Nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại thuốc tự động sử dụng công nghệ học sâu

Đồ án tốt nghiệp xuất sắc của sinh viên cơ điện tử trường đại học bách khoa hà nội năm 2021 Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm ứng dụng xử líảnh. Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí. Chương 3: Hệ thống điện điều khiển. Chương 4: Giới thiệu, cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh và ứng dụng của machine learning,deep learning trong xử lý ảnh. Chương 5: Xây dựng và đào tạo kiến trúc phân loại chất lượng thuốc sử dụng mạngnơ – ron tích chập. Chương 6: Xây dựng hệ thống và thực nghiệm. Chương 7: Kết luận.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: TS Mạc Thị Thoa

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Linh

- Yêu cầu đầu ra: Phân loại đúng tối thiểu 80% viên thuốc, không sản phẩm lỗi vào lọ

- Loại thuốc cần phân loại: Phazadol có hình dạng viên nén dẹt

III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm ứng dụng xử lí ảnh

- Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí

- Chương 3: Hệ thống điện điều khiển

- Chương 4: Giới thiệu, cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh và ứng dụng của machine learning,

deep learning trong xử lý ảnh

- Chương 5: Xây dựng và đào tạo kiến trúc phân loại chất lượng thuốc sử dụng mạng

VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 06/10/2020

VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 28/01/2021

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

Bản vẽ lưu đồ thuật toán

Sơ đồ dòng chảy quá trình thực hiện

1

1 A0 A0

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết quả đánh giá Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Họ và tên Điểm

Nguyễn Ngọc Linh

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Kết quả đánh giá Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên phản biện Họ và tên Điểm

Nguyễn Ngọc Linh

Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn TS MẠC THỊ THOA đã tạo điều kiện giúp

em hoàn thành đề tài này Xin cảm ơn các Thầy (Cô) bộ môn Cơ Điện Tử – Viện Cơ Khí đã tạo điều kiện giúp đỡ và hỗ trợ cho em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp và hoàn thành báo cáo này

Tóm tắt nội dung đồ án

Với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại thuốc tự động sử dụng công nghệ học sâu” nhóm nhận thấy các vấn đề cần thực hiện như thiết kế cơ khí; làm sao để nhận biết, phân loại được sản phẩm lỗi qua xử lý ảnh hay phải giao tiếp được giữa chương trình xử lý ảnh với bộ điều khiển để điều khiển cơ cấu chấp hành

Để thực hiện các nhiệm vụ trên ban đầu nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu các

mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm, sau đó đã tính toán thiết kế bản vẽ cơ khí trên phần mềm Catia, mô phỏng rồi thực hiện làm mô hình thực tế; tiến hành điều khiển mô hình qua PLC; chương trình xử lý ảnh được viết bằng ngôn ngữ Python sẽ giao tiếp với PLC qua thư viện Snap7

Đồ án nghiên cứu, triển khai, thử nghiệm và đánh giá nhận diện vật thể, phân loại hình ảnh dựa trên mạng nơ – ron tích chập ứng dụng trong hệ thống phân loại chất lượng viên thuốc Quá trình xây dựng và thử nghiệm bao gồm lựa chọn phương pháp và chuẩn bị dữ liệu, xử lý dữ liệu, lựa chọn mô hình và phương pháp tối ưu, sau đó đánh giá và so sánh kết quả Mô hình được huấn luyện sẽ được sử dụng trong hệ thống phân loại chất lượng viên thuốc trên dây chuyền sản xuất Việc triển khai, đánhh giá các mô hình và xây dựng ứng dụng bằng ngôn ngữ Python với sự hỗ trợ của thư viện Scikit – learn, Keras, OpenCV, … Kết quả đồ án thu được phù hợp với toàn bộ các vấn đề đã đặt ra và có thể triển khai áp dụng vào thực tế Bài toán mới chỉ dừng lại ở mức độ phân loại nếu có thể cần áp dụng phân đoạn ảnh để có thể xác định được chính xác vị trí vùng lỗi trên thuốc Thông qua đồ án em lĩnh hội được các kiến thức về xử lý ảnh thuần túy cũng như các lĩnh vực mới hơn của ngành khoa học máy tính

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH 10

I.1 Đặt vấn đề 10

I.2 Lý do chọn đề tài 10

I.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 11

I.4 Nguyên lý hoạt động của toàn bộ hệ thống 11

I.5 Hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh 12

I.6 Đóng hộp 13

I.6.1 Đóng thuốc vào lọ – secondary packaging 13

I.6.2 Đóng gói hộp, lọ vào thùng – final packaging 14

I.7 Ý nghĩa của hệ thống 14

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 16

II.1 Yêu cầu của hệ thống cơ khí 16

II.2 Mô hình đề xuất 16

II.3 Băng tải 17

II.3.1 Tổng quan 17

II.3.2 Thông số đầu vào 19

II.3.3 Tính sơ bộ dữ liệu đầu vào 20

II.4 Động cơ 21

II.4.1 Tổng quan 21

II.4.2 Tính toán động cơ 23

II.5 Ổ lăn 27

II.6 Xy lanh khí nén 28

II.7 Cơ cấu đóng nắp lọ 30

II.7.1 Cấu tạo máy đóng nắp lọ 30

II.7.2 Nguyên lý hoạt động 30

II.7.3 Cách thức hoạt động 31

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN 32

III.1 Giới thiệu các thiết bị điện cơ bản sử dụng trong hệ thống 32

III.1.1 Nút nhấn 32

III.1.2 Cảm biến 33

III.1.3 Van đảo chiều 35

III.1.4 Relay điện từ 36

III.1.5 Bộ điều khiển PLC 37

III.1.6 Bộ điều khiển PLC 55

III.1.7 Nguồn điện 57

III.1.8 Camera 58

III.1.9 Hệ thống chiếu sáng 59

III.2 Bài toán điều khiển 59

III.2.1 Bài toán và yêu cầu 59

III.2.2 Quy trình công nghệ 59

III.2.3 Lưu đồ điều khiển 60

III.2.4 Phần mềm lập trình 62

III.2.5 Các biến sử dụng trong chương trình 62

III.2.6 Thiết kế giao diện HMI 64

III.2.7 Bài toán kết nối PLC với Python 65

CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU, CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG CỦA MACHINE LEARNING, DEEP LEARNING TRONG XỬ LÝ ẢNH 68

IV.1 Tổng quan về computer vision 68

IV.2 Kỹ thuật xử lý ảnh truyền thống 69

IV.2.1 Các Khái niệm cơ bản 69

IV.2.2 Một số kỹ thuật xử lý ảnh truyền thống 71

IV.3 Cơ sở lý thuyết và ứng dụng của Machine Learning / Deep Learning trong Computer Vision 72

IV.3.1 Tổng quan về Machine Learning và Deep Learning 72

IV.3.2 Mạng nơ – ron nhân tạo 73

IV.3.3 Hàm kích hoạt (Activation Functions) 75

IV.3.4 Lan truyền thuận (Forward Propagation) 76

IV.3.5 Hàm mất mát, hàm chi phí (Loss Function, Cost Function) 77

IV.3.6 Gradient Descent 78

IV.3.7 Lan truyền ngược (Backward Propagation) 78

IV.3.8 Mạng nơ – ron tích chập (Convolution Neural Network) 80

IV.4 Kết luận 83

CHƯƠNG V: XÂY DỰNG VÀ ĐÀO TẠO KIẾN TRÚC PHÂN LOẠI CHẤT LƯỢNG THUỐC SỬ DỤNG MẠNG NƠ – RON TÍCH CHẬP 84

V.1 Chuẩn bị dữ liệu 85

a) Dữ liệu thuốc đạt 85

b) Dữ liệu thuốc lỗi 86

V.2 Tăng cường dữ liệu 87

V.3 Cơ sở lý thuyết kiến trúc VGG16 áp dụng trong phân loại 87

V.4 Xây dựng kiến trúc model 92

a) Trích xuất đặc trưng (Featured Extraction) 93

b) Lớp liên kết đầy đủ (Fully – Connected Layer) 96

V.5 Train model 97

CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ THỰC NGHIỆM 103

VI.1 Xây dựng mô hình hệ thống 103

VI.2 Kết quả thực nghiệm 110

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 111

VII.1 Kết luận 111

VII.2 Hướng phát triển đồ án trong tương lai 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

PHỤ LỤC 114

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ tín hiệu điều khiển 11

Hình 1.2: Xử lý ảnh trong công nghiệp 12

Hình 1.3: Quy trình đóng gói 14

Hình 2.1: Mô hình đề xuất 16

Hình 2.2: Băng tải công nghiệp 17

Hình 2.3: Danh sách các loại băng tải 18

Hình 2.4: Sơ đồ phân bố phôi trên băng tải 19

Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn quá trình tăng – giảm tốc của băng tải 19

Hình 2.6: Mặt cắt dây đai 20

Hình 2.7: Động cơ 1 chiều 22

Hình 2.8: Các lực tác động lên băng tải 23

Hình 2.9: Thông số kỹ thuật động cơ TG-85B-SG-gear ratio = 1/15 25

Hình 2.10: Thông số kỹ thuật động cơ TG-85B-SG-gear ratio = 1/50 27

Hình 2.11: Hình chiếu bằng của hệ thống phân loại 28

Hình 2.12: Thông số kỹ thuật xylanh CXSJ series 29

Hình 2.13: Ý nghĩa các ký hiệu của xylanh CXSJ series 29

Hình 2.14: Cơ cấu cấp, đóng lọ 30

Hình 3.1: Nút nhấn 33

Hình 3.2: Cảm biến Omron E3F-DS30B4 34

Hình 3.3: Van đảo chiều điện từ 35

Hình3.4: Van đảo chiều 5/2 36

Hình3.5: Relay trung gian Omron MY2NJ 36

Hình 3.6 Ứng dụng của PLC 37

Hình 3.7 Cấu trúc của PLC 39

Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của PLC 40

Hình 3.9 Lập trình dưới dạng bậc thang 42

Hình 3.10 Lập trình bằng phương pháp khối hàm 43

Hình 3.11 Giản đồ định thì Timer 55

Hình 3.12: PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 55

Hình 3.13: Các chuẩn truyền thông của PLC S7-1200 57

Hình 3.14: Nguồn tổ ong 24V DC 57

Hình 3.15: Camera Logitech B525 58

Hình 3.16: Sơ đồ tín hiệu điều khiển 60

Hình 3.17: Lưu đồ điều khiển của hệ thống 61

Hình 3.18: Lập trình và mô phỏng trên Tia Portal V15.1 62

Hình 3.19: Vị trí của HMI trong hệ thống tự động hóa hiện đại 64

Hình 3.20: Màn hình giám sát HMI 65

Hình 3.21: Mô hình truyền thông của Snap7 66

Hình 3.22: Danh sách tương thích của Snap7 67

Hình 4.1: Các bước cơ bản trong bài toán computer vision 69

Hình 4.2: Các kiểu ảnh 70

Hình 4.3: Ảnh màu [20] 71

Hình 4.4: Độ sáng ảnh thay đổi theo biểu đồ histogram 72

Hình 4.5: Tế bào thần kinh sinh học 74

Hình 4.6: Tế bào thần kinh nhân tạo 74

Hình 4.7: Kết nối các nơ – ron với nhau 75

Hình 4.8: Hàm kích hoạt Sigmoid, ReLU 76

Hình 4.9: Mô hình mạng nơ – ron gồm 3 layers 76

Hình 4.10: Quá trình Forward Propagation trong mô hình mạng nơ – ron 3 layer 77

Hình 4.11: Ví dụ cho các bước của thuật toán Gradient Descent cho đến khi đến được vị trí nhỏ nhất toàn cục 78

Hình 4.12: Ví dụ phương thức hoạt động Backward Propagation 79

Hình 4.13: Lớp tích chập 81

Hình 4.14: Padding và Stride cho lớp tích chập 81

Hình 4.15: Hoạt động của Max Pooling 82

Hình 4.16: Lớp liên kết đầy đủ 83

Hình 5.1: Xây dựng hệ thống phân loại chất lượng thuốc 84

Hình 5.2: Bài toán phân loại 84

Hình 5.3: flowchart classification 85

Hình 5.4: Dữ liệu thuốc đạt 85

Hình 5.5: Dữ liệu thuốc lỗi – nứt, vỡ 86

Hình 5.6: Dữ liệu thuốc lỗi – bẩn 86

Hình 5.7: Random Rotation Augmentation 87

Hình 5.8: Kiến trúc model VGG16 88

Hình 5.9: Hoạt động của lớp tích chập thứ 1 trong kiến trúc VGG16 89

Hình 5.10: Kiến trúc model VGG16 92

Hình 5.11: Hình ảnh đầu vào được đặt lại kích thước (224, 224, 3) 93

Hình 5.12: Kết quả trích xuất đặc trưng qua lớp Convolution thứ 1 93

Hình 5.13: Kết quả trích xuất đặc trưng qua lớp Convolution thứ 2 94

Hình 5.14: Kết quả trích xuất đặc trưng qua lớp Convolution thứ 3 94

Hình 5.15: Kết quả trích xuất đặc trưng qua lớp Convolution thứ 4 95

Hình 5.16: Kết quả trích xuất đặc trưng qua lớp Convolution thứ 5 95

Hình 5.17: Liên kết đầy đủ đến mạng nơ – ron để phân loại 96

Hình 5.18: Đồ thị sự chính xác với các thuật toán tối ưu khác nhau 98

Hình 5.19: Đồ thị hàm Loss Function với các thuận toán tối ưu khác nhau 98

Hình 5.21: Đồ thị sự chính xác với sự thay đổi batch size và step per epoch 100

Hình 5.22: Đồ thị Loss Function với sự thay đổi batch size và step per epoch 100

Hình 5.24: Đồ thị Accuracy ứng với thuật toán tối ưu Adam 101

Hình 5.25: Đồ thị Loss Function ứng với thuật toán tối ưu Adam 102

Hình 6.1: Mô hình thực nghiệm 103

Hình 6.2: Tủ điện điều khiển 104

Hình 6.3: Thuốc được cấp vào băng tải 104

Hình 6.4: Thuốc đến vùng khung hình của camera 105

Hình 6.5: Viên thuốc lỗi sẽ được khoanh đỏ và thuốc đạt sẽ được khoanh xanh 105

Hình 6.6: Thuốc sau xử lý đi qua vị trí cảm biến số 1 105

Hình 6.7: Thuốc lỗi đến vị trí của xylanh đẩy 106

Hình 6.8: Xylanh tiến hành đẩy thuốc lỗi vào khay chứa 106

Hình 6.9: Thuốc đạt tới vị trí cảm biến số 3 107

Hình 6.10: Băng tải hộp hoạt động 107

Hình 6.11: Lọ được đưa vào vị trí mâm xoay 108

Hình 6.12: Mâm xoay hoạt động đưa lọ vào vị trí hứng thuốc 108

Hình 6.13: Cơ cấu xy lanh cấp nắp 109

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số ổ lăn 28

Bảng 3.1: Các thiết bị đầu vào/ ra của bài toán 32

Bảng 3.2: Danh sách thiết bị cơ bản sử dụng trong hệ thống điện, điều khiển 32

Bảng 3.3 Lập trình dưới dạng mã lệnh STL 42

Bảng 3.4 Bảng logic khối SR và RS 51

Bảng 3.5 Thông số khối TORN 53

Bảng 3.6 Thông số TP và IN các bộ định thời 53

Bảng 3.7: Địa chỉ và tên Tag của các tín hiệu đầu vào trên Tia Portal 63

Bảng 3.5: Địa chỉ và tên Tag tín hiệu đầu ra trên Tia Portal 63

Bảng 5.1: Bảng thông số kiến trúc VGG16 96

Bảng 5.2: Đánh giá về Accuracy và tốc độ giảm của Loss Function với các phương pháp tối ưu khác nhau 99

Bảng 5.3: Sự ảnh hưởng của Batch size đến quá trình hội tụ 101

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC Programable Logic Controller

HMI Human Machine - Interface

Visual Geometry Group – 16th

Convolution Pooling Fully Connected

PHẦN MỞ ĐẦU

Với sự phát triển bùng nổ của học sâu (Deep learning) trong những năm gần đây, việc xử lý các bài toán trong lĩnh vực thị giác máy tính (Computer vision) đã đạt được những kết quả rất cao so với các phương pháp xử lý ảnh thông thường và học máy (Machine learning) kết hợp đặc trưng do con người định nghĩa trước đó Việc áp dụng mô hình vào trong sản xuất công nghiệp sẽ nâng cao được hiệu suất sản lượng

Trong quá trinh thực hiện đồ án này, chúng em tập trung vào thiết kế hệ thống cơ, hệ thống điện và điều khiển, bài toán phân loại (classification) ứng dụng trong hệ thống phân loại chất lượng viên thuốc trên dây chuyền sản xuất Báo cáo này gồm các chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm ứng

dụng xử lý ảnh

Chương 2: Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí

Chương 3: Hệ thống điện, điều khiển

Chương 4: Giới thiệu, cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh và ứng dụng của

machine learning, deep learning trong xử lý ảnh Bao gồm tổng quan, các khái niệm cơ bản về xử lý ảnh cũng như khái niệm, cơ sở lý thuyết, phương thức hoạt động của mạng nơ – ron nhân tạo và mạng nơ – ron tích chập

Chương 5: Xây dựng và đào tạo kiến trúc phân loại chất lượng thước sử

dụng mạng nơ – ron tích chập Cung cấp lần lượt thứ tự các bước đào tạo mô hình bao gồm thu thập dữ liệu, tiền xử lý dữ liệu, xây dựng mô hình và đánh giá kết quả

Chương 6: Xây dựng mô hình hệ thống và thực nghiệm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI

VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH

I.1 Đặt vấn đề

Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh chóng Tuy nhiên những doanh nghiệp có quy mô sản xuất vừa và nhỏ chưa được áp dụng nhiều, đặc biệt

ở khâu phân loại và đóng gói sản phẩm, vẫn còn sử dụng sức người, vì vậy năng suất chưa cao Ở khâu phân loại sản phẩm, lĩnh vực thị giác máy đang được ứng dụng ngày càng phổ biến Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng và khai thác một cách khả thi để áp dụng vào thực tế sản xuất

Đối với các giải thuật xử lý ảnh hiện nay, mong muốn của các giải thuật là tiến dần đến sự nhận biết của con người thông qua đôi mắt Cùng với xu hướng này, đề tài nghiên cứu và ứng dụng giải thuật trí thông minh nhân tạo để tạo ra

và sử dụng một mạng nơ-ron nhân tạo vào phần mềm của hệ thống Nội dung chính của hệ thống bao gồm nhận dạng, kiểm tra khuyết tật bề mặt sản phẩm là các loại thuốc sau khi được sản xuất sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo trên phần mềm trên máy tính sau đó truyền tín hiệu xuống bộ điều khiển để có thể điều khiển được các cơ cấu chấp hành phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn Qua đó, hệ thống đã giải quyết được phần nào bài toán năng suất với việc phân loại và kiểm tra chất lượng bề mặt sản phẩm ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong sản xuất

I.2 Lý do chọn đề tài

Trong nền công nghiệp hóa hiện đại hóa phát triển mạnh mẽ của nước ta hiện nay, đi kèm với đó là vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng tăng, biện pháp xử lý chưa triệt để dẫn đến số lượng người mắc bệnh tăng lên Vì vậy mà nhu cầu sử dụng thuốc và sản xuất thuốc tăng cao Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống đóng hộp thuốc sản xuất với quy mô loạt lớn và hàng khối

để đảm bảo năng suất đáp ứng nhu cầu chữa bệnh của con người Bên cạnh đó, việc sản suất với một số lượng lớn thì không thể tránh khỏi việc xuất hiện lỗi trên sản phẩm Vậy câu hỏi được đặt ra là làm thế nào để loại bỏ các sản phẩm lỗi đó ra khỏi dây chuyền để gửi đến người tiêu dùng những sản phẩm tốt nhất

Từ những thực tế và nhu cầu đó, là sinh viên ngành Cơ điện tử với những kiến thức đã được trang bị, nhóm đồ án đã chọn và thực hiện đề tài này Việc

tạo ra một hệ thống như vậy sẽ giúp được các doanh nghiệp loại bỏ các sản

phẩm lỗi và nâng cao năng suất, cung cấp những sản phẩm chất lượng đến tay khách hàng từ đó tạo nên lòng tin cho người tiêu dùng

I.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Hệ thống yêu cầu thực hiện được các nhiệm vụ sau:

- Phân loại và loại bỏ sản phẩm (viên thuốc) lỗi ứng dụng xử lý ảnh

- Tiến hành đóng lọ thuốc

Sau khi tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm đã chế tạo một mô hình đáp ứng cơ bản các yêu cầu trên

I.4 Nguyên lý hoạt động của toàn bộ hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng camera thu nhận hình ảnh sản phẩm khi di chuyển trên băng tải, sau đó tiến hành xử lí hình ảnh nhận được thông qua chương trình xử lí ảnh trên máy tính ứng dụng trí tuệ nhân tạo Sau khi xử

lý xong kết quả được gửi xuống PLC để điều khiển cơ cấu chấp hành Nếu sản phẩm lỗi, chương trình sẽ gửi tín hiệu cho hệ thống điều khiển để loại sản phẩm khỏi dây chuyền Ngược lại, sản phẩm đúng sẽ được giữ lại và tiến hành đóng gói

Hình 1.1: Sơ đồ tín hiệu điều khiển

I.5 Hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh

Hệ thống sử dụng camera để thu nhận hình ảnh của sản phẩm Hình ảnh sau

đó được xử lý theo yêu cầu của nhà sản xuất như kiểm tra kích thước, kiểm tra màu, kiểm tra vết nứt v.v Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng camera rất linh hoạt đáp ứng được nhiều lĩnh vực công nhiệp Tuy nhiên hệ thống này tương đối phức tạp và giá thành cao

Hình 1.2: Xử lý ảnh trong công nghiệp

Hệ thống kiểm tra sản phẩm dựa trên ứng dụng của việc xử lý ảnh Hệ thống này bao gồm ba phần chính:

- Thứ nhất là bộ phận thu thập thông tin ảnh xử lý và ra quyết định bao gồm

một hệ thống camera và đèn chiếu sáng chuyên dụng được đặt trong buồng chắn sáng gá trên giá đỡ đầu hề thống Buồng chắn sáng có nhiệm vụ chặn ánh sáng tự nhiên từ bên ngoài chỉ để lại ánh sáng do hệ thống chiếu sáng cung cấp (đảm bảo với môi trường ánh sáng bên ngoài) Khi một sản phẩm

đi qua buồng chắn sáng camera sẽ nhận thông tin về bề mặt của sản phẩm (chụp lại ảnh) sau đó gửi về phần mềm nhận dạng và phân loại (đối chiếu với các dự liệu ảnh về sản phẩm đã được nạp sẵn) Phần mềm sẽ xử lý và xác nhận, nhận dạng sản phẩm thuộc dạng nào, chất lượng ra sao

- Thứ hai là bộ phận xử lý tín hiệu hồi đáp, điều khiển và giao tiếp giữa người và máy bao gồm các nút bấm màn hình và các phím điều khiển

- Thứ ba là hệ thống bao gồm một băng tải và các hệ thống phụ trợ trong

việc loại sản phẩm lỗi Khi sản phẩm đã được nhận dạng thì hệ thống cơ khí sẽ nhận lệnh và đưa ra đáp ứng phù hợp Hệ thống phụ trợ này sử dụng

các xy lanh để thực hiện việc đẩy sản phẩm lỗi vào khoảng đã định sẵn

Một số ưu điểm của ứng dụng xử lý ảnh trong việc kiểm tra sản phẩm so với một số ứng dụng khác có thể ra như sau:

- Linh hoạt trong việc thay đổi mẫu mã sản phẩm kiểm tra

- Có khả năng kiểm tra được nhiều loại sản phẩm khác nhau

- Kiểm tra được những sản phẩm phức tạp

Bên cạnh đó ứng dụng cũng có một số nhược điểm:

- Hệ thống có giá thành cao, phù hợp với dây chuyền sản xuất các sản phẩm phức tạp mà các công nghệ thông thường không áp dụng được

- Đòi hỏi đội ngũ kỹ sư bảo dưỡng có kiến thức cơ bản về xử lý ảnh

I.6 Đóng hộp

Đóng lọ dược phẩm được thực hiện với mục đích bảo vệ an toàn cho các chế phẩm dược phẩm, giữ cho chúng không bị nhiễm bẩn, cản trở sự phát triển của vi sinh vật và đảm bảo an toàn sản phẩm trong suốt thời hạn sử dụng Ngoài

ra bao bì dược phẩm còn giúp bảo vệ thuốc trong quá trình vận chuyển, bảo quản, bán lẻ, logistics…

Quy trình đóng gói thuốc gồm các bước:

− Đóng gói thuốc vào lọ (secondary packaging)

− Đóng gói lọ vào thùng (final packaging)

I.6.1 Đóng thuốc vào lọ – secondary packaging

Đóng gói thứ cấp là bước tiếp theo của “primary packaging” Tất cả các viên thuốc từ khu vực đóng gói chính di chuyển đến khu vực đóng gói thứ cấp thông qua băng chuyền Tại băng chuyền, các viên thuốc sẽ được kiểm tra để phát hiện lỗi Các viên thuốc đạt yêu cầu được cơ cấu đẩy viên thuốc vào lọ Sau đó, băng chuyền đóng gói thực hiện quá trình đóng gói, dán nhãn

I.6.2 Đóng gói hộp, lọ vào thùng – final packaging

Đóng gói là bước cuối cùng trong quá trình sản xuất, được tiến hành khi cần lưu trữ kho, vận chuyển Các hộp, lọ thuốc từ “secondary packaging” được xếp vào các thùng carton, sau đó dán nhãn và niêm phong

I.7 Ý nghĩa của hệ thống

Hệ thống phân loại sản ra đời hình thành và phát triển trong giai đoạn kinh

tế của thế giới nói chung và của đất nước như hiện nay đã đánh dấu thêm những bước ngoặt quan trọng cho sự tiến bộ của khoa học- công nghệ kĩ thuật thực tế

đã ứng dụng một cách tốt nhất cho những mục đích cao, khó của con người Có một tầm quan trọng ảnh hưởng lớn đến nền công nghiệp đặc biệt là đối với tình hình nước Việt Nam ta hiện nay làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể cho cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và ổn định lâu dài Đồng thời cũng là nền tảng cho sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên thế giới Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối sản phẩm tới con người

Hình 1.3: Quy trình đóng gói

một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn Vấn đề số lượng

và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất

Từ đây sự thay thế của máy móc của các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các qua trình khác

để tạo ra sản phẩm Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công việc khó khăn phức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt Nhờ vậy mà sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt

Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môi trường sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên đã có sự hình thành nhanh chóng gây ra những hậu quả vô cùng nguy hiểm Lâu dài nó sẽ làm cho sự tồn tại của con người không được bền lâu Bởi vậy, hệ thống đóng gói thuốc nói riêng và hệ thống đóng gói sản phẩm nói chung trong nhiều hệ thống tự động khác có ý nghĩa hơn vào thế kỉ này

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ

KHÍ

II.1 Yêu cầu của hệ thống cơ khí

Cácyêu cầu thiết kế hệ thống cơ khí cần đạt thỏa mãn các điều kiện sau:

- Hệ thống cần đảm bảo độ cứng vững, độ bền, hoạt động ổn định và rung động ít

- Có hệ thống chiếu sáng giảm tối đa các yếu tố nhiễu

- Thiết kế thuận tiện cho tháo lắp, bố trí bộ điều khiển, các bộ phận khá

- Năng suất thiết kế phân loại trên 1500 sản phẩm/giờ

Từ các yêu cầu cần đáp ứng ở trên nhóm tiến hành thảo luận, nghiên cứu và

đề xuất mô hình cơ khí như phần dưới

II.2 Mô hình đề xuất

Hệ thống cơ khí phân loại thường sử dụng hai cơ cấu là cho sản phẩm chạy trên băng tải hoặc đĩa quay để kiểm tra Căn cứ vào sản phẩm nhóm tiến hành kiểm tra vỉ thuốc về số lượng thuốc, màu sắc

Hình 2.1: Mô hình đề xuất

Cấu tạo các cụm của mô hình bao gồm:

- 1: Camera xử lí ảnh

- 2: Băng tải cấp thuốc và loại thuốc

- 3: Cơ cấu đóng nắp

- 4: Băng tải cấp lọ thuốc

Với mô hình đã đề xuất, nhóm tiến hành thiết kế, chọn lựa và tính toán các

bộ phận chính của kết cấu ở phần tiếp theo dưới đây

II.3 Băng tải

II.3.1 Tổng quan

Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm Nó

có nhiệm vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn Nguồn động lực chính của băng tải chính là động cơ điện: động cơ một chiều, động cơ 3 pha lồng sóc hay servo…tùy vào yêu cầu hệ thống Để tạo ra moment đủ lớn cho băng tải, cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc rồi mới ra tải Hai đầu băng tải có puli Băng tải làm từ vật liệu nhiều lớp, thường

là hai có thể là cao su Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho băng tải, lớp trên là lớp phủ

Hình 2.2: Băng tải công nghiệp

Ưu điểm của băng tải

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng

- Vốn đầu tư không lớn, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng

so với máy vận chuyển khác thấp hơn

- Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại

có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây dai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên

công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp

Hình 2.3: Danh sách các loại băng tải

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn Năng suất của băng tải

loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:

• Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

• Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều

xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

- Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài Do băng tải dùng trong hệ thống làm

nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong đề tài nhóm đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:

• Tải trọng băng tải nhẹ

• Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

• Linh hoạt, dễ dàng hiệu chỉnh

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có nhược điểm như: độ chính xác khi vận hành không cao do nhiều yếu tố: do nhiệt độ môi trường ảnh hưởng, độ

ma sát của dây đai giảm qua thời gian

II.3.2 Thông số đầu vào

Hệ thống có các thông số đầu vào như sau:

- Nguồn lực đẩy phôi: xy lanh khí nén

- Nguồn lực quay băng tải: động cơ điện

- Chọn thời gian băng tải đặt tốc độ làm việc: t1 = 1 (s)

- Chiều dài băng tải: L= 610 (mm)

- Thông số hình học phôi: 16x8x6 (mm)

- Khối lượng phôi: m = 1 (g) = 0,001 (kg)

- Khối lượng lọ thuốc: 𝑚𝐿= 50 (g)= 0,05 (kg)

- Khối lượng mâm xoay 𝑚𝑚= 250 (g)= 0,25 (kg)

- Năng suất làm việc: 𝑁1 = 24 (sp/phút), 𝑁2 = 4 (lọ/phút)

- Vận tốc băng tải v (m/s)

- Độ dày băng tải: h (m)

- Chiều rộng băng tải: B (m)

- Diện tích tiết diện mặt cắt ngang: S (m 2 )

Hình 2.4: Sơ đồ phân bố phôi trên băng tải

Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn quá trình tăng – giảm tốc của băng tải

II.3.3 Tính sơ bộ dữ liệu đầu vào

II.3.3.1 Tính toán chọn dây đai băng tải sản phẩm

Đặc điểm của dây đai băng tải: vải cao su

Hệ thống phân loại sản phẩm trong đồ án thiết kế này có kích thước

tương đối nhỏ (chiều dài L= 610 mm), công suất không lớn nên ta có thể chọn băng tải là loại băng làm vải dệt từ sợi bông, một lớp, bề rộng là 60

- Chiều dày của lớp màng cốt: δ m =1 (mm)

Chiều dày của băng tải: h= δ lv +δ klv +δ m i= 0,5+ 0,5+ 1.1= 2(mm) (2.57)

𝑀 = 𝑛𝑠𝑝× 𝑚𝑠𝑝 = 6 × 0,001 = 0,006 (𝑘𝑔) (2.58) Trong đó:

Như vậy ta đã chọn được:

- Băng tải có chiều dày 2 (mm)

- Vận tốc băng tải là 40,67 (mm/s)

- Khoảng cách giữa các sản phẩm là 122 (mm)

- Thời gian một viên thuốc đi hết băng tải là 15 (s)

Đường kính puly 30 (mm) và chiều dài 75 (mm)

II.3.3.2 Tính chọn băng tải lọ

Với băng tải lọ thuốc, các lọ thuốc sẽ có thời gian chờ, tức băng tải vẫn chạy và các lọ thuốc đứng yên, thời gian chờ này phụ thuộc vào số thuốc quy định trong mỗi, để thuận tiện cho tính toán, ta cho mỗi lọ thuốc gồm 6 viên, như vậy, số lọ có thể đóng thuốc trong 1 phút là 4 lọ, nên lọ cùng lúc khi có trên băng tải là 4 lọ

Từ đây, ta tính toán và lựa chọn thông số băng tải như sau:

- Chiều dài 610 (mm)

- Bề rộng băng tải 60 (mm)

- Chiều dày băng tải 2 (mm)

- Vận tốc băng tải là 40,67 (mm/s)

- Thời gian một viên thuốc đi hết băng tải là 15 (s)

Đường kính puly 30 (mm) và chiều dài 75 (mm)

II.4 Động cơ

II.4.1 Tổng quan

Là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ, động cơ điện được sử dụng rất phổ biến ứng dụng trong nhiều loại máy móc thiết bị Các loại động cơ điện thường được sử dụng để truyền động cơ băng tải là:

- Động cơ không đồng bộ: động cơ được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, có ưu điểm là giá thành rẻ chống quá tải tuy nhiên để điều

khiển tốc độ của động cơ này lại gặp rất nhiều khó khan tốn kém về chi phí

- Động cơ servo: được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động

cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu

có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

- Động cơ đồng bộ: động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ qua của từ trường Tốc độ của động cơ đồng bộ không phụ thuộc vào

tải, không phụ thuộc vào điện áp lưới điện chỉ phụ thuộc vào tốc độ của từ trường quay và có thể đạt được hiệu suất rất cao Tuy nhiên nó lại có giá thành cao và việc vận hành mở máy gặp nhiều khó khăn

- Động cơ điện một chiều: động cơ điện hoạt động với dòng điện một

chiều

Động cơ điện công suất nhỏ được sử dụng phổ biến trong dân dụng với giá thành rẻ và việc điều chỉnh tốc độ dễ dàng Động cơ một chiều công suất lớn được sử dụng trong truyền động băng tải công nghiệp hay trong vận hành

hệ thống truyền động do cung cấp moment khởi động lớn đáp ứng yêu cầu thực tế

Theo yêu cầu của đồ án nên lựa chọn động cơ một chiều vì những lí do sau:

- Có cấu tạo đơn giản vận hành dễ dàng

- Có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ với độ chính xác cao

- Giá thành rẻ, mẫu mã đa dạng trên thị trường

Hình 2.7: Động cơ 1 chiều

II.4.2 Tính toán động cơ

II.4.2.1 Động cơ băng tải sản phẩm

Tính chọn công suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theo công suất cản tĩnh Chế độ quá độ không tính vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ tải của động cơ truyền động Phụ tải của thiết bị liên tục thường ít thay đổi trong quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng quá tải Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy

Công suất động cơ truyền động băng tải bao gồm 3 thành phần chủ yếu sau:

- Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu

- Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát

giữa băng tải và các con lăn khi băng tải chạy không tải

- Công suất P3 để nâng băng tải (nếu băng tải nghiêng)

- P: Trọng lượng của phôi (viên thuốc)

- Fc: lực căng băng tải

- S: Lực liên kết

Giả sử băng tải trên bị võng đi một góc θ

Ta có phương trình như sau:

S.sinθ = 𝑃

S.cosθ = 𝐹𝐶 (N)

F𝑐 =

𝑃 2.𝑡𝑎𝑛𝜃 (N)

Hệ số ma sát giữa con lăn và băng tải là: μ

- k 2 = 0,05: Hệ số tính đến lực cản khi không tải

- 𝛿𝑏= 1,1.B.𝛿 = 1,1.0,6.0,035 = 0,0231(kG/m): Khối lượng băng tải

trên một mét chiều dài băng tải

Công suất cần để khắc phục lực ma sát ổ lăn và con lăn:

P 2 = 2.L.𝛿𝑏.k 2 g.v = 2.0,61 0,0231.0,05.9,8.0,041 = 0,0006(W) (2.65)

Tính P3

- P3=0 do băng tải nằm ngang

- Vậy công suất trên trục tang là:

Với: k 3 = 1,3: hệ số dự trữ về công suất

η = 0,98: hệ số truyền tải công suất của bộ truyền đai

Ta có thể thấy, vì sản phẩn là viên thuốc có khối lượng nhỏ, nên góc võng

sẽ rất nhỏ xấp xỉ giá trị 0, nên ở đây, công suất động cơ ta có thể lựa chọn sao cho phù hợp với tốc độ và tính kinh tế

- Tốc độ quay của trục máy:

- Tỷ số truyền hộp giảm tốc bánh răng: N11 (u=11)

- Số vòng quay sơ bộ của động cơ:

- Chọn động cơ thỏa mãn điều kiện: Pđc > Pct; nđc ≈ n

- Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ: n đc = 285 (vòng/phút)

Hình 2.9: Thông số kỹ thuật động cơ TG-85B-SG-gear ratio = 1/15

Ta chọn động cơ gearmotor DC: TG-85B-SG (12V) -gear ratio = 1/15

(hãng TSUKASA ELECTRIC CO)

II.4.2.2 Động cơ băng tải lọ

Thông số trọng lượng lọ là: 𝑃𝐿= 0,05.9,8 = 0,49 (N)

Số lọ trên băng tải cùng lúc: n = 4

Tải trọng lớn nhất 𝑃 = 𝑃𝐿 𝑛 = 0,49.4 = 1,96 (𝑁)

Tính toán tương tự như phần trên, ta được các thông số:

- Công suất trên trục động cơ: 𝑃đ𝑐 = 0,8 (W)

- Số vòng quay sơ bộ động cơ: 𝑛đ𝑐 = 275 (vòng/phút)

Từ đây, ta chọn động cơ gearmotor DC: TG-85B-SG (12V) – gear ratio

= 1/15

(hãng TSUKASA ELECTRIC CO)

II.4.2.3 Động cơ mâm xoay

Thông số đầu vào:

- Đường kính mâm xoay: d= 200 (mm)

- Khối lượng mâm xoay 𝑚𝑚= 250 (g) = 0,25 (kg)

- Thời gian di chuyển từ từ vị trí nhận thuốc đến đóng nắp: t = 2s

Trọng lượng mâm xoay: 𝑃𝑚= 0,25.9,8 = 2,45 (N)

Với số lọ tối đa trên mâm là 4 nên lực ma sát trượt tối đa là:

𝐹𝑚𝑠 = 4𝜇𝑁 = 4.0,15 (0.059 + 0,49) = 0,33 (N) Tải trọng lớn nhất: 𝑃 = 𝑃𝑚 + 𝐹𝑚𝑠 = 2,45 + 0,33 = 2,78 (N)

Ta tính được vận tốc:

𝑣 = 𝜋 𝑑 4 𝑡 = 200𝜋 4.2 = 78,54 (𝑚𝑚 𝑠)⁄ ⁄ ⁄ = 7,5 (𝑣 𝑝ℎ)⁄

Sau đó ta tính toán tương tự phần trên:

- Công suất động cơ: 𝑃đ𝑐 = 2,9 (𝑊)

- Số vòng quay sơ bộ động cơ: 𝑛đ𝑐 = 82,5 (vòng/phút)

Hình 2.10: Thông số kỹ thuật động cơ TG-85B-SG-gear ratio = 1/50

Từ đây, ta chọn động cơ gearmotor DC: TG-85B-SG (12V) -gear ratio

Điều kiện thỏa mãn

Vậy ổ lăn chúng ta chọn là ổ bi đỡ 1 dãy với các thông số sau:

- v là tốc độ của xy lanh (mm/s), phụ thuộc vào áp suất và điều chỉnh van

tiết lưu, ở đây, dựa vào tốc độ băng tải và khoảng cách giữa các viên

thuốc, ta chọn v = 30 (mm/s)

- W là hành trình của xy lanh, chọn W = 75 (mm)

- t là thời gian hành trình của xy lanh, chọn t = 0,5 (s)

Đối tượng mà xy lanh tác động vào là viên thuốc có khối lượng nhẹ nên việc tính toán lựa chọn xy lanh chỉ quan tâm tới hành trình (stroke) Nhóm đã quyết định chọn CXSJ M6-20 Thông số kỹ thuật và ý nghĩa ký hiệu cho bởi hình dưới:

Hình 2.12: Thông số kỹ thuật xylanh CXSJ series

Hình 2.13: Ý nghĩa các ký hiệu của xylanh CXSJ series

II.7 Cơ cấu đóng nắp lọ

Hình 2.14: Cơ cấu cấp, đóng lọ

II.7.1 Cấu tạo máy đóng nắp lọ

Máy đóng nắp lọ tự động có cấu tạo gồm 4 bộ phận chính:

- Bộ phận phân cấp

- Hệ thống băng tải

- Cơ cấu đóng nắp lọ

- Cơ cấu chuyển động

Mỗi bộ phận đảm nhiệm chức năng riêng nhưng vẫn đảm bảo phối hợp với nhau để mang lại hiệu suất làm việc tốt nhất

II.7.2 Nguyên lý hoạt động

Viên thuốc sau khi đi qua băng chuyền kiểm tra lỗi sản phẩm tiếp tục đi tới hộp chứa thuốc Bộ đếm đủ số lượng viên thuốc trong 1 lọ, động cơ sẽ xoay bàn xoay để di chuyển lọ tới nơi cấp nắp và đóng nắp Tại vị trí cần đóng nắp

cơ cấu xy lanh khí nén sẽ hoạt động đi xuống để thực hiện xoay đóng nắp Đóng nắp xong mâm xoay sẽ xoay để di chuyển hộp thuốc tới khu vực băng tải tiếp theo để thực hiện quy trình kế tiếp

II.7.3 Cách thức hoạt động

Cách thức hoạt động của máy đóng lọ tự động:

- Máy đóng nắp lọ tự động vận hành thông qua màn hình điều khiển PLC

- Máy được kết nối với nguồn điện 220V

- Thiết lập chế độ dập lọ

- Nắp lọ sẽ được điều chỉnh thông qua nút tính năng trên máy

- Máy vận hành liên tục với chế độ đã được bạn thiết lập sẵn trước đó

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN

III.1 Giới thiệu các thiết bị điện cơ bản sử dụng trong hệ thống

Theo yêu cầu bài toán ta có danh sách các thiết bị đầu vào và đầu ra như sau:

Bảng 3.1: Các thiết bị đầu vào/ ra của bài toán

Từ đây, ta có bảng thống kê các thiết bị sử dụng trong bài toán

Bảng 3.2: Danh sách thiết bị cơ bản sử dụng trong hệ thống điện, điều khiển

Thiết bị Số lượng

Nút nhấn 3 Cảm biến 3 Relay 6 Nguồn 24 V DC 1 Nguồn 12V DC 1 Van điện từ (van đảo chiều) 3

PLC S7 - 1200 1 Camera 1 Đèn led 1 Sau đây là thông tin về một số thiết bị được sử dụng

III.1.1 Nút nhấn

Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặc một số loại quá trình Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại Hình dạng của nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất

cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút ấn có 2 loại chính là nút nhấn thường

mở hoặc nút nhấn thường đóng

Nút nhấn START Băng tải thuốc Nút nhấn STOP Băng tải lọ Nút nhấn RESET Mâm xoay Cảm biến loại thuốc

lỗi

Xylanh đẩy sản phẩm

lỗi Cảm biến đếm thuốc

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

- Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiêp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ Khi tác động vào hệ thống, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn tác động các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu

- Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện Các loại nút ấn thông dụng có dòng định mức là 5A, điện áp ôn định là 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lượt đóng ngắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 lần đóng ngắt Nút ấn màu đỏ thường để đóng, tắt máy; màu xanh để khởi động và màu vàng để báo lỗi hệ thống

áp suất, ánh sáng, tốc độ, lưu lượng… thành các tín hiệu điện như mA, mV Đây chính là hệ thống thu thập thông tin cho bộ điều khiển làm việc Các loại cảm biến thường được sử dụng trong công nghiệp như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng, cảm biến tiệm cận… Với mục đích phát hiện viên thuốc trên băng tải và hộp thuốc vào vị trí, ta

có một số hướng giải quyết sử dụng một số loại cảm biến sau:

- Cảm biến siêu âm

- Cảm biến hồng ngoại

- Cảm biến quang

- Cảm biến tiệm cận

Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau và chúng có những

ưu và nhược điểm riêng nhưng trong đồ án này do yêu cầu về tính năng công nghệ cần phải phân loại sản phẩm trên băng tải nên nhóm đã sử dụng cảm biến tiệm cận Phôi được cấp vào băng chuyền nhờ hệ thống máng rung, cảm biến

sẽ nhận biết có đối tượng đi qua và sẽ tính toán thời gian để dừng lại tại vị trí

có camera, sau đó tiến hành chụp và xử lý ảnh Một cảm biến có nhiệm vụ phát hiện lọ vào vị trí hứng thuốc, và một cảm biến dùng để đếm số thuốc đạt vào lọ

Sau khi lựa chọn các sản phẩm cảm biến trên thị trường, nhóm đã quyết định dùng cảm biến Omron E3F – DS30B4 (PNP) Đây là loại cảm biến khoảng cách hồng ngoại được dùng để phát hiện vật cản dựa vào các tia hồng ngoại trong khoảng cách 0 - 30 cm Cảm biến vật cản hồng ngoại dùng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản với độ phản hồi nhanh, độ chính xác cao

Hình 3.2: Cảm biến Omron E3F-DS30B4

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp: 6-36 V DC

- Dòng điện max: 200 mA

- Khoảng cách đo: 0-30 cm

- Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở

- Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Kích thước 7x1.7 cm

- Chất liệu: nhựa cứng

- Màu sắc: đen và vàng

- Ngõ ra dạng PNP