Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, tự động hóa đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, cắt giảm chi phí vận hành và hạn chế tối đa sai sót do con người gây ra. Trong lĩnh vực quản lý kho bãi và logistics, hoạt động bốc xếp hàng hóa lên pallet và lưu trữ vào kho là khâu trung gian quan trọng, đòi hỏi tính liên tục, an toàn và chính xác cao. Việc sử dụng lao động thủ công trong các công việc nặng nhọc này thường tiềm ẩn rủi ro tai nạn lao động, năng suất không ổn định và nguy cơ làm hư hỏng hàng hóa do phân bổ trọng lượng không đều hoặc đóng gói không đúng quy cách.

Đề tài "Mô hình xếp hàng lên pallet và lưu kho" được nhóm tác giả lựa chọn nhằm xây dựng một hệ thống mô phỏng tự động hóa quy trình bốc xếp thùng hàng từ băng chuyền, sắp xếp lên pallet, quấn màng co cố định và chuyển đến kệ lưu kho.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Các nhiệm vụ nghiên cứu chính được xác định trong đề tài bao gồm:

  1. Tính toán và thiết kế phần cơ khí cho mô hình trên phần mềm SolidWorks; tiến hành kiểm tra và lắp đặt hoàn thiện mô hình vật lý.
  2. Xây dựng thuật toán điều khiển và lập trình hệ thống phát xung cho động cơ bước trên bộ điều khiển logic khả trình (PLC).
  3. Thiết kế và lập trình giao diện người - máy (HMI) để điều khiển, giám sát hệ thống ở hai chế độ Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual).
  4. Thiết lập truyền thông trao đổi dữ liệu giữa các khối điều khiển và hiển thị các thông số vận hành lên màn hình HMI.
  5. Vận hành chạy thử nghiệm thực tế, đo đạc thông số thời gian, hiệu chỉnh hệ thống và đưa ra đánh giá, kết luận.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cơ cấu chấp hành đa trục (gắp hàng, quấn màng co, lưu kho), hệ thống điều khiển PLC Mitsubishi FX3U, màn hình HMI Weintek và các thiết bị khí nén, cảm biến công nghiệp.
  • Phạm vi không gian: Mô hình thực nghiệm tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 02/2024 đến tháng 06/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên lý kỹ thuật

  • Lý thuyết xếp hàng lên pallet (Palletizing): Tổng quan về các phương pháp xếp hình khối (Block Stacking), xếp xen kẽ (Brick Stacking), xếp hình kim tự tháp (Pyramid Stacking) và các nguyên tắc phân bổ trọng lượng, đặt thùng hàng lớn/nặng ở dưới, sử dụng màng bọc cố định.
  • Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC): Cấu trúc phần cứng, nguyên lý quét chương trình và các ngôn ngữ lập trình theo tiêu chuẩn IEC (Ladder Logic - LD, Function Block Diagram - FBD, Structured Text - ST, Instruction List - IL, Sequential Function Chart - SFC). Dòng PLC MELSEC-FX của hãng Mitsubishi Electric được lựa chọn làm nền tảng điều khiển chính.
  • Chuẩn truyền thông công nghiệp:
    • Giao tiếp RS232: Hoạt động theo phương thức điểm - điểm (point-to-point) với 3 đường tín hiệu cơ bản (TxD, RxD, GND) và các chân điều khiển luồng (DCD, DTR, DSR, RTS, CTS, RI).
    • Giao tiếp Modbus RTU – RS485: Truyền tín hiệu vi sai trên cặp dây xoắn, hỗ trợ cấu hình 2 dây (bán song công) và 4 dây (song công toàn phần), khoảng cách truyền tối đa 1200m và kết nối mạng lên đến 32 thiết bị trên một bus đơn.
  • Động cơ bước và phương pháp điều khiển: Cấu tạo rotor nam châm vĩnh cửu và stator từ tính; các phương pháp cấp xung: điều khiển dạng sóng (Wave), bước đủ (Full step), nửa bước (Half step) và vi bước (Microstep) nhằm đạt độ êm ái và định vị góc chính xác.
  • Hệ thống truyền động khí nén: Ứng dụng định luật Pascal trong việc biến đổi áp suất khí nén thành lực cơ học tịnh tiến/xoay thông qua xy lanh tác động kép, xy lanh xoay và bộ tạo chân không theo nguyên lý Ejector (hiệu ứng Venturi).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp mô hình hóa 3D: Sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế kết cấu chi tiết của hệ thống cơ khí (khung giá, trục dẫn hướng, bộ truyền đai, bàn trượt vít me).
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật: Xác định số xung phát trên mỗi đơn vị dịch chuyển (xung/mm) và số xung trên mỗi vòng quay dựa trên thông số cơ cấu truyền động (bước vít me, đường kính vòng chia pulley, cấu hình vi bước của driver).
  • Phương pháp thực nghiệm tích hợp: Đấu nối mạch điện, khí nén, nạp chương trình điều khiển PLC qua phần mềm GX Works và thiết kế giao diện HMI bằng phần mềm EB8000; vận hành kiểm thử chu trình hoạt động của hệ thống.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật từ tài liệu của nhà sản xuất (SMC, Omron, Mitsubishi, Weintek, Airtac, CHINT) kết hợp số liệu thực nghiệm đo đạc trong quá trình chạy thử.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Thiết kế cơ khí và cơ cấu chấp hành

Hệ thống được phân chia thành 3 cơ cấu chức năng chính kết hợp với 2 hệ thống băng tải:

  1. Băng tải 1 và cơ cấu xếp thùng lên pallet: Băng tải đưa các thùng hàng đến vị trí cảm biến quang. Cụm gắp thùng hoạt động theo 3 trục tọa độ:
    • Trục X1 và Y1: Sử dụng động cơ bước kết hợp hệ ray trượt dẫn hướng và bộ truyền đai răng GT2 nhằm tạo chuyển động tịnh tiến linh hoạt, giảm rung lắc.
    • Trục Z1: Sử dụng động cơ bước dẫn động bàn trượt vít me T8 kết hợp ray trượt dẫn hướng.
    • Cơ cấu gắp và xoay: Sử dụng bộ tạo chân không SMC ZH10B nối với giác hút để giữ thùng hàng mà không làm móp méo sản phẩm; kết hợp xy lanh xoay Airtac để đổi hướng đặt thùng. Pallet được cấp vào vị trí thông qua cơ cấu dẫn hướng và xy lanh đẩy.
  2. Cơ cấu quấn màng co: Pallet sau khi được xếp đủ số lượng thùng sẽ chuyển qua Băng tải 2 đến trạm quấn màng. Cơ cấu xoay màng co sử dụng động cơ bước truyền động qua bộ truyền đai răng với tỉ số truyền pulley $1:3$ nhằm tăng mô-men xoắn. Hệ thống tích hợp xy lanh kẹp màng và xy lanh gắn thanh gia nhiệt để cắt màng co tự động khi kết thúc chu trình quấn.
  3. Băng tải 2 và cơ cấu lưu kho: Vận chuyển pallet đã hoàn thiện quấn màng đến vị trí lưu kho:
    • Trục X2: Dẫn động bằng động cơ bước qua hệ truyền động đai răng và ty trượt tròn phi 10.
    • Trục Y2 và Z2: Sử dụng động cơ bước kết hợp bộ truyền vít me T8 và bàn trượt dẫn hướng nhằm nâng và đưa pallet vào đúng vị trí ô lưu trữ trên khung kệ.
| Thông số cơ cấu | Cơ cấu xếp hàng (X1, Y1) | Cơ cấu trục nâng (Z1) | Cơ cấu quấn màng | Cơ cấu lưu kho (X2) | Cơ cấu lưu kho (Y2, Z2) |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| **Kiểu truyền động** | Đai răng GT2 + Pulley | Vít me T8 (bước ren 8mm) | Đai răng + Pulley (tỉ số 1:3) | Đai răng GT2 + Pulley | Vít me T8 (bước ren 8mm) |
| **Cài đặt vi bước** | 3200 xung/vòng | 1600 xung/vòng | 3200 xung/vòng | 800 xung/vòng | 1600 xung/vòng |
| **Hệ số phát xung** | $\approx 82\text{ xung/mm}$ | $100\text{ xung/mm}$ | $9600\text{ xung/vòng}$ | $\approx 21\text{ xung/mm}$ | $100\text{ xung/mm}$ |

Thiết kế hệ thống điện và điều khiển

  • Khối nguồn: Cấp nguồn xoay chiều 220V AC qua MCB 2 pha CHINT 16A; bộ nguồn tổ ong chuyển đổi sang nguồn 24V DC cấp cho PLC, cảm biến, van điện từ và mạch điều khiển; nguồn 5V DC cấp tín hiệu xung điều khiển cho bộ driver.
  • Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng cấu hình 2 bộ điều khiển PLC dạng board mạch:
    • PLC Master (FX3U-48MT): Nhận tín hiệu từ cảm biến và nút nhấn, xử lý thuật toán chính, phát xung điều khiển các động cơ bước cơ cấu gắp hàng, băng tải và giao tiếp HMI.
    • PLC Slaver (FX3U-24MT): Điều khiển cơ cấu quấn màng co và cơ cấu nâng hạ, lưu trữ kho bãi.
  • Khối công suất và chấp hành: Driver TB6600 (điện áp 9–40V DC, dòng tải 1–4A, hỗ trợ cách ly quang opto tốc độ cao) điều khiển động cơ bước mặt bích size 57; các rơ-le trung gian Omron LY2N đóng cắt cuộn hút van điện từ 5/2 điều khiển xy lanh khí nén.
  • Khối cảm biến:
    • Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX (nguồn 6–36V DC, khoảng cách phát hiện 0–4mm) xác định vị trí gốc (Home) của các trục chuyển động.
    • Cảm biến quang phản xạ khuếch tán triệt tiêu nền LS201-BG50ND (khoảng cách phát hiện 50mm, thời gian đáp ứng 1ms, chuẩn chống nước IP67) phát hiện thùng hàng và pallet trên băng tải.
| Danh mục thiết bị | Mã hiệu / Quy cách | Số lượng | Chức năng chính |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **Board PLC Master** | FX3U-48MT (ngõ ra Transistor) | 01 cái | Điều khiển logic chính, phát xung trục X1, Y1, Z1 |
| **Board PLC Slaver** | FX3U-24MT (ngõ ra Transistor) | 01 cái | Điều khiển cơ cấu quấn màng và cơ cấu lưu kho |
| **Màn hình HMI** | Weintek MT6070iH | 01 cái | Giao diện điều khiển, cài đặt thông số và giám sát |
| **Driver động cơ** | TB6600 (1~4A, 9~40VDC) | 06 bộ | Khuếch đại xung và điều khiển vi bước động cơ |
| **Bộ hút chân không** | SMC ZH10B (áp suất max 0.6 MPa) | 01 bộ | Tạo áp suất âm (-88 kPa) để giác hút giữ thùng hàng |
| **Cảm biến tiệm cận** | NPN LJ12A3-4-Z/BX (phi 12) | 07 cái | Cảm biến vị trí giới hạn hành trình và điểm gốc Home |
| **Cảm biến quang** | LS201-BG50ND (IP67) | 04 cái | Phát hiện vật thể trên băng tải và trạm quấn màng |
| **Nhôm định hình** | Nhôm 20x20mm (kèm 104 kê góc) | 30 mét | Xây dựng hệ thống khung vỏ và thanh giằng mô hình |
| **Vít me dẫn hướng** | Vitme T8 dài 500mm và 250mm | 03 bộ | Truyền động biến đổi chuyển động quay sang tịnh tiến |
| **Bộ truyền đai** | Dây đai GT2 + Pulley (20, 40, 60 răng) | 04 mét | Truyền động cho các trục tịnh tiến X, Y và trục quấn |

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày bối cảnh ứng dụng tự động hóa trong sản xuất công nghiệp hiện đại. Tác giả phân tích các khái niệm về pallet, quy trình xếp hàng lên pallet, lợi ích của việc tối ưu không gian kho bãi và các phương pháp xếp chồng (Block, Brick, Pyramid Stacking). Chương này làm rõ lý do chọn đề tài, nêu bật các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết (độ ổn định cơ khí, độ chính xác định vị bằng phát xung PLC, truyền thông đa bộ điều khiển), xác định mục tiêu, phương pháp nghiên cứu và giới hạn phạm vi của đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc tính toán và thiết kế:

  • Lịch sử phát triển và phân loại hệ thống xếp pallet tự động (Palletizer tầng thấp, tầng cao, cánh tay robot công nghiệp).
  • Khái niệm, phân loại và các ngôn ngữ lập trình chuẩn cho PLC; khảo sát các dòng PLC tiêu biểu của Mitsubishi (MELSEC-Q, MELSEC-L, MELSEC-FX, MELSEC iQ-R, MELSEC iQ-F) và lý do lựa chọn họ FX.
  • Các chuẩn truyền thông công nghiệp: sơ đồ chân và đặc tính của chuẩn nối tiếp RS232; cấu trúc mạng Modbus RTU trên nền tảng vật lý RS485 (cấu hình 2 dây và 4 dây).
  • Cấu tạo, nguyên lý và 4 phương pháp kích từ điều khiển động cơ bước (Wave, Full step, Half step, Microstep).
  • Lý thuyết khí nén: cấu tạo và thông số làm việc của xy lanh đơn, xy lanh kép, van điện từ và giác hút chân không.

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Chương 3 trình bày toàn bộ quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo phần cứng:

  • Thiết kế cơ khí: Xây dựng bản vẽ 3D trên SolidWorks cho cụm gắp hàng 3 trục, cụm quấn màng co và cụm lưu kho; lập bảng thống kê chi tiết các linh kiện cơ khí gia công và phụ kiện tiêu chuẩn.
  • Tính toán truyền động: Thiết lập các công thức toán học xác định số xung phát cho từng động cơ bước dựa trên thông số hình học của pulley, bước ren vít me và chế độ cài đặt driver vi bước.
  • Thiết kế hệ thống điện: Xây dựng sơ đồ khối chức năng hệ thống; lựa chọn các thiết bị điện, bộ điều khiển PLC FX3U, driver TB6600, cảm biến quang LS201, cảm biến tiệm cận NPN, bộ tạo chân không SMC ZH10B, van khí nén Airtac; lập bảng phân bổ ngõ vào/ngõ ra (I/O) chi tiết cho PLC Master và PLC Slaver.

Chương 4: Thiết kế phần mềm

Chương 4 tập trung vào quy trình lập trình điều khiển và giao diện giám sát:

  • Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể toàn bộ hệ thống từ khâu cấp phôi, nhận diện thùng, gắp xếp lên pallet, chuyển sang trạm quấn màng co, cắt nhiệt và đưa vào vị trí lưu kho.
  • Lập trình giao diện vận hành trên màn hình HMI Weintek MT6070iH thông qua phần mềm EB8000, bao gồm: Màn hình chính (Main Screen), Màn hình điều khiển chế độ Bằng tay (Manual Mode), Màn hình vận hành chế độ Tự động (Auto Mode), Màn hình cài đặt thông số động cơ (Setting) và Màn hình theo dõi lịch sử trạng thái hoạt động của hệ thống.

Chương 5: Kết quả và nhận xét

Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm sau khi hoàn thiện chế tạo:

  • Trình bày hình ảnh thực tế của toàn bộ mô hình cơ khí, tủ điều khiển và các giao diện điều khiển HMI đã hoàn thiện.
  • Đánh giá khả năng vận hành đồng bộ của các cơ cấu gắp, quấn màng và lưu kho; tổng hợp bảng theo dõi chu trình làm việc của hệ thống theo trục thời gian thực tế.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương này đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu so với mục tiêu ban đầu, chỉ ra những ưu điểm về tính ổn định và tính khả thi của mô hình; đồng thời nêu rõ các hạn chế tồn đọng và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm phát triển, nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Chế tạo hoàn chỉnh mô hình vật lý: Hoàn thiện mô hình cơ khí tích hợp khung nhôm 20x20mm, hệ thống truyền động đai curoa GT2, vít me T8, hệ thống khí nén và giác hút chân không SMC. Mô hình hoạt động ổn định, định vị chính xác vị trí gắp, quấn màng và xếp vào kệ lưu trữ.
  2. Hệ thống điều khiển và truyền thông: Lập trình phát xung điều khiển thành công 6 trục động cơ bước thông qua 2 board PLC Mitsubishi FX3U-48MT và FX3U-24MT; thiết lập kết nối truyền thông hiển thị dữ liệu vận hành lên màn hình HMI Weintek MT6070iH.
  3. Phần mềm giám sát hai chế độ: Xây dựng hoàn chỉnh giao diện HMI hỗ trợ điều khiển từng cơ cấu chấp hành riêng lẻ ở chế độ Manual và điều khiển tự động toàn bộ chu trình ở chế độ Auto; có trang cài đặt thông số và lưu trữ lịch sử trạng thái làm việc.
| Giai đoạn vận hành | Cơ cấu chấp hành chính | Tín hiệu kích hoạt / Cảm biến | Trạng thái hoàn thành |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| **1. Cấp và phát hiện thùng** | Băng tải 1, Cảm biến quang | LS201-BG50ND nhận diện hộp | Dừng băng tải 1, kích hoạt trục gắp |
| **2. Gắp và xếp lên pallet** | Trục X1, Y1, Z1, ZH10B, Xy lanh xoay | Cảm biến tiệm cận Home, phát xung | Thùng được hút, xoay và đặt lên pallet |
| **3. Cấp pallet mới** | Xy lanh đẩy Airtac, Cảm biến | Xy lanh đẩy pallet vào vị trí gắp | Pallet sẵn sàng nhận lượt thùng tiếp theo |
| **4. Chuyển sang trạm quấn** | Băng tải 2 | Cảm biến quang tại trạm quấn | Dừng băng tải 2, cố định pallet |
| **5. Quấn và cắt màng co** | Động cơ xoay (1:3), Xy lanh cắt nhiệt | Đếm đủ 9600 xung/vòng $\times$ số vòng | Kẹp màng, cắt nhiệt hoàn tất màng co |
| **6. Vận chuyển lưu kho** | Trục X2, Y2, Z2 | Cảm biến quang, tiệm cận Home | Pallet được nâng và xếp vào đúng ngăn kho |

Giải pháp và đóng góp của đề tài

  • Giải pháp kỹ thuật: Đề xuất cấu hình phân tán sử dụng 2 board điều khiển PLC kết hợp phương pháp phát xung vi bước qua Driver TB6600; giải quyết bài toán thiếu chân phát xung tốc độ cao khi điều khiển nhiều trục động cơ bước đồng thời mà vẫn tối ưu hóa chi phí chế tạo.
  • Đóng góp học thuật và ứng dụng: Xây dựng tài liệu thiết kế chi tiết từ khâu tính toán số học (tính số xung dịch chuyển cho từng dạng truyền động đai và vít me), thiết kế mô hình 3D SolidWorks đến sơ đồ đấu nối mạch điện và lưu đồ thuật toán điều khiển, phục vụ trực tiếp cho công tác nghiên cứu và học tập trong chuyên ngành Tự động hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Do giới hạn về thời gian và kinh nghiệm thiết kế phần cứng, kết cấu cơ khí ban đầu còn gặp hiện tượng rung lắc nhẹ ở các điểm chuyển tiếp tốc độ cao của cụm gắp và lưu kho.
  • Hệ thống mới dừng lại ở mức độ mô hình thử nghiệm trong phòng lab, kích thước và tải trọng nâng hạ thùng hàng còn nhỏ.
  • Chưa tích hợp cơ sở dữ liệu quản lý kho chuyên sâu (WMS - Warehouse Management System) để quản lý mã định danh hàng hóa hay kết nối mạng công nghiệp quy mô lớn.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Gia cố độ cứng vững của khung cơ khí, thay thế các cơ cấu ty trượt tròn bằng ray trượt vuông công nghiệp để nâng cao khả năng chịu tải và triệt tiêu độ rơ.
  • Mở rộng phần mềm quản lý: Tích hợp hệ thống nhận diện mã vạch/mã QR hoặc công nghệ xử lý ảnh (Camera AI) để tự động nhận dạng kích thước, phân loại thùng hàng ngẫu nhiên trước khi xếp lên pallet.
  • Nâng cấp phần mềm kết nối dữ liệu máy chủ quản lý kho (WMS/MES) qua giao thức Ethernet/IP hoặc Modbus TCP/IP nhằm đồng bộ hóa quy trình xuất nhập kho tự động.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình tự động hóa tích hợp đa ngành (Cơ khí - Điện tử - Lập trình điều khiển).
  • Người nghiên cứu các đề tài về điều khiển vị trí: Cung cấp phương pháp luận và công thức cụ thể để tính toán phát xung điều khiển động cơ bước qua driver vi bước, cách thiết lập điểm gốc (Home) bằng cảm biến tiệm cận.
  • Kỹ sư thiết kế hệ thống SCADA/HMI: Tham khảo quy trình thiết kế giao diện HMI Weintek qua phần mềm EB8000 và kỹ thuật liên kết truyền thông giữa màn hình cảm ứng với các dòng PLC Mitsubishi FX.

Câu hỏi thường gặp

1. Số xung phát cho động cơ bước trục X1, Y1 của cơ cấu gắp hàng được tính toán như thế nào?

Theo tính toán trong thuyết minh, đường kính pulley gắn trục xoay là $d_{pl} = 24\text{ mm}$, suy ra chu vi pulley là $C_{pl} = d_{pl} \cdot \pi = 24 \cdot \pi \approx 75{,}4\text{ mm}$. Tỉ lệ truyền giữa trục động cơ và trục xoay là $1:2$ (động cơ quay 2 vòng thì trục chuyển động quay 1 vòng). Driver được cài đặt ở mức 3200 xung/vòng. Do đó, số xung cần phát để cơ cấu dịch chuyển được 1 mm là $\approx 82\text{ xung/mm}$. Số xung cần phát trên chương trình được tính theo công thức $X_x = S_x \times 82$ (với $S_x$ là quãng đường dịch chuyển mong muốn tính bằng mm).

2. Tỉ số truyền và số xung điều khiển cho cơ cấu quấn màng co là bao nhiêu?

Cơ cấu quấn màng sử dụng hệ thống truyền động đai và pulley với tỉ số truyền giữa 2 pulley là $1:3$ nhằm tăng mô-men xoắn của động cơ trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác vị trí. Driver động cơ bước trục quấn được cài đặt ở mức 3200 xung/vòng. Khi đó, số xung cần phát để thực hiện quay hoàn chỉnh 1 vòng quấn màng co là: $3200 \times 3 = 9600\text{ xung/vòng}$.

3. Bộ tạo chân không SMC ZH10B sử dụng trong đồ án có các thông số làm việc cơ bản nào?

Bộ hút chân không SMC ZH10B có độ chân không tối đa là $-88\text{ kPa}$, mức tiêu thụ không khí là $46\text{ L/phút}$, tốc độ dòng hút tối đa đạt $24\text{ L/phút (ANR)}$. Kích thước cổng cấp khí và cổng chân không là $\varnothing 6\text{ mm}$, đường kính vòi phun là $1{,}0\text{ mm}$, áp suất vận hành tối đa đạt $0{,}6\text{ MPa}$ và áp suất cấp tiêu chuẩn là $0{,}45\text{ MPa}$.

4. Tại sao đề tài lại sử dụng kết hợp 2 board PLC Mitsubishi dòng FX3U thay vì một PLC duy nhất?

Việc sử dụng 2 board PLC (FX3U-48MT làm Master và FX3U-24MT làm Slaver) nhằm đáp ứng nhu cầu phát xung tốc độ cao cho nhiều trục động cơ bước đồng thời (gồm trục X1, Y1, Z1 của cơ cấu gắp; trục quay quấn màng; và trục X2, Y2, Z2 của cơ cấu lưu kho) cùng với số lượng ngõ vào/ra lớn của hệ thống cảm biến, van điện từ. Giải pháp này vừa đảm bảo đủ chân phát xung điều khiển vi bước độc lập vừa tối ưu hóa chi phí thực hiện so với việc đầu tư các module mở rộng đắt tiền của các dòng PLC công nghiệp nguyên khối.

5. Cơ chế cắt màng co sau khi hoàn thành chu trình quấn được thực hiện như thế nào?

Sau khi cơ cấu xoay quấn đủ số vòng màng co cài đặt trên HMI, một xy lanh khí nén tác động kép sẽ đẩy cơ cấu kẹp màng ra để giữ chặt đầu màng. Đồng thời, một xy lanh khí nén khác được gắn thanh gia nhiệt sẽ tiến hành ép và cắt đứt màng co bằng nhiệt lượng, sau đó xy lanh kẹp đưa màng về vị trí ban đầu để sẵn sàng cho chu trình quấn của pallet kế tiếp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Mô hình xếp hàng lên pallet và lưu kho" của sinh viên Trương Duy Hiếu và Chế Minh Hiếu đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế và chế tạo một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh quy mô mô hình. Đề tài kết hợp thành công giữa thiết kế cơ khí 3D, hệ thống điều khiển phát xung định vị đa trục trên nền tảng PLC Mitsubishi FX3U, cơ cấu chấp hành khí nén - chân không và giao diện giám sát HMI Weintek. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính đúng đắn của phương pháp tính toán truyền động và thuật toán điều khiển, đóng góp một mô hình học cụ trực quan, có giá trị ứng dụng và tham khảo cao cho công tác đào tạo chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.