Tải bản đầy đủ (.pdf) (96 trang)

Thiết kế hệ thống phân loại bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay robot

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.25 MB, 96 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG MÃ VẠCH
SỬ DỤNG PLC KẾT HỢP CÁNH TAY ROBOT

GVHD:TRẦN VĂN THIÊN
SVTH: ĐỖ THẾ ANH
MSSV: 16151001
SVTH: ĐINH HOÀNG KHANG
MSSV: 16151031
SVTH: NGUYỄN HỮU PHÚC
MSSV: 16151065

SKL 0 0 7 3 8 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 8 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Đỗ Thế Anh

MSSV: 16151001



Họ và tên sinh viên 2: Đinh Hoàng Khang

MSSV: 16151031

Họ và tên sinh viên 3: Nguyễn Hữu Phúc

MSSV: 16151065

Ngành: CNKT Điều khiển và tự động hóa

Lớp: 16151CL1

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. Ngơ Văn Thuyên

ĐT: 0945 853 990

Ngày nhận đề tài: 24 / 02 / 2020

Ngày nộp đề tài: 20 / 8 / 2020

1. Tên đề tài: Hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3. Nội dung thực hiện đề tài:
Thiết kế phần cứng hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã code
Tìm hiểu và lập trình thiết bị Barcode Reader CF26-LR Mitsubishi
Viết chương trình điều khiển và giám sát hệ thống phân loại
Áp dụng chương trình điều khiển và đọc mã vạch vào mơ hình thực cho việc phân loại sản
phẩm theo từng khu vực.
4. Sản phẩm:

Mơ hình phân loại sản phẩm theo mã code bằng cánh tay Robot
Chương trình điều khiển
Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp
Đĩa CD

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
********

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên 1: Đỗ Thế Anh

MSSV: 16151001

Họ và tên sinh viên 2: Đinh Hoàng Khang

MSSV: 16151031

Họ và tên sinh viên 3: Nguyễn Hữu Phúc

MSSV: 16151065

Ngành: CNKT Điều khiển và tự động hóa

Tên đề tài: Hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Ngô Văn Thuyên
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................
6. Điểm: ……………………. (Bằng chữ: …..............................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 8 năm 2020
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
ii


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
********


PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên 1: Đỗ Thế Anh

MSSV: 16151001

Họ và tên sinh viên 2: Đinh Hoàng Khang

MSSV: 16151031

Họ và tên sinh viên 3: Nguyễn Hữu Phúc

MSSV: 16151065

Ngành: CNKT Điều khiển và tự động hóa
Tên đề tài: Hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot
Họ và tên Giáo viên phản biện: ...............................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................

6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ................................................................................... )
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 8 năm 2020
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
iii


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy cô trong
ngành Tự động hóa, khoa Đào tạo Chất lượng cao, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy chúng em qua 4 năm đại học. Thầy cô không chỉ
truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm mà cịn truyền đạt cả cách sống đó chính là một hành
trang vững chắc cho em mang theo trong suốt những năm tháng sau này.
Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Ngơ Văn Thun đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn. Thầy đã tận tình tháo gỡ những khó khăn,
vướng mắc, định hướng cho em các giải quyết vấn đề một cách hiệu quả và phù hợp
nhất. Thầy đã truyền đạt những kinh nghiệm và sự hiểu biết sâu sắc về khoa học của
Thầy một cách dễ hiểu nhất đối với sinh viên và qua đó chúng em học được rất nhiều từ
Thầy phương pháp thực hiện và giải quyết vấn đề. Sự tậm tâm của Thầy trong việc hướng
dẫn học sinh là điều làm em cảm phục nhất.
Con xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ, người đã luôn động viên con những lúc khó
khăn, ba mẹ là điểm tựa cũng là niềm động lực to lớn giúp con học tập và sống tốt hơn.
Thật khó để nói lời cảm ơn trực tiếp tới ba mẹ, với sự trân trọng và thành tâm nhất, con
xin cảm ơn!
Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến anh Đỗ Tấn Khoa, anh Trần Nguyên Hải và anh Hồ
Ngọc Phú đã tạo điều kiện, cho mượn các thiết bị để em có thể thực hiện tốt đề tài trong
phịng thí nghiệm tự động hóa, Trung tâm đào tạo Khu Cơng Nghệ Cao.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 08 năm 2020
Sinh viên thực hiện


iv


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, tự động hóa trong sản xuất được hầu hết các công ty quan tâm và đầu
tư phát triền nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phầm, robot là một trong những
thiết bị giúp tự động hóa trong q trình sản xuất và phân loại. Trong luận văn tập trung
nghiên cứu giải pháp sử dụng robot và Barcode Reader thay thế con người trong công
đoạn của quy trình phân loại, cụ thể là cơng đoạn phân loại hàng hóa theo mã code.
Luận văn tập trung lập trình điều khiển và thiết kế phần cứng hệ thống phân loại
sản phẩm sử dụng cánh tay robot và Barcode reader.
Tìm hiểu và điều khiển robot 3 bậc tự do RH-3F và Barcode reader CF26-LR của
hãng Mitsubishi, thiết kế cụm hút sản phẩm gắn tay máy, thiết kế hệ thống vận chuyển
sản phẩm trong quá trình phân loại. Áp dụng vào hệ thống thực tế và đánh giá chất lượng
hệ thống. Luận văn gồm có 6 chương được liệt kê dưới đây
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Thiết kế hệ thống.
Chương 4: Thiết kế phần mềm.
Chương 5: Kết quả đạt được.
Chương 6: Kết luận.

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ..............................................ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................... iii

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. iv
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. v
Danh Mục Các Từ Viết Tắt ......................................................................................... ix
Danh Mục Bảng ........................................................................................................... x
Danh Mục Các Hình Ảnh, Biểu Đồ ............................................................................. xi
Chương 1......................................................................Error! Bookmark not defined.
Tổng Quan ...................................................................Error! Bookmark not defined.
1.1.

Đặt vấn đề .......................................................Error! Bookmark not defined.

1.2.

Mục tiêu đề tài.................................................Error! Bookmark not defined.

1.3.

Nội dung nghiên cứu .......................................Error! Bookmark not defined.

1.4.

Giới hạn đề tài .................................................Error! Bookmark not defined.

Chương 2......................................................................Error! Bookmark not defined.
Cơ Sở Lý Thuyết ..........................................................Error! Bookmark not defined.
2.1.

Giới thiệu các hệ thống phân loại sản phẩm .....Error! Bookmark not defined.

2.1.1.


Hệ thống phân loại theo màu sắc ...............Error! Bookmark not defined.

2.1.2.

Hệ thống phân loại theo cân nặng .............Error! Bookmark not defined.

2.1.3.

Hệ thống phân loại theo hình dáng ............Error! Bookmark not defined.

2.1.4.

Hệ thống phân loại bằng mã vạch .............Error! Bookmark not defined.

2.2.

Chỉ tiêu đánh giá hệ thống ............................... Error! Bookmark not defined.

2.3.

Cơ sở lý thyết phần cứng .................................Error! Bookmark not defined.

2.3.1.

Thiết bị điều khiển ....................................Error! Bookmark not defined.
vi


2.3.2. Cấu hình hệ thu thập thơng tin và điều khiểnError!

defined.

Bookmark

not

2.3.3.

Cơ cấu giám sát ........................................Error! Bookmark not defined.

2.3.4.

Cơ cấu phân loại .......................................Error! Bookmark not defined.

2.3.5.

Cảm biến ..................................................Error! Bookmark not defined.

2.3.6.

Băng tải ....................................................Error! Bookmark not defined.

2.3.7.

Động cơ điện ............................................Error! Bookmark not defined.

2.3.8.

Thiết bị truyền động..................................Error! Bookmark not defined.


2.3.9.

Mạng truyền thông công nghiệp ................Error! Bookmark not defined.

2.3.10. Mạng truyền thông Ethernet ......................Error! Bookmark not defined.
Chương 3......................................................................Error! Bookmark not defined.
Thiết Kế Hệ Thống .......................................................Error! Bookmark not defined.
3.1.

Yêu cầu thiết kế ...............................................Error! Bookmark not defined.

3.2.

Quy trình phân loại sản phẩm ..........................Error! Bookmark not defined.

3.3.

Thiết kế phần cứng ..........................................Error! Bookmark not defined.

3.3.1. Lựa chọn cấu hình hệ thu thập thơng tin và điều khiểnError!
not defined.

Bookmark

3.3.2.

Thiết kế khâu nhận diện sản phẩm ............Error! Bookmark not defined.

3.3.3.


Lựa chọn cơ cấu phân loại ........................Error! Bookmark not defined.

3.3.4.

Bộ điều khiển Robot .................................Error! Bookmark not defined.

3.3.5.

Lựa chọn băng tải vận chuyển ...................Error! Bookmark not defined.

3.3.6.

Lựa chọn động cơ kéo băng tải .................Error! Bookmark not defined.

3.3.7.

Lựa chọn biến tần .....................................Error! Bookmark not defined.

3.3.8.

Lựa chọn thiết bị truyền động ...................Error! Bookmark not defined.

3.3.9.

Lựa chọn cảm biến vật .............................. Error! Bookmark not defined.

3.3.10. Lựa chọn cơ cấu giám sát ..........................Error! Bookmark not defined.
3.3.11. Lựa chọn bộ điều khiển hệ thống ..............Error! Bookmark not defined.
vii



3.3.12. Lựa chọn thiết bị cấu hình hệ thống điều khiểnError!
defined.

Bookmark

not

3.4.

Mơ hình hệ thống ............................................Error! Bookmark not defined.

3.5.

Sơ đồ nối dây ..................................................Error! Bookmark not defined.

3.5.1.

Sơ đồ nối dây ............................................Error! Bookmark not defined.

3.5.2.

Sơ đồ mạch động lực ................................ Error! Bookmark not defined.

Chương 4......................................................................Error! Bookmark not defined.
Thiết Kế Phần Mềm .....................................................Error! Bookmark not defined.
4.1.

Sơ đồ trạng thái ...............................................Error! Bookmark not defined.


4.2.

Thiết kế giao diện HMI ...................................Error! Bookmark not defined.

4.2.1.

Yêu cầu thiết kế ........................................Error! Bookmark not defined.

4.2.2.

Yêu cầu màu sắc .......................................Error! Bookmark not defined.

4.2.3.

Phân cấp màn hình ....................................Error! Bookmark not defined.

4.2.4.

Alarm .......................................................Error! Bookmark not defined.

4.2.5.

Phân quyền cho người dùng HMI .............Error! Bookmark not defined.

4.2.6.

Thiết kế giao diện trên HMI ......................Error! Bookmark not defined.

Chương 5......................................................................Error! Bookmark not defined.
Kết Quả Đạt Được ........................................................Error! Bookmark not defined.

5.1. Kết quả phần cứng..............................................Error! Bookmark not defined.
5.2. Kết quả phần mềm..............................................Error! Bookmark not defined.
5.3. Quá trình thực nghiệm hoạt động .......................Error! Bookmark not defined.
Chương 6......................................................................Error! Bookmark not defined.
Kết Luận và Hướng Phát Triển .....................................Error! Bookmark not defined.
6.1.

Kết luận ...........................................................Error! Bookmark not defined.

6.1.1. Công việc thực hiện......................................Error! Bookmark not defined.
6.1.2. Hướng phát triển ..........................................Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo ........................................................Error! Bookmark not defined.
viii


Phụ lục .........................................................................Error! Bookmark not defined.

Danh Mục Các Từ Viết Tắt
TMTĐ: Thương mại điện tử
PLC: Programable Logic Controller
HMI: Human Machine Interface
DAQ: Data Acquisition
SCADA: Supervisor Control and Data Acquisition
PC: Personal Computer
ADC: Analog to Digital Converter
PVC: Polyvinyl Chloride
I/O: Input/Output
LAN: Local Area Network
TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol
RS485: Recommended Standard 485

CPU: Central Processing Unit
QR: Quick Response
USB: Universal Serial Bus
OL: Overload

ix


Danh Mục Bảng
Bảng 3.1. Yêu cầu thiết kế hệ thống
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật bộ điều khiển Robot
Bảng 3.3. So sánh ưu nhược điểm giám sát bằng máy tính và màn hình HMI
Bảng 3.4. Đặc điểm của từng thương hiệu PLC
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật PLC R04CPU
Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật Module I/O
Bảng 3.7. Địa chỉ module Input
Bảng 3.8. Bảng địa chỉ Module Output
Bảng 4.1. Các loại cảnh báo alarm
Bảng 5.1. Cơ cấu hệ thống
Bảng 5.2: Bảng kết quả số lần nhận dạng của hệ thống

x


Danh Mục Các Hình Ảnh, Biểu Đồ
Hình 1.1. Hệ thống phân loại bằng mã vạch
Hình 2.1. Hệ thống phân loại cà chua
Hình 2.2. Hệ thống phân loại theo cân nặng
Hình 2.3. Hệ thống phân loại theo hình dáng
Hình 2.4. Hệ thống phân loại theo mã vạch

Hình 2.5. Cấu trúc điều khiển vào/ra tập trung
Hình 2.6. Cấu trúc điều khiển phân tán
Hình 2.7. Các cấp độ truyền trong mạng cơng nghiệp
Hình 3.1. Qui trình cơng nghệ phân loại sản phẩm
Hình 3.2. Mơ hình hệ thống khái qt
Hình 3.3. Sơ đồ khối hệ thu thập dữ liệu và giám sát
Hình 3.4. Code Reader CF26-LR
Hình 3.5. Robot RH-3FRH
Hình 3.6. Động cơ điện Mitsubihi SF-JR 1/4HP 4P
Hình 3.7. Biến tần Mitsubishi FR-A820-00046(0.4K)
Hình 3.8. Xi-lanh MAL16x200
Hình 3.9. Xi-lanh TN/TDA20x100
Hình 3.10. Van 5/2 AIRTAC 4V210-08
Hình 3.11. Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4
Hình 3.12. Sơ đồ chân cảm biến quang E3F-DS30C4
Hình 3.13. Màn hình HMI Mitsubishi GS2110-WTBD

xi


Hình 3.14. Mơ phỏng mơ hình hệ thống
Hình 3.15. Sơ đồ nối dây với thiết bị Input
Hình 3.16. Sơ đồ nối dây với thiết bị Output
Hình 3.17. Sơ đồ động lực động cơ
Hình 3.18. Sơ đồ động lực thiết bị
Hình 4.1. Sơ đồ trạng thái hệ thống
Hình 4.2. Màn hình đăng nhập hệ thống
Hình 4.3. Màn hình tổng quan hệ thống
Hình 4.4. Màn hình thể hiện số sản phẩm cần phân loại
Hình 4.5. Màn hình chế độ Auto

Hình 4.6. Màn hình chế độ Manual
Hình 4.7. Màn hình hiển thị số lượng sản phẩm đã phân loại
Hình 4.8. Màn hình trends
Hình 4.9. Màn hình cảnh báo
Hình 5.1: Mơ hình tổng quan hệ thống
Hình 5.2. Tủ điện hệ thống
Hình 5.3. Trang màn hình đăng nhập hệ thống khi được cấp nguồn
Hình 5.4. Màn hình khi nhập đúng tên tài khoản
Hình 5.5. Màn hình khi nhập sai tên tài khoản
Hình 5.6. Màn hình tổng quát hệ thống Sorting System
Hình 5.7. Nhập địa chỉ khu vực cần phân loại
Hình 5.8. Nhập địa chỉ sản phẩm cần phân loại
Hình 5.9. Màn hình Product Area Window sau khi nhập xong các giá trị

xii


Hình 5.10. Màn hình Identification Area Window ở chế độ Auto
Hình 5.11. Màn hình Identification Area Window ở chế độ Manual
Hình 5.12. Màn hình Sorted Area Window
Hình 5.12. Màn hình Sorted Area Window
Hình 5.12. Màn hình Alarm Window
Hình 5.13. Hệ thống khi được bật nguồn
Hình 5.14. Màn hình Product Area sau khi nhập đủ các thơng số
Hình 5.15. Màn hình Identification khi hoạt động ở chế độ Auto
Hình 5.16. Màn hình Sorting system hoạt động
Hình 5.17. Màn hình Sorted Area Window đang hoạt động
Hình 5.18. Màn hình Sorted Area Window đang hoạt động
Hình 5.19. Hệ thống gặp phải sự cố
Hình 5.20. Hệ thống báo lỗi

Hình 5.21: Màn hình Alarm hiển thị lỗi
Hình 5.22. Màn hình Alarm với lỗi đã được sửa
Hình 5.23. Người dùng đã xác nhận lỗi đã được sửa trên màn hình Alarm
Hình 5.24. Qui trình phân loại vật 1
Hình 5.25. Qui trình phân loại vật 2
Hình 5.26. Qui trình phân loại vật 3
Hình 5.27. Qui trình phân loại vật 4
Hình 5.29. Các bước thực hiện sao lưu trên Excel

xiii


14


1. Tổng Quan

Chương 1.

Tổng Quan
1.1. Đặt vấn đề
Năm 2018 là năm chứng kiến sự bùng nổ trong thương mại điện tử Việt Nam với
những con số ấn tượng. Theo Statista, tổng doanh thu của các công ty thương mại điện
tử tại Việt Nam đạt 2,26 tỷ USD, tăng gần 30% so với năm 2017[6]. Với kết quả đó, Việt
Nam vươn lên top 6 trong 10 thị trường thương mại điện tử lớn nhất thế giới. Trên thị
trường này, Việt Nam chỉ xếp sau những “ông lớn” như Trung Quốc, Mỹ, Anh, Nhật
Bản và Đức.
Việc bùng nổ của TMĐT kéo theo sự phát triển của ngành dịch vụ phân phối sản
phẩm đến tay người tiêu dùng, với việc phân loại sản phẩm dựa vào sức người hiện nay
khó đáp ứng được nhu cầu cần thiết của doanh nghiệp hay các đơn vị bán lẻ bởi việc

phân loại sẽ diễn ra rất lâu và độ chính xác khơng cao nếu chỉ mãi dựa vào sức người.
Ngoài ra trong thời đại phát triển công nghệ 4.0 hiện nay, khách hàng muốn được
thỏa mãn nhu cầu sở hữu hàng hóa nhanh nhất. Khác với dịch vụ chuyển phát thơng
thường, thì dịch vụ chuyển phát nhanh sẽ luôn đưa ra một khoảng thời gian cam kết xác
định thời gian chuyển bưu phẩm tới tay khách hàng. Chính yếu tố này khiến thị trường
giao nhận hàng hóa nổ ra một cuộc đua tranh khốc liệt về tốc độ giao hàng. Để rút ngắn
thời gian giao hàng, các đơn vị chuyển phát nhanh đã tối giản hóa quy trình phân loại
bưu phẩm xuống đến mức tối đa.
Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hố quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản
phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong cơng việc phân loại,
nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cơng việc. Một hệ thống hồn chỉnh có thể phân
loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hỗn
hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những cơng việc đồi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần
hồn, nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng việc. Điều đó ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự
động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Hiện nay với trình độ khoa học kỹ thuật phát triển con người đã tạo ra nhiều hệ
thống phân loại sản phẩm với các kỹ thuật khác nhau có thể ứng dụng trong thực tế như:
1


1. Tổng Quan

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu, hệ thống phân loại bằng trọng lượng, hệ thống
phân loại theo chiều cao...
Ngồi những phương pháp kể trên thì hiện nay trên thế giới khơng riêng ở Việt
Nam thì cịn có một phương pháp khác có thể phân loại sản phẩm với tốc độ cao và làm
việc liên tục với độ chính xác gần như là tuyệt đối. Hệ thống này áp dụng công nghệ đọc
mã vạch với khả năng quét chính xác mã vạch được đính kèm trên kiện hàng sẽ giúp
việc phân loại thuận tiện hơn. Hệ thống này áp dụng trong việc phân loại những sản

phẩm có kích thước, hình dáng khác nhau.
Cơng nghệ mã số mã vạch đã và đang phát triển không ngừng nghỉ giúp cho các
doanh nghiệp cũng như các đơn vị bán hàng nhỏ lẽ có thể kiểm sốt sản phẩm của mình
một cách dễ dàng. Công nghệ mã số, mã vạch là một cách thể hiện dữ liệu (thơng tin)
dưới dạng hình ảnh và hình ảnh sẽ được máy quét mã vạch đọc và giải mã ngược lại để
ra thông tin (mã số). Mỗi mã vạch đều tương ứng một dãy mã số đóng vai trị là mã nhận
dạng cho một sản phẩm hay hàng hố. Ban đầu cơng nghệ mã vạch chỉ có hai loại mã
vạch là mã vạch một chiều tuyến tính (mã vạch hàng rào) và mã vạch ơ vng ma trận
dữ liệu (mã vạch QR). Mã vạch có những ưu điểm sau:
- Hiệu suất: Nhận dạng tự động thay thế ghi chép bằng tay nên giúp giảm nhân
công, tiết kiệm thời gian, dẫn đến tăng hiệu suất công việc.
- Chính xác: Với cấu trúc được tiêu chuẩn hố, an toàn và đơn giản mã số Mã vạch
cho phép nhận dạng chính xác vật phẩm và dịch vụ, thay thế khâu “nhập” dữ liệu bằng
tay, do đó cho “kết quả” chính xác, khơng nhầm lẫn.
- Thơng tin nhanh: Mã số mã vạch giúp thu thập và cung cấp thông tin nhanh, giúp
cho các nhà kinh doanh và quản lý có thể có những quyết định đúng đắn và kịp thời trong
hoạt động sản xuất kinh doanh và quản lý.
- Giảm chi phí hoạt động của doanh nghiệp, tăng lợi nhuận.
- Nắm rõ tồn kho, tuổi hàng tồn kho quyết định kinh doanh phù hợp.
- Đáp ứng nhanh chóng đơn đặt hàng của khách hàng.
- Giảm thiểu nhân lực cho doanh nghiệp.
Việc sản xuất mã vạch tương đối đơn giản khi hiện nay chúng ta có thể tạo ra các
mã 1D hay 2D chỉ bằng cách sử dụng máy tính hoặc các thiết bị có thể kết nối internet
như điện thoại hay máy tính bảng, việc tạo ra mã vạch diễn ra nhanh chóng và dễ dàng
đối với những người chưa có kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Hệ thống phân loại bằng
mã vạch là một giải pháp công nghệ thay thế sức người thực hiện các khâu phân loại sản
phẩm, từ thực hiện bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các thiết bị tự động hoá để phân
2



1. Tổng Quan

chia sản phẩm theo từng đặc tính mà người sử dụng qui định. Việc phân loại diễn ra
nhanh chóng và chính xác với độ chính xác cực cao vì độ sai sót của mã vạch tương đối
thấp. Việc đưa hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch vào thực tế sẽ giúp cho các
doanh nghiệp tối đa hố được q trình phân loại, tăng tính tự động hố, giảm thiểu sức
người, tạo ra mơi trường chun nghiệp, với việc áp dụng nhà máy vào thực tế còn giúp
cho các doanh nghiệp có thể quản lý chặt chẽ các sản phẩm hiện có tại nhà máy. Hình
ảnh 1.1 minh hoạ khâu phân loại sản phẩm của hệ thống phân loại bằng mã vạch.

Hình 1.1. Hệ thống phân loại bằng mã vạch

Với những ưu điểm của mã vạch cũng như tính u cầu cấp bách cần có một hệ
thống phân loại sản phẩm thay thế sức người nên nhóm lựa chọn đề tài: “Phân loại sản
phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay robot”.
1.2. Mục tiêu đề tài
Nhóm thực hiện đồ án “Phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC kết hợp
cánh tay Robot” với những mục tiêu cụ thể như sau:
- Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm mã vạch 1D hoặc 2D.
- Công suất hệ thống lên đến 1000 đơn hàng trong 1 giờ.
- Hệ thống hoạt động ổn định và độ chính xác cao.
3


1. Tổng Quan

1.3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài: “Phân loại sản phẩm theo mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot”.
Chương 1: Tổng quan
Nội dung: Trình bày tổng quan sợ bộ về các yêu cầu của báo cáo như đặt vấn đề,

mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Nội dung: Trình bày các hệ thống phân loại sản phẩm hiện có, tổng quan PLC và
cánh tay robot trong công nghiệp, giới thiệu sơ bộ về hệ thống, quy trình cơng nghệ…
Chương 3. Thiết kế phần cứng hệ thống
Nội dung: Nêu những thiết bị phần cứng sử dụng trong đề tài. Trình bày thiết kế
mơ hình 3D hệ thống. Cách kết nối các thiết bị phần cứng trong hệ thống.
Chương 4. Thiết kế phần mềm
Nội dung: Thiết kế sơ đồ trạng thái, chương trình điều khiển, giám sát.
Chương 5. Kết quả đạt được
Nội dung: Trình bày kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài.
Chương 6. Kết luận và hướng phát triển.
Nội dung: Trình bày các kết luận sau khi hồn thành đề tài, từ đó đưa ra hướng
phát triển trên thực tế.
1.4. Giới hạn đề tài
Đề tài “phân loại sản phẩm bằng mã vạch sử dụng PLC kết hợp cánh tay Robot”
của nhóm giới hạn trong phạm vi hệ thống thực hiện giải quyết từ khâu đọc mã vạch đến
khâu phân loại sản phẩm, hệ thống không thể điều khiển và giám sát từ xa.

4


1. Tổng Quan

5


2. Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2.


Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này sẽ trình bày về nội dung các hệ thống phân loại hệ thống hiện có trên
thị trường hiện nay, cơ sở lý thuyết về PLC, HMI, mạng truyền thông trong công nghiệp,
cánh tay robot…
2.1. Giới thiệu các hệ thống phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay được ứng dụng nhiều trong các nhà máy
xí nghiệp, nhưng chủ yếu có các loại kỹ thuật phân loại chính như: Phân loại sản phẩm
theo màu sắc, theo hình dạng, theo cân nặng và phân loại bằng mã vạch.
2.1.1. Hệ thống phân loại theo màu sắc
Hệ thống phân loại màu sắc được dựa theo nhiều kỹ thuật khác nhau, có thể sử
dụng cảm biến màu sắc hoặc sử dụng camera để xác định màu sắc của vật. Hệ thống
phân loại theo màu sắc được ứng dụng nhiều trong việc phân loại quả cà chua và được
minh hoạ theo như Hình 2.1.

Hình 2.1. Hệ thống phân loại cà chua
5


2. Cơ Sở Lý Thuyết

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại theo màu sắc: Sản phẩm sẽ đi qua
đến khâu đọc sản phẩm ở khâu này sản phẩm sẽ được cảm biến hoặc camera nhận biết
và gửi tín hiệu về PLC xử lý sau đó PLC xuất tín hiệu điều khiển Robot hoặc xi lanh để
đẩy từng sản phẩm đúng với vị trí nơi chứa riêng biệt[2]. Ứng dụng của hệ thống phân
loại màu sắc như trong các hệ thống dây chuyền sản xuất gạch, ngói, đá hoa cương hay
các hệ thống phân loại nông sản (gạo, cà phê…). Nhược điểm của hệ thống là khi đặt
nơi thiếu điều kiện ánh sáng tốt khó cho ra kết quả chính xác.
2.1.2. Hệ thống phân loại theo cân nặng
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại theo cân nặng là sản phẩm sẽ được

đưa đến băng truyền có tích hợp cảm biến khối lượng ở phía dưới sau đó sẽ xuất tín hiệu
gửi đến PLC từ đó PLC sẽ xử lí để điều khiển thiết bị để sản phẩm đi đến đúng vị trí cần
phân loại[3]. Hệ thống phân loại theo cân nặng sử dụng trong các hệ thống phân loại gạch,
các hệ thống đóng gói cần độ chính xác về khối lượng… Nhược điểm của hệ thống là dễ
bị nhiễu khi có tác động từ bên ngồi, tốn kém khi sử dụng quá nhiều cảm biến… Dựa
theo nguyên lý kỹ thuật phân loại theo cân nặng mà chúng ta có thể áp dụng vào phân
loại trái cây như Hình 2.2.

Hình 2.2. Hệ thống phân loại theo cân nặng
6


2. Cơ Sở Lý Thuyết

2.1.3. Hệ thống phân loại theo hình dáng
Hệ thống phân loại theo hình dáng sử dụng camera. Nguyên lý hoạt động của hệ
thống là trên băng truyền sẽ gắn Camera để nhận dạng sản phẩm sau đó từ camera sẽ
truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm và từ đó bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra các tín hiệu
điều khiển đến xi lanh hoặc Robot để gắp vật đúng vị trí cần phân loại[4]. Hệ thống phân
loại theo hình dáng được sử dụng nhiều trong ứng dụng trong kiểm tra và phân loại sản
phẩm có hình dáng khác nhau như gạch, ngói, ứng dụng trong kiểm tra và phân loại nông
sản. Nhược điểm của hệ thống là hoạt động cho ra kết quả với độ chính xác thấp khi điều
kiện ánh sáng thấp. Dựa theo phương pháp phân loại theo hình dáng mà chúng ta có thể
phân loại sản phẩm theo như Hình 2.3.

Hình 2.3. Hệ thống phân loại theo hình dáng

7



2. Cơ Sở Lý Thuyết

2.1.4. Hệ thống phân loại bằng mã vạch
Hệ thống phân loại mã vạch là một hệ thống có thể phân loại được sản phẩm được
dán nhãn in 1D hoặc 2D với những chức năng tuyệt vời của mã vạch đã được nêu ở
chương 1, ta có thể sử dụng mã vạch như một công cụ để phân loại với độ chính xác cao
và tính liên tục của hệ thống. Vì việc sản phẩm chỉ cần dán mã vạch để phân loại cho
nên hệ thống có thể phân loại các sản phẩm với hình dáng, kích thước khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại bằng mã vạch là sản phẩm sẽ được
đưa đến khâu đọc mã vạch, mã vạch sẽ được đọc bởi máy đọc mã vạch (Barcode Reader)
từ đó đưa dữ liệu đến PLC, PLC có nhiệm vụ xử lý và phát ra các tín hiệu để điều khiển
xi lanh hoặc Robot để gắp vật đúng vị trí cần phân loại. Hệ thống này được ứng dụng
trong hệ thống phân loại ở nhà máy Tiki, Lazada… để đơn giản hố q trình phân loại,
hệ thống còn ứng dụng trong quản lý kho… Nhược điểm của hệ thống là hệ thống cần
phải sử dụng nhiều máy đọc mã vạch trong khâu nhận dạng mới cho ra kết quả mong
muốn dù mã vạch được gắn ở mọi vị trí khác nhau trên sản phẩm. Dựa vào phương pháp
phân loại theo mã vạch mà chúng ta có thể phân loại với các sản phẩm có kích cỡ khác
nhau như Hình 2.4.

Hình 2.4. Hệ thống phân loại theo mã vạch
8


2. Cơ Sở Lý Thuyết

2.2. Chỉ tiêu đánh giá hệ thống
-

Chỉ tiêu đánh giá một hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm:
Sản phẩm sau khi phân loại phải giữ nguyên trạng thái ban đầu.

Hệ thống hoạt động ổn định, khả năng phân loại chính xác.
Giám sát được quy trình hoạt động của hệ thống tại nơi làm việc và trên Web server.

2.3. Cơ sở lý thyết phần cứng
2.3.1. Thiết bị điều khiển
2.3.1.1. Bộ điều khiển lập trình PLC
PLC (Programable Logic Controller) là một thiết bị làm cho các thao tác máy trở
nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế cho các phương pháp
điều khiển truyền thống dùng rơ le (loại thiết bị phức tạp và cồng kềnh), khả năng điều
khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh Logic cơ bản, khả
năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề về tốn học và cơng nghệ, khả năng tạo lập,
gửi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt sự kích hoạt hoặc đình chỉ
những chức năng của máy hoặc một dây chuyền công nghệ. Những ưu điểm của PLC so
với các bộ điều khiển khác:
- Cấu trúc dạng modue rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp…
- Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năn đặc biệt hay những
module truyền thống để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet…
- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp
hạng một hệ thống điều khiển tự động.
- u cầu của người lập trình khơng cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm
vững cơng nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được.
- Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi
trực tiếp các thơng số mà cần thay đổi lại chương trình.
2.3.1.2. Vi điều khiển
Vi điều khiển là một máy tính nhỏ trong đó có CPU, bộ nhớ (RAM, ROM), I/O
thiết bị ngoại vi, timers, counters được nhúng vào trong một mạch tích hợp (IC) nơi mà
các bộ vi xử lý và tất cả các khối này được kết hợp vào trong một board thông qua hệ
thống bus. Vi điều khiển có thể dễ dàng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi bên ngoài như
cổng giao tiếp, ADC, DAC, Bluetooth, Wifi… quá trình giao tiếp nhanh hơn khi so sánh
giữa các bộ vi xử lý khác. Ứng dụng của vi điều khiển đó là thường sử dụng trong các

9


×