Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã qr code sử dụng plc s7 1200

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.11 MB, 70 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN</b>

<b> ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC</b>

<b> CHUYÊN NGHÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỀ TÀI:</b>

<b>THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNGQUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7 – 1200</b>

<b> CBHD : TS.Phạm Văn Cường</b>

Hà Nội - 2023

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

1.1. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code...8

1.2. Cấu tạo của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code...9

1.3. Quá trình trong hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code....9

1.4. Ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code....10

2.1. Phân tích u cầu cơng nghệ...15

2.2. Sơ đồ khối của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử dụng PLC S7-1200...15

2.2.1. Sơ đồ khối của hệ thống...15

2.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống...17

2.3. Lưu đồ thuật tốn...18

2.3.1. Thuật tốn chương trình chính điều khiển hệ thống...18

2.3.2. Thuật toán điều khiển băng tải...19

2.3.3. Thuật toán điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm...20

2.3.4. Thuật toán phân loại sản phẩm lỗi...21

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

2.4. Chương trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR

2.5. Giao diện nhận diện mã vạch QR code...22

2.6. Các thiết bị sử dụng trong mơ hình...22

<b>Chương trình PLC cho hệ thống phân loại sản phẩm...57</b>

<b>Chương trình Arduino cho cánh tay Robot...59</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Hình 1.1: Cấu tạo của mã Qrcode...11

Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống...16

Hình 2.2: Lưu đồ thuật tốn chương trình chính điều khiển hệ thống...18

Hình 2.3: Lưu đồ thuật tốn điều khiển băng tải...19

Hình 2.4: Lưu đồ thuật tốn điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm...20

Hình 2.5: Lưu đồ thuật tốn phân loại sản phẩm lỗi...21

Hình 2.6: Giao diện nhận diện mã QR code...22

Hình 2.13: Cảm biến quang Hanyoung PE-R05D...32

Hình 2.14: Sơ đồ chân của cảm biến quang Hanyoung PE-R05D...33

Hình 3.1: Mơ hình phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử dụng PLC S7-1200...35

Hình 3.2: Giao diện quét mã QR code...36

Hình 3.3: Sơ đồ đấu dây...37

Hình 3.4: Kiểm tra kết nối giữa WindowsForms với PLC...38

Hình 3.5: Vị trí ban đầu của cánh tay Robot khi chưa đặt sản phẩm...39

Hình 3.6: Vị trí qt mã sản phẩm 1...39

Hình 3.7: Giao diện nhận mã sản phẩm 1 và đếm số lượng sản phẩm 1...40

Hình 3.8: Cánh tay Robot thực hiện gắp sản phẩm 1...40

Hình 3.9: Cánh tay Robot đưa sản phẩm đến vị trí đặt sản phẩm 1...41

Hình 3.10: Vị trí qt mã sản phẩm 2...41

Hình 3.11: Giao diện nhận mã sản phẩm 2 và đếm số lượng sản phẩm 2...42

Hình 3.12: Cánh tay Robot thực hiện gắp sản phẩm 2...42

Hình 3.13: Cánh tay Robot đưa sản phẩm đến vị trí đặt sản phẩm 2...43

Hình 3.14: Vị trí qt mã sản phẩm 3...43

Hình 3.15: Giao diện nhận mã sản phẩm 3 và đếm số lượng sản phẩm 3...44

Hình 3.16: Cánh tay Robot thực hiện gắp sản phẩm 3...44

Hình 3.17: Cánh tay Robot đưa sản phẩm đến vị trí đặt sản phẩm 3...45

Hình 3.18: Vị trí qt mã sản phẩm lỗi...45

Hình 3.19: Giao diện nhận mã sản phẩm và đếm số lượng sản phẩm lỗi...46

Hình 3.20: Vị trí đặt sản phẩm lỗi...46

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Bảng 2.1: Bảng thông số của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/RELAY....26Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Webcam HD FULL...31Bảng 2.3: Thông số của cảm biến quang Hanyoung PE-R05D...32

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Xã hội ngày nay càng phát triển, nhu cầu về vật chất và tinh thần củacon người ngày càng tăng lên, vì thế bài tốn về cung cấp ln được các nhàsản xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là mộtphương án cấp thiết, nó địi hỏi sự nhanh chóng, chính xác, tăng năng xuất,giảm thiểu sức lao động của con người. Q trình sản xuất được tự động hóacao giúp năng suất được nâng cao và giảm chi phí tăng tính cạnh tranh chocác doanh nghiệp.

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa, hiệnđại hóa sử dụng càng nhiều thiết bị hiện đại dể điều khiển tự động các quátrình sản xuất, gia cơng,… .Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sảnxuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạttrên cơ sở sử dụng các máy tự động, robot công nghiệp,… .Trong đó có mộtkhâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hành hóa bán ra là hệ thống phânloại sản phẩm.

Đồ án “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sửdụng PLC S7-1200 ” được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức, đồng thờigiúp cho sinh viên chúng em thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đãhọc ở trường với những kiến thức thực tiễn bên ngoài, để sau này khi ratrường làm việc có thêm những kinh nghiệm q giá trong cơng việc. Đề tàitrên có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển, kiểmtra hàng hóa và phân loại sản phẩm hỗ trợ tối ưu cho con người trong cuộcsống hiện đại ngày nay.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Được sự đồng ý và ủng hộ của bộ môn, khoa Điện, Trường Đại HọcCông Nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Phạm Văn Cường,

<b>đề tài: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử</b>

<b>dụng PLC S7-1200” đã được hoàn thiện.</b>

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cơ giáo trongkhoa đã nhiệt tình giúp đỡ em về các kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiêncứu của đề tài trong thời gian thực hiện đề tài, cũng như các kiến thức mà cácthầy cô đã truyền đạt cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Phạm Văn Cườngđã nhiệt tình quan sát, tận tình hướng dẫn chỉ bảo và chỉ ra những điều cầnsửa đổi bổ sung giúp đỡ để em đạt được từng yêu cầu của đề tài.

Đề tài “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sửdụng PLC S7-1200” mà em lựa chọn cho đồ án tốt nghiệp sẽ giúp ích choviệc thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp, năng cao sản lượng ,giảm hao phí.

Trong quá trình thực hiện bài báo cáo, em đã cố gắng hết sức để hoànthành một cách tốt nhất. Nhưng với lượng kiến thức và trải nghiệm cịn hạnchế nên khó tránh khỏi những sai sót mong thầy cơ đóng góp để đề tài của emđược hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

<small> Hà Nội, ngày… tháng…năm 2023 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>CHƯƠNG 1. TỔNGQUAN VỀ HỆ THỐNG</b>

<b>PHÂN LOẠI SẢNPHẨM BẰNG QUÉT</b>

<b>QR CODE1.1. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code</b>

Hiện nay, công nghệ mã vạch là một trong những phương pháp nhậndạng và thu thập dữ liệu tự động rất phổ biến. Công nghệ này hoạt động dựatrên nguyên tắc là gán cho hàng hóa cần quản lý một dãy số theo quy ước(hoặc gồm dãy chữ và số), sau đó thể hiện quy ước này dưới dạng các số vàmã vạch để thiết bị đầu đọc mã vạch có thể đọc hiểu được. Trong quản lý sảnphẩm hàng hoá, người ta gọi dãy số hoặc dãy vạch quy ước là mã số, mã vạchcủa hàng hoá. Giải pháp mã vạch đã và đang được ứng dụng vào rất nhiều ởcác ngành nghề khác nhau do có độ chính xác cao, các thao tác thực hiệnnhanh chóng, giúp tiết kiệm chi phí nhân sự, có hiệu suất ổn định. Với ứngdụng phân loại hàng hóa và quản lý kho thì QR Code được dùng để phân loạisản phẩm vô cùng tiện lợi, đồng thời sử dụng ứng dụng mã vạch để kiểm sốtlượng hàng hóa cịn tồn đọng trong kho. Khi đó, người sử dụng có thể đưa ranhững quyết định trong việc nhập, xuất hàng hóa một cách hợp lý, giảm chiphí tồn kho hữu ích. Hoặc có thể ứng dụng cơng nghệ mã vạch trong việcphân biệt hàng thật, hàng giả trên thực tế thơng qua việc thể kiểm tra nhanhchóng nguồn gốc của sản phẩm. Từ đó, có thể nhận diện, phát hiện và theodõi hàng hóa được nhập về có phải là hàng thật từ nhà sản xuất uy tín haykhơng. Với rất nhiều ưu điểm về hiệu suất công việc, độ chính xác cao, thơngtin nhanh chóng và nhiều lợi ích khác, cơng nghệ này được dự đốn là đangvà sẽ rất phát triển trong tương lai gần. Các hệ thống đã được cơng bố hoặcthương mại hóa hiện nay về chủ đề này hầu như không trùng lặp với nghiêncứu của nhóm tác giả. Trong nghiên cứu này nhóm tác giả có mục tiêu thiếtkế một hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo mã vạch kết hợp với lập

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

trình trên nền tảng Visual Studio nhằm ứng dụng trong các cơ sở kinh doanhsản phẩm hàng hóa như tại các cơng ty xuất nhập khẩu, các siêu thị, cửa hàngbách hóa. Hình ảnh sản phẩm (có mã vạch) cần được phân loại sẽ đượcWebcam của hệ thống thu/ghi lại và gửi/truyền tới chương trình VisualStudio. Tiếp theo, hệ thống sẽ thực hiện phân tích thơng tin mã vạch để đưa ratín hiệu xuống PLC. Sau đó PLC sẽ xử lí và đưa ra lệnh điều khiển tới bộphận cánh tay robot để gắp sản phẩm theo các quy định đã được thiết lập vớicác yêu cầu phân loại sản phẩm hàng hóa. Sản phẩm được thiết kế và xâydựng có giá thành rẻ, có thể lắp đặt và sửa chữa dễ dàng, có tính ứng dụngthực tế cao.

<b>1.2. Cấu tạo của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code</b>

Mã QR Code: Là mã vạch 2 chiều chứa thông tin sản phẩm (Tên, mãsản phẩm, ngày sản xuất, hạn sử dụng, địa chỉ sản xuất,thành phần, giá cả,…).

Thiết bị đọc mã: Phầm mềm giám sát Visual Studio có chức năng nhậnhình ảnh từ webcame sau đó tiến hành giải mã QR code và đưa ra dữ liệu choPLC.

Thiết bị điều khiển: PLC nhận tín hiệu của phần mềm giám sát đưaxuống

để đưa ra tín hiệu cho cánh tay robot phân loại vào đúng vị trí đã được lậptrình sẵn.

Cánh tay robot: Gắp sản phẩm và đưa đến đúng vị trí đã được lập trìnhdựa vào tín hiệu của PLC.

<b>1.3. Q trình trong hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code</b>

Thiết kế QR Code: QR Code được thiết kế và in trên sản phẩm hoặc baobì sản phẩm.

Quét mã QR Code: Camera quét mã và gửi về cho phần mềm giám sát.Giải mã QR Code: Phần mềm giám sát giải mã QR Code từ camera gửivề và gửi tín hiệu xuống PLC.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Xử lí tín hiệu nhận được từ phần mềm giám sát: PLC nhận tín hiệu từphần mềm giám sát gửi về sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển xuống cho cánhtay.

Phân loại sản phẩm: Dựa theo thông tin nhận được từ PLC cánh tayrobot thực hiện gắp sản phầm đến đúng vị trí đã lập trình.

Đếm số lượng sản phẩm: Mỗi sản phẩm đến từng vị trí sẽ được đếm vàhiển thị số lượng trên phần mềm giám sát.

<b>1.4. Ứng dụng của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code </b>

Giúp người dùng kiểm tra thông tin sản phẩm: Người dùng có thể quétQR code để kiểm tra thông tin sản phẩm đảm bảo sản phẩm đúng và an tồn.

Giúp người dùng quản lí sản phẩm về các kho hàng: Hệ thống giúp quảnlí một cách chính xác, nhanh chóng, đảm bảo việc nhập/xuất kho được thựchiện đúng sản phẩm và số lượng.

Giúp người dùng quản lí chuỗi cung ứng: Hệ thống giúp quản lí chuỗicung ứng một cách chính xác và minh bạch hơn, đảm bảo sản phẩm được vậnchuyển đúng địa điểm và thời gian.

Giúp ngăn chặn hàng giả: Hệ thống giúp ngăn chặn hàng giả bảo vệquyền lợi của người dùng.

 Tính minh bạch: Hệ thống có tính minh bạch hơn so với hệ thốngkhác, đảm bảo có đầy đủ thơng tin về sản phẩm cũng như trongquản lí sản phẩm.

 Tính tiện lợi: Hệ thống có thể dùng trên nhiều thiết bị khác nhau

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

như: điện thoại, máy tính bảng, laptop, …Nhược điểm:

 Yêu cầu kết nối: Để truy cập thông tin cũng như là truyền dữ liệu Yêu cầu thiết bị có khả năng quét, đọc và giải mã QR code: Hệ

thống cần phải sử dụng thiết bị có tính năng quét, đọc và giải mãQR code.

 Yêu cầu phải có hệ thống quản lí sản phẩm: Để phân loại sản phẩmthì cần phải có hệ thống quản lí sản phẩm đầy đủ và chính xác.

QR Code (mã QR) là viết tắt của Quick response code (Tạm dịch: Mãphản hồi nhanh), hoặc có thể gọi là Mã vạch ma trận (Matrix-barcode) hayMã vạch 2 chiều (2D). Đây là một dạng thông tin được mã hóa để hiển thị saocho máy có thể đọc được.

QR Code xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1994, được tạo ra bởi DensoWave (công ty con của Toyota). QR Code bao gồm những chấm đen và ôvuông mẫu trên nền trắng, có thể chứa những thơng tin như URL, thời gian,địa điểm của sự kiện, mô tả, giới thiệu một sản phẩm nào đó,...

QR Code cho phép quét và đọc mã nhanh hơn bằng các thiết bị như máyđọc mã vạch hoặc điện thoại có camera với ứng dụng cho phép quét mã, vôcùng tiện lợi cho người dùng.

Cấu tạo: Gồm nhiều hình vng màu đen với nền trắng được sắp xếpTrong một lưới hình vng, trong đó một số ơ dùng để cảm biến hìnhảnh định vị (3 ơ vng lớn ở 3 góc), cịn lại chứa thông tin định dạng, phiênbản, dữ liệu và mã sửa lỗi (ECC – phương pháp phát hiện và sửa lỗi xảy rakhi truyền dữ liệu).

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<i>Hình 1.1: Cấu tạo của mã Qrcode</i>

Trong đó:

 <i>Hoa văn định vị (Finder pattern): Các hoa văn định vị nằm ở 3 góc của mã</i>

QR. Mục đích của chúng là biểu thị hướng cho mã, giúp camera có thể xácđịnh được phạm vi mã cũng như đọc thông tin ngay trong trường hợp mãbị biến dạng.

 <i>Thông tin định dạng (Format Information): Các mẫu định dạng có chức</i>

năng sửa lỗi, quyết định mức độ sửa lỗi của mã QR. Để giúp cho việc cânbằng giữa các ô đen và trắng trên mã, chức năng Mask được thiết lập. Dựavào 8 loại nguyên tắc, các thông tin lưu trên mã QR vẫn đảm bảo sự toànvẹn cũng như màu sắc của các ô đen trắng để bảo đảm sự cân bằng.

 <i>Vùng dữ liệu (Data): Chứa những dữ liệu thực tế.</i>

 <i>Mô-đun (Module): Các ô đen mã QR chứa các đoạn mã nhị phân và mang</i>

giá trị là 1, các ô trắng có giá trị là 0. Tập hợp các ơ chính là các thơng tinlưu trữ vào mã QR.

 <i>Ký hiệu căn chỉnh (Alignment pattern): Giúp định hướng mã QR, có thể</i>

giải mã từ mọi góc độ. Ngay cả khi mã đang ngược hoặc ở một góc khác,máy vẫn có thể đọc được mã một cách dễ dàng.

 <i>Mẫu thời gian (Timing pattern): Khi sử dụng mẫu này, máy quét có thể</i>

biết được độ lớn của ma trận dữ liệu.

 <i>Thông tin phiên bản (Version pattern): Chỉ định phiên bản của mã QR,</i>

được xác định bởi số lượng mô-đun. Hiện tại, có tất cả 40 phiên bản từ 1đến 40. Phiên bản 1 gồm 21 mô-đun, mỗi phiên bản tiếp theo sẽ tăng thêm4 mô- đun cho đến khi đạt đến phiên bản 40 với tổng số 177 mô-đun. Càng

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

nhiều mô- đun bên trong mã QR, nó sẽ có nhiều dung lượng lưu trữ hơn.Đối với mục đích tiếp thị, thường dũng mã QR với phiên bản từ 1 đến 7. <i>Vùng yên tĩnh (Quiet zone): Đây là không gian trống xung quanh mã, cho</i>

phép bộ đọc mã phân biệt mã QR với môi trường xung quanh.Đặc điểm:

 Cùng là mã vạch nhưng QR Code lại là phiên bản cải tiến của mã vạchtruyền thống. Mã vạch truyền thống là một dãy các vạch được xếp liền kềnhau, chỉ chứa được tối đa 20 ký tự số, trong khi đó thì mã QR có khảnăng chứa tối đa 7.089 ký tự số và 4.296 ký tự chữ số. Điều này cho phéplượng thông tin truyền tải sẽ nhiều hơn, hỗ trợ tốt hơn cho người dùng, đặcbiệt là những doanh nghiệp kinh doanh muốn gửi thơng điệp đến kháchhàng của mình. Khơng chỉ thế, nếu so về kích thước thì QR Code chiếm ítkhơng gian hơn rất nhiều so với mã vạch truyền thống. Nếu in trên sảnphẩm hoặc danh thiếp thì sẽ nhỏ gọn và tăng tính thẩm mỹ hơn.

 Một mã QR có thể chứa đựng một địa chỉ web (URL), các thông tin liênhệ của cá nhân hoặc doanh nghiệp như sản phẩm, địa chỉ email, số điệnthoại, địa chỉ nhà, tin nhắn SMS,…Cũng tùy thuộc vào thiết bị đọc mã QRmà khi quét nó sẽ dẫn tới một trang web, gọi đến một số điện thoại, xemmột tin nhắn,…

<i><b>1.6.2. Ứng dụng của mã QR code trong đời sống</b></i>

Thanh toán bằng QR code: Thanh toán bằng mã QR ngày càng được ưachuộng và phổ biến. Người mua hàng có thể dễ dàng thanh toán bằng cáchquét mã QR ở quầy thanh toán hoặc để nhân viên bán hàng quét mã trên điệnthoại của mình. Ở Trung Quốc và Hàn Quốc, QR code phổ biến đến mức dù ởbất kỳ đâu, nhà hàng cao cấp hay cửa hàng ven đường, họ đều sử dụng mãQR thay vì giao dịch bằng tiền mặt.

Quản lý người ra vào: Trong buổi sự kiện, hay hòa nhạc, liveshow haytrận đấu bóng đá, mã QR sẽ được in và dán trên vé. Người tham gia sẽ đặt véqua internet sau đó nhận được vé điện tử có chứa QR code. Đến sự kiện chỉ

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

cần quét mã ta có thể vào khán đài để tham gia. Cũng tương tự ở sân bay vàga tàu, QR code được áp dụng theo hình thức cửa sốt vé điện tử.

Quản lý quy trình, quản lý kho trong ngành sản xuất: Đây là ứng dụng ítđược biết đến và chỉ các nhà máy xí nghiệp sản xuất mới quan tâm. Bên cạnhtác dụng quản lý số lượng hàng tồn kho, bằng việc gán cho mỗi sản phẩm mộtmã QR, ta có thể truy xuất nguồn gốc xuất xứ và quy trình sản xuất ra sảnphẩm một cách dễ dàng.

<b>1.7. Kết luận chương 1</b>

Chương 1 đã trình bày các nội dung cơ bản về hệ thống phân loại sảnphẩm bằng quét mã QR code và mã QR code như: tổng quan về thống, cấutạo của hệ thống, quá trình trong hệ thống, ứng dụng của hệ thống, khái niệmvà ứng dụng của QR code. Nội dung của chương này được sử dụng để làm cơsở giúp hiểu rõ phần thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QRcode sử dụng PLC S7-1200 được trình bày trong chương 2.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>CHƯƠNG 2. THIẾT KẾHỆ THỐNG PHÂN</b>

<b>LOẠI SẢN PHẨMBẰNG QUÉT MÃ QRCODE SỬ DỤNG PLC</b>

Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử dụngPLC S7-1200. Hệ thống sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214( DC/DC/RLY),băng tải, cảm biến quang, rơle trung gian, Switch TP-LINK TL-SG105,Webcam HD Full, cánh tay robot điều khiển Adruino UNO R3 kết hợp sửdụng giao diện WindowsForms qua PC.

Các sản phẩm phải có mã QR code được đính kèm trên mặt của sảnphẩm để camera có thể đọc được mã QR code của các sản phẩm. Sản phẩmvới kích thước 4cmx4cm cùng 4 mã QR khác nhau, được bọc các lớp với cácmàu khác nhau : cam, đỏ, xanh lá , xanh dương để dễ dàng nhận dạng bằngmắt. Các sản phẩm màu: Màu cam (sản phẩm lỗi), màu đỏ (sản phẩm 1), màuxanh lá (sản phẩm 2), màu xanh dương (sản phẩm 3). Hệ thống sử dụng PLCS7-1200 CPU 1214 DC/DC/RLY.

Cánh tay robot để phân loại 3 sản phẩm đến 3 vị trị khác nhau, khi hệthống hoạt động, băng tải sẽ đưa sản phẩm đến cuối băng tải và gặp vùng quétcủa cảm biến, băng tải dừng lại, lúc này camera sẽ quét mã QR code được gắntrên sản phẩm và truyền tín hiệu về PC, PC sẽ nhận dạng mã QR code và đếmsản phẩm. Sau đó, PC sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC thực hiện điềukhiển cánh tay robot gắp sản phẩm sang các vị trí đã được định trước.

Thiết kế tủ điện để chứa bộ điều khiển PLC, các khí cụ điện, switch,máng cáp và các dây dẫn. các dây dẫn phải được đấu nối gọn gàng đúng theonguyên lý.

<b>2.2. Sơ đồ khối của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<i><b>2.2.1. Sơ đồ khối của hệ thống</b></i>

Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mãQR code được thể hiện trong hình 2.1.

<i>Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ thống</i>

Khối nguồn: Cung cấp nguồn đề toàn mạch hoạt động.

Cảm biến: Dùng để nhận biết sản phẩm sau đó gửi tín hiệu về PLC điềukhiển cánh tay robot và băng tải hoạt động.

Camera: Dùng để quét mã QR được dán trên sản phẩm sau đó gửi mãsản phẩn về windowsforms trên PC.

PC: Dùng để nhận mã sản phẩm từ camera sau đó gửi tín hiệu về PLC.Khối điều khiển: Bộ điều khiển logic khả trình S7-1200 nhận tín hiệu từ

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

cảm biến và PC để điều khiển cánh tay robot và băng tải thực hiện chức năngphân loại sản phẩm theo mã QR code.

Băng tải: Được sử dụng để vận chuyển sản phẩm từ đầu băng tải đếncuối băng tải thông qua khối cảm biến và hai nút nhấn START và STOP.

Cánh tay robot: Thực hiện chức năng gắp và nhả sản phẩm theo sự điềukhiển của PLC.

<i><b>2.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống</b></i>

Đầu tiên, khối nguồn cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, lúc này bộđiều khiển PLC được cấp nguồn điều khiển cho băng tải bắt đầu hoạt động.Đặt sản phẩm lên băng tải. Khi sản phẩm đi đến cuối băng tải gặp vùng quétcủa cảm biến, băng tải dừng lại ngay tại vị trí đó, camera sẽ qt mã QR codevà gửi tín hiệu về PC để nhận dạng mã QR code và đếm sản phẩm. Sau đó,PC gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC. Lúc này bộ điều khiển PLC S7-1200thực hiện chức năng điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm đến các vịtrí đã được định trước. Và chu trình được tiếp tục diễn ra đến khi người dùngdừng cấp nguồn cho hệ thống.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>2.3. Lưu đồ thuật toán </b>

<i><b>2.3.1. Thuật tốn chương trình chính điều khiển hệ thống</b></i>

Lưu đồ thuật tốn điều khiển chương trình chính điều khiển hệ thống thểhiện qua hình 2.2:

<i>Hình 2.3: Lưu đồ thuật tốn chương trình chính điều khiển hệ thống</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<i><b>2.3.2. Thuật toán điều khiển băng tải </b></i>

Lưu đồ thuật toán điều khiển băng tải được thể hiện qua hình 2.3:

<i>Hình 2.4: Lưu đồ thuật tốn điều khiển băng tải</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<i><b>2.3.3. Thuật toán điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm</b></i>

Lưu đồ thuật toán điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm đượcthể hiện qua hình 2.4:

<i>Hình 2.5: Lưu đồ thuật tốn điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<i><b>2.3.4. Thuật toán phân loại sản phẩm lỗi</b></i>

Lưu đồ thuật toán phân loại sản phẩm lỗi được thể hiện qua hình 2.5:

<i>Hình 2.6: Lưu đồ thuật tốn phân loại sản phẩm lỗi</i>

<b>2.4. Chương trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code</b>

Chương trình điều khiển của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mãQR code được viết trên phầm mềm TIA Portal V17 và chương trình quét mã

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

QR code được viết trên phần mềm WindowsForms với ngôn ngữ lập trình C#,chương trình điều khiển cánh tay robot.

Phần nội dung chương trình điều khiển của hệ thống phân loại sản phẩmbằng quét mã QR code, chương trình quét mã QR code và chương trình điềukhiển cánh tay robot được trình bày tại phần phụ lục.

Giao diện quét mã vạch QR code và hiển thị sử dụng WindowsFormsvới ngơn ngữ lập trình C#. Mục đích giao điện sẽ hiện nội dung của mã vạchQR code, gửi tín hiệu xuống PLC S7-1200 bằng phần mềm TIA Portal V17để phân loại sản phẩm sau đó cánh tay robot sẽ gắp và phân loại chính xáccủa từng sản phẩm về đúng vị trí. Giao diện còn hiển thị số lượng sản phẩmcủa từng loại sản phẩm sau khi phân loại sản phẩm và thông báo đã kết nốiđược với PLC S7-1200 hay chưa [3].

<b>2.6. Các thiết bị sử dụng trong mơ hình</b>

<i><b>2.6.1. Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200</b></i>

<i>a) Giới thiệu về PLC S7-1200</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt vàsức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điềukhiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnhmạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành choviệc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.

Thành phần cơ bản của PLC S7-1200 [1]:

24VDC. Nguồn điện áp này được truyền xuống bảng nối đa năng cung cấpnăng lượng cho CPU và các mô-đun I / O, có dạng “cards”. Các card nàycó thể nhanh chóng được thêm vào hoặc tháo ra khỏi vị trí của chúng. RAM, ROM: Là một bộ nhớ chương trình bên trong, ta có thể thêm bộ

nhớ bên ngồi EPROM. Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghicác Relay.

 CPU: Là bộ xử lý trung tâm có cơng giao tiếp dùng cho việc kết nối vớiPLC.

 CPU chính là ‘bộ não’ của PLC, biến nó thành một máy tính bao gồm bộvi xử lý và bộ nhớ.Ngay cả những PLC nhỏ, không mô-đun cũng chứa một

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

CPU. Tín hiệu đầu vào đến từ các thẻ I / O và các chương trình logic đưara quyết định dựa trên các tín hiệu. Nếu được yêu cầu, CPU sẽ ra lệnh chođầu ra bật và tắt khi các tín hiệu và điều kiện thay đổi.

 Module đầu vào/ra (I / O): Module nhập (input module) được nối vớinhững công tắc nguồn, nút ấn, những bộ sensor, … để điều khiển và tinhchỉnh từ chương trình bên ngồi . Module xuất (output module) được nốivới những tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu,những bộ ghép quang.

<i>b) Ưu điểm, nhược điểm của PLC S7-1200</i>

 Thực hiện được các thuật tốn phức tạp và độ chính xác cao.

 Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầuvào/ra, mở rộng chức năng khác.

 Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trườngcông nghiệp.

 Giao tiếp được với các thiết bị thơng minh khác như: máy tính, nốimạng truyền thông với các thiết bị khác.

 Sử dụng tốt trong các loại môi trường như nhiệt độ, độ ẩm cao, dòngđiện dao động,…

<i> Nhược điểm</i>

 Giá thành phần cứng cao. Vì đây là một thiết bị cơng nghệ cao, tự độnghóa cao nên giá trị sẽ cao hơn nhiều so với các lại thiết bị rơ le ON/OFFthông thường. Tuy nhiên hiện tại giá thành PLC đã giảm đáng kể như cácdòng PLC Mitsubishi hoặc PLC Delta.

 Một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình. Mỗi hãng có thiết kế

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

riêng vì thế chúng sẽ có sự khác biệt trong khâu lập trình hệ thống. Một sốhãng sẽ kèm theo phần mềm, tuy nhiên cũng sẽ có một số hãng bán kèmđể chúng ta sử dụng.

 Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao. Hầu hết nhữngngười sử dụng được PLC phải được đào tạo rất bài bản. Họ phải đượctrang bị các kiến thức liên quan đến từng loại PLC của từng hãng khácnhau. Bởi vì mỗi hãng sẽ có phần mềm lập trình riêng nên để đào tạo thìcần một khoảng thời gian để có thể đảm nhiệm được công việc này. Nếuchuyên môn không cao sẽ dẫn dên lập trình sai, gây hư hỏng và tổn thấttrang thiết bị và xảy ra các sự cố đáng tiếc.

<i>c) Nguyên lý hoạt động của PLC S7-1200</i>

Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt độngcủa bộ PLC. Tốc độ xử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển củaPLC. Chương trình được lưu trữ trên RAM. Pin dự phịng được tích hợp trênPLC giúp chương trình khơng bị mất khi có sự cố về điện. CPU thực hiệnquét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự [1].

SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, compact CPU, DC/DC/relay, onboardI/O: 14 DI 24 VDC; 10 DO relay 2A; 2 AI 0-10V DC, Power supply: DC

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

20.4-28.8V DC, Program/data memory 100 KB (6ES7214-1HG40-0XB0).

<i>Bảng 2.1: Bảng thông số của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/RELAY</i>

<b>Thông số</b>

SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, compact CPU,DC/DC/relay, onboard I/O: 14 DI 24 V DC; 10 DOrelay 2 A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4-

 Máy trộn

<i><b>2.6.2. Truyền thông PLC với thiết bị ngoại vi</b></i>

PLC hiện nay được tích hợp nhiều chuẩn truyền thông khác nhau tùytheo yêu cầu của mỗi ứng dụng. Có 2 cách để phân loại truyền thơng như sau[2]:

 Một là phân loại theo kiểu kết nối vật lý bao gồm 3 chuẩn phổ biếnnhư: RS232, RS422/RS485, Ethernet. Trong đó thì RS232 và

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

RS422/RS485 hiện nay đang phổ biến hơn ở các dòng plc cũ, cácdòng mới hiện nay đa số đều được tích hợp chuẩn ethernet.

 Hai là phân loại theo kiểu chuẩn truyền thông. Một số chuẩn truyềnthông phổ biến như Modbus, Profinet, CClink, Mechatrolink, Can-open, Ethercat.

Để lựa chọn được chuẩn truyền thông dự kiến dùng cho dự án của mìnhcác bạn phải tính tốn thời gian truyền thông giữa hai thiết bị tối thiểu đápứng được cho chương trình sau đó đưa ra các lựa chọn về chuẩn kết nối cũngnhư truyền thông. Chuẩn truyền thơng hiện nay tương đối phổ biến và đượctích hợp nhiều trong PLC, HMI, biến tần, bộ đếm là Modbus, các bạn nên tìmhiểu thêm về chuẩn này để thuận tiện cho việc truyền thông trên PLC [2].

Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứngdụng điều khiển, đo lường... Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trongnhững kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi vớimáy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ,kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảmbảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s vớimột số thiết bị đặc biệt. Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa làtrong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo đường truyền.

Có hai phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài làRS232B và RS232C. Nhưng cho đến nay thì phiên bản RS232B cũ thì ít đượcdùng còn RS232C hiện vẫn được dùng và tồn tại thường được gọi là tên ngẵngọn là chuẩn RS232.

RS485 hay được biết đến với tên gọi đầy đủ là chuẩn giao tiếp RS485hay cáp RS485, đây là phương thức giao tiếp kết nối với máy tính và các thiếtbị khác. RS485 khơng chỉ đơn thuần là giao diện đơn lẻ mà nó chính là tổ hợptruyền thơng có khả năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị. Chuẩn

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

giao tiếp RS485 có thể kết nối max lên đến 32 thiết bị trên một cặp dây đơnvà một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m.

Nguyên lý hoạt động của RS485 khá đơn giản, dữ liệu sẽ được truyềnqua 2 dây khi xoắn lại với nhau, dây này được gọi là cáp xoắn. Khi dây đượcxoắn lại sẽ tạo cho RS485 khả năng chống nhiễu cao và khả năng truyền tínhiệu đường dài tốt hơn.

RS485 được chia làm 2 loại cấu hình, hiện đang được sử dụng nhiềunhất hiện nay là cấu hình 2 dây và cấu hình 4 dây.

<i>c) Giao tiếp dùng chuẩn truyền thơng Modbus:</i>

MODBUS là một chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp được pháthành và phát triển bởi MODICON vào năm 1979, và chính thức thuộc vềSchneider Electrics vào năm 1996. MODBUS đã nhanh chóng trở thành trởthành tiêu chuẩn truyền thơng trong các ngành cơng nghiệp tự động hóa bởitính ổn định, dễ dàng, thuận tiện và đặc biệt hơn nữa là MIỄN PHÍ và hiệnđược duy trì bởi tổ chức “modbus.org”.

Phân loại chuẩn Modbus:

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B. Thay vì vận chuyểnsản phẩm bằng cơng nhân vừa tốn thời gian, chi phí nhân cơng lại tạo ra mơitrường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó. Nó giúptiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suấtan tồn lao động.

Kích thước của băng tải cho hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mãQR sử dụng PLC S7-1200: dài 80cm, rộng 12cm.

Cánh tay robot được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cơng nghiệp khácnhau, có thể thay thế bàn tay con người trong việc lắp ráp, sửa chữa hay thaythế các linh phụ kiện nhỏ trong các nhà máy.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<i>b) Cánh tay robot 4 bậc – Ổ bi xoay</i>

<i>Hình 2.12: Cánh tay robot 4 bậc - Ổ bi xoay</i>

 Cấu tạo:

 Khung cánh tay robot được làm bằng nhôm, nhẹ, linh hoạt có độbền cao.

 1 Tay gắp : được thiết kế theo tiêu chuẩn.

 4 động cơ servo MG995, hoạt động ở mức điện áp 4,8V- 7,2V,với góc quay 270 độ, bánh răng hộp số làm bằng kim loại chịutải trọng lớn.

 1 Tấm đế bằng mi ca đen.

 1 board mạch điều khiển arduino uno và board mạch arduinoethernet W5100.

 1 bộ cấp nguồn cho cánh tay robot.

 1 bộ cấp nguồn cho board mạch điều khiển arduino uno. Thông số cánh tay robot 4 bậc tự do:

 Góc quay của servo đáy 180 độ. Bán kính gập là 275mm.

 Độ dài khi tay kẹp lại : 360mm. Độ rộng của tay gắp khi mở: 55mm.

 Giữ được khoảng cách rộng nhất là 98mm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<i><b>2.6.5. Webcam</b></i>

Đối với một hệ thống xử ảnh thì camera được xem như làcon mắt của hệ thống. Để cho hệ thống nhận diện được đúngmã QR code, đếm số lượng sản phẩm và độ phân giải ảnhđúng yêu cầu đề ra. Đề tài nghiên cứu đã sử dụng WebcamHD FULL như hình 2.12

<i>Hình 2.13: Webcam HD FULL</i>

Thơng số kỹ thuật của Webcam HD FULL được thể hiện qua bảng 2.1:

<i>Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của Webcam HD FULL</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<i>b) Cảm biến quang Hanyoung PE-R05D</i>

<i>Hình 2.14: Cảm biến quang Hanyoung PE-R05D</i>

 Thơng số của cảm biến quang Hanyoung PE-R05D như bảng 2.5:

<i>Bảng 2.3: Thông số của cảm biến quang Hanyoung PE-R05D</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Loại đầu ra SPDT

khuếch đại)

Kích thước vật phát hiện tiêu chuẩn 200x200mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

<i>Hình 2.15: Sơ đồ chân của cảm biến quang Hanyoung PE-R05D</i>

 Ứng dụng của cảm biến quang Hanyoung PE-R05D

 Ứng dụng xác định vị trí trên băng tải ở khoảng cách xa. Phát hiện vật thể đi ngang cửa.

 Phát hiện vật thể ở khoảng cách xa.

<b>2.7. Kết luận chương 2</b>

Nội dung của chương 2 đã trình bày các nội dung để thiết kế hệ thốngphân loại sản phẩm bằng quét mã QR code như: Yêu cầu thiết kế, sơ đồ điềukhiển, lưu đồ thuật tốn, chương trình điều khiển, qt mã vạch QR và giaodiện nhận mã QR code, các thiết bị sử dụng trong mơ hình. Sau khi hồnthành nội dung chương này, tiến hành thực hiện mơ hình thực nghiệm và kếtquả của mơ hình được trình bày trong chương 3.

</div>

Đồ Án tốt nghiệp thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã qr code sử dụng plc s7 1200

<b> ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC</b>

<b>ĐỀ TÀI:</b>

<b>THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNGQUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7 – 1200</b>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về