Slide đồ án thiết kế dây chuyền đóng chai tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN MÁY VÀ MA SÁT HỌC
********

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ
DÂY CHUYỀN ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG
SVTH

: Đặng Xuân Hải

MSSV: 20131217

: Trần Bảo Khánh

MSSV: 20132083

GVHD

: TS. Trần Thị Thanh Hải

GVD

: PGS.TS. Phạm Văn Hùng

Hà Nội, ngày 20 tháng 06 năm 2018


Nội dung thuyết trình



Lý do chọn đề tài



Hệ thống cơ khí dây chuyền đóng chai tự động

•



Hệ thống điều khiển

•
•
•



Thiết kế hệ thống điều khiển
Lập trình hệ thống
Hướng phát triển

Hệ thống kiểm tra sản phẩm ứng dụng xử lý hình ảnh

•
•
•



Tổng quan cơ khí

Mô hình hệ thống (các thành phần của mô hình và lựa chọn thiết bị)
Thuật toán xử lý hình ảnh
Kết quả thực hiện thuật toán

Kết luận
2


Lý do chọn đề tài



Các hệ thống đóng chai tự động đang ngày càng được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp như một xu hướng tất yếu



Một số dây chuyền vẫn phải sử dụng công nhân phân loại sản
phẩm

3


Tổng quan cơ khí

4

Tổng quan cơ khí



Yêu cầu đầu vào



Sản phẩm đóng gói: Nước tinh khiết đạt chuẩn TCVN
6096:2004.



Loại chai: Nhựa PET.



Loại nắp: Nắp nhựa vặn xoáy.



Công suất: 450 chai/giờ.



Dung tích: 300ml.



Tốc độ chiết rót: 2.3s.



Tốc độ nước chảy: 1.3s.



Tốc độ vặn nắp: 2s.

5


Tổng quan cơ khí



Cơ cấu mante

6


Tổng quan cơ khí



Van chiết rót



Xi lanh

7


Thiết kế
hệ thống điều khiển
bằng PLC Mitsubishi

8


Thiết kế hệ thống điều khiển

 Bộ điều khiển
 Phương án điều khiển
 Cảm biến
 Servo và Biến tần

9


Thiết kế hệ thống điều khiển


Lựa chọn PLC Mitsubishi FX-3U



Có thể quản lý tối đa 256 I/O.



Mức tín hiệu đầu vào 24VDC



Lựa chọn Module mở rộng FX2N-1HC



Tần số max 50kHz.



Mức tín hiệu đầu vào 24VDC



Lựa chọn Module mở rộng FX2N-1PG



Module điều khiển vị trí 1 trục, tần số phát xung max 100kHz.



Mức tín hiệu đầu vào: 5VDC/24VDC
PLC Mitsubishi FX3U

10

FX2N-1HC

FX2N-1PG


Thiết kế hệ thống điều khiển

•

•

Điều khiển cơ cấu

STT

Tên bộ phận

Đặt cảm biến

Phương án điều khiển

1

Băng tải đầu vào

Servo và Biến tần

2

Cơ cấu man

Servo và Driver

3

Băng tải đầu ra

Servo và Biến tần

4

Van 3 cổng chiết rót

Servo và Driver

5

Hệ thống vặn nắp

Servo và Driver

6

Hệ thống đưa vặn nắp xuống

Pittong 4 cửa 3 vị trí

7

Hệ thống kẹp chai

Pittong 4 cửa 3 vị trí

8

Hệ thống gạt chai

Servo và Driver

STT

Tên cảm biến

Vị trí lắp đặt

1

Cảm biến quang

Vị trí loại chai ra khỏi hệ thống

2

Cảm biến tiệm cận

Có chai đi vào để chiết rót
Có chai đi vào để vặn nắp

Hành trinh lên xuống của hệ thống đưa vặn nắp xuống
Hành trình vào ra của hệ thống kẹp chai
Có chai đi qua vị trí gạt chai.
Có chai đi qua vị trí chụp ảnh của xử lý hình ảnh

11


Thiết kế hệ thống điều khiển



Lựa chọn cảm biến quang BR100-DDT



Khoảng cách phát hiện: 100mm



Thời gian đáp ứng 1ms



Đáp ứng đầu vào 12-24VDC



Lựa chọn cảm biến tiệm cận điện dung E2K-C



Khoảng cách phát hiện: 3-25mm



Có thể điều chỉnh độ nhạy.



Đáp ứng đầu vào: 10-40VDC.

Cảm biến quang BR100-DDT

Cảm biến tiệm cận BR100-DDT
12


Thiết kế hệ thống điều khiển











Servo Mitsubishi HC-KFS 13
Độ phân giải encoder: 131072 xung/vòng.
Momen định mức: 0.32Nm.
Công suất: 100 W.
Driver Mitsubishi MR-J2S-10A
Công suất: 100W
Biến tần MITSUBISHI FR-E700.

Servo Mitsubishi HC-KFS13

Công suất 0.75kW.
Điện áp 1 pha 200V

Biến tần E700

Driver Mitsubishi MR-J2S-10A

1.

Đèn PU để chạy trên bàn phím biến tần.

2.

Nút Set để xác nhận chế độ.

3.

Nút Mode để chọn chế độ.

4.

Parameter quay để cài đặt thông số.

 
13

 


Lập trình hệ thống

 Sơ đồ thuật toán
 Thông số đầu vào ra
 Các ô nhớ D
 Ladder
 Màn hình điều khiển và nút bấm

14


Lập trình hệ thống

Ô nhớ D
1

D130

Tần số quay của man (Hz)

2

D132

Tần số quay vặn nắp (Hz)

3

D134

Số xung quay vặn nắp.

4

D136

Số xung của HSC C244.

5

D138

Thời gian bắt đầu chiết rót.

6

D140

Thời gian kết thúc chiết rót.

7

D142

Thời gian cơ cấu vặn nắp có thể đi xuống.

8

D144

Thời gian cơ cấu vặn nắp có thể đi lên.

9

D146

Tần số quay gạt chai.

10

D148

Số xung quay gạt chai.

11

D150

Tần số quay chiết rót.

12

D152

Số xung quay chiết rót.

13

D154

Lưu giá trị tức thời HSC

14

D156

Thời gian reset M202, M204

15

D158

Thời gian reset M30, M32

16

D160

Thời gian reset M60, M62

17

D162

Tốc độ lớn nhất băng tải.
15


Lập trình hệ thống

16


Hướng phát triển

 Sơ đồ thuật toán
 Thông số đầu vào/ra

17


Sơ đồ thuật toán


Hướng phát triển

Đầu vào, ra hệ thống
1

X010

Cảm biến quang đẩy chai ra nếu chai không đủ tiêu chuẩn.

2

X011

Cảm biến tiệm cận báo hiệu hành trình pittong đẩy (chai khuyết tật).

3

X012

Cảm biến tiệm cận báo hiệu hành trình pittong về (chai khuyết tật).

4

X020

Giá trị nhận được ở xử lý hình ảnh. Nếu chai có khuyết tật sẽ báo tín hiệu lại.

5

X023

Cảm biến đếm 6 dãy chai đã được xếp

6

X026

Cảm biến tiệm cận báo hiệu pittong đi hết hành trình khi đẩy 6 chai ra.

7

X027

Cảm biến tiệm cận báo hiệu pittong lùi hết hành trình khi đẩy 6 chai ra.

8

X030

Cảm biến tiệm cận đếm sản phẩm.

9

X042

Cảm biến Pittong kẹp chặt các chai.

10

X043

Cảm biến Pittong mở kẹp các chai.

11

X044

Cảm biến Pittong đưa toàn bộ chai xuống theo phương thẳng đứng.

12

X045

Cảm biến Pittong đưa bộ phận kẹp quay trở lại theo phương đứng.

13

X046

Cảm biến Pittong đưa chai theo trục nằm ngang.

14

X047

Cảm biến Pittong quay ngược trở lại theo phương ngang.

15

Y000

Pittong đẩy (chai khuyết tật).

16

Y001

Pittong thu (chai khuyết tật).

17

Y010

Pittong đẩy (đủ 6 chai).

18

Y011

Pittong thu (đủ 6 chai).

19

Y032

Pittong kẹp chặt các chai.

20

Y033

Pittong mở kẹp các chai.

21

Y034

Pittong đưa toàn bộ chai xuống theo phương thẳng đứng.

22

Y035

Pittong đưa bộ phận kẹp quay trở lại theo phương đứng.

23

Y036

Pittong đưa chai theo trục nằm ngang.

24

Y037

Pittong quay ngược trở lại theo phương ngang.

19


Thiết kế hệ thống
kiểm tra sản phẩm
ứng dụng xử lý hình ảnh

20

Mô hình hệ thống

Các thành phần phần cứng

21


Mô hình hệ thống

Camera

Webcam HP HD 4310

•

Độ phân giải: 1920x1080 (2MP)

•

Tự động lấy nét và cân bằng sáng

•

Tốc độ khung hình tối đa: 30fps

•

Kết nối: USB 2.0

•

Đèn nền: màn LED ánh sáng trắng

•

Khoảng cách đến chai: từ 150mm đến 250mm

22


Thuật toán xử lý hình ảnh

Region
Of Interest (ROI)

 Tiết kiệm tài nguyên hệ thống
 Nâng cao tốc độ xử lý
 Cải thiện độ chính xác của thuật toán

23


24

ROI3

ROI2

Thuật toán kiểm tra nắp

•

Thuật toán kiểm tra mức chất lỏng

•

Thuật toán kiểm tra nhãn

•

ROI1

Ảnh gốc

Các thành phần của chương trình

•

Tìm đường tham chiếu và trích xuất các ROI

Thuật toán xử lý hình ảnh


Thuật toán xử lý hình ảnh
Xác định đường tham chiếu REF_LINE



Đường cơ sở để định vị các ROI



Gốc tham chiếu cho các tính toán khác

Template Matching: Đối sánh mẫu

Tìm kiếm mẫu

Trong

Template
Matching

Vùng ảnh trung

trùng

tâm

khớp nhất
25