VDC
GND: Điện áp (-) âm của nguồn
A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước
B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+V) cho M6600
PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) cho M6600
DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+V) cho M6600
DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) cho M6600
ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa
Cài đặt cường độ dòng điện
Cài đặt vi bước cho Driver
Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW3
Hình 2.62 Bơm khí nén 12L Thông số kỹ thuật:
Công suất: 800W Điện áp: 220V/50Hz
Tốc độ: 1400 rpm Áp lực: 0.8 Mpa
Tốc độ lên hơi: 123 L/Phút
MCB Bảo vệ quá tải cho hệ thống gồm:
- Công suất nguồn tổ ong: 240W
Tổng công suất hệ thống: P ht = 45 + 240 + 4,4 = 289,4W
MCB cần có dòng I th = I 1,3 = 3,315 1,3 = 4,33095 A
Mã sản phẩm: SINO-PS45N/C2006
Dòng điện danh định: 6A Điện áp danh định: 230/400V
Khả năng ngắn mạch danh định: 4.5kA Đặc tính cắt: loại C (dòng ngắt từ 5 – 10 dòng định mức)
2.3.5 PLC Mitsubishi FX3U-64MT/ES
Hình 2.64 Bộ lập trình PLC Mitsubishi FX3U
Thông số kỹ thuật [5]: Điện áp nguồn cung cấp:100 – 240 VAC
Số ngõ vào / ngõ ra : 32 DI / 32 DO
Bộ nhớ chương trình: 64.000 bước
Kết nối truyền thông: RS422 , hỗ trợ mở rộng Board RS232, RS485, USB, Ethernet, CC- Link
Bộ đếm tốc độ cao: 8 ngõ vào max 100 Khz
Phát xung tốc độ cao: 3 chân phát xung max 100 Khz, lên tới 200kHz hoặc 1Mhz với module chức năng
Có thể mở rộng lên tới 256 I/O thông qua module hoặc 384 I/O thông qua mạng CC- Link
Có hai cách đấu nối đầu vào PLC Mitsubishi: Sink và Source Đấu nối Sink:
Chân S/S của PLC nối vào chân dương nguồn
Mức logic 1 đạt được khi có điện áp âm trên X
Hình 2.65 Xi lanh khí nén Thông số kỹ thuật [8]:
Mã sản phẩm: MAL 16x50 + MAL16x100 Đường kính trong piston: 16mm
Chiều dài hành trình: 50mm và 100mm Áp suất hoạt động: 0.1 – 1 MPa
Lưu chất: Khí Áp suất tối đa: 1 MPa
2.3.7 Van điện từ khí nén 5/2
Hình 2.66 Van điện từ khí nén Thông số kỹ thuật [9]:
Van điện từ khí nén AIRTAC 4A210-08 là loại van khí nén 5/2 với 5 cổng và 2 vị trí, tích hợp coil điện để kích hoạt và điều khiển Sản phẩm này thường được sử dụng để điều khiển xi lanh khí nén, giúp hoạt động tự động và chính xác trong hệ thống khí nén công nghiệp Van AIRTAC 4A210-08 phù hợp với các ứng dụng yêu cầu kiểm soát khí nén hiệu quả, bền bỉ và dễ vận hành.
Kích thước cổng: 1/4’’(ren 13mm)
Kích thước cổng xả: 1/8’’(ren 9.6)
Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 Mpa
Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)
Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
2.3.8 Cảm biến quang khuếch tán
Hình 2.67 Cảm biến quang khuếch tán
Nguồn điện cung cấp: 5-36 VDC
Khoảng cách phát hiện: 10 – 30cm
Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở
Dòng kích ngõ ra: 300mA
Ngõ ra dạng NPN cực thu hở cho phép tùy biến điện áp đầu ra dễ dàng Khi trở treo được thiết lập ở mức bao nhiêu thì điện áp ngõ ra sẽ tương ứng theo mức đó, giúp điều chỉnh và kiểm soát tín hiệu một cách linh hoạt và chính xác.
Chất liệu sản phẩm: nhựa
Led hiển thị ngõ ra: Đỏ
Màu nâu: VCC, nguồn dương VDC
Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC
Màu đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để trở thành mức cao
Hình 2.68 Đèn báo đỏ Thông số kỹ thuật: Điện áp 24 VDC/AC
Dòng điện làm việc < 20mA Ánh sáng LED Độ sáng ≥ 100 cd/m² Đường kính lỗ lắp đặt 22 mm Đường kính đèn báo 28.3 mm
Hình 2.69 Đèn báo xanh Thông số kỹ thuật: Điện áp 24 VDC/AC
Dòng điện làm việc < 20mA Ánh sáng LED Độ sáng ≥ 100 cd/m² Đường kính lỗ lắp đặt 22 mm Đường kính đèn báo 28.3 mm
Hình 2.70 Đèn báo vàng Thông số kỹ thuật: Điện áp 24 VDC/AC
Dòng điện làm việc < 20mA Ánh sáng LED Độ sáng ≥ 100 cd/m² Đường kính lỗ lắp đặt 22 mm Đường kính đèn báo 28.3 mm
Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào: 110-220AC/ 50-60Hz Điện áp đầu ra: 24V
Mã sản phẩm: OMRON LY2N
Hãng sản xuất: OMRON Điện áp cuộn hút: 24 VDC
Dòng đóng cắt trên 1 tiếp điểm: 10A/24VDC
Số cặp tiếp điểm: 2 cặp NC(thường đóng), 2 cặp NO(thường mở), loại tiếp điểm Silver alloy
Hình 2.73 Nút nhấn Thông số kỹ thuật:
Số tiếp điểm: 1 NO + 1 NC (một tiếp điểm thường mở và một tiếp điểm thường đóng)
Dòng định mức: Ith= 10A Điện áp cách điện: 415V Điện áp hoạt động: 660V Điện trở tiếp xúc: ≤50mΩ
Màu sắc: xanh và đỏ
Mã sản phẩm: LAY(PBCY090)LAY37 Điện áp tối đa: 660V
Tiếp điểm: 2 cặp tiếp điểm(NO, NC) Đường kính gắn ren tủ: 22mm
Hình 2.75 Màn hình HMI Thông số kỹ thuật:
Mã sản phẩm: GT1040-QBBD
Kích thước màn hình: 4.7 Inch Độ phân giải: 320 x 240
Kết nối: RS232, RS422 Điện áp hoạt động: 24 VDC
Thiết lập bản vẽ điện
2.4.1 Bản vẽ mạch động lực
Hình 2.76 Bản vẽ mạch động lực
2.4.2 Bản vẽ mạch điều khiển
Hình 2.77 Bản vẽ điều khiển
Hình 2.78 Sơ đồ đấu nối driver
2.4.3 Bản vẽ mạch khí nén
Hình 2.79 Bản vẽ mạch khí nén