Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quátrì nh sản xuất, tránh rủi ro, tiết kiệm được chi phí. Hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng nhiều trong sản xuất tự động hàng hóa với số lượng lớn, giúp phân loại nhanh những sản phẩm đạt yêu cầu vànhững sản phẩm bị lỗi (phế phẩm) cũng như phân loại thành những nhóm có đặc điểm khác nhau phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau này. Trong các nhàmáy sản xuất hàng thực phẩm, nhàmáy sản xuất gạch ốp lát cho ngành xây dựng hay sản xuất các chi tiết cơ khí, linh kiện điện tử…, dòng sản phẩm được tạo ra sau hàng loạt những qui trình công nghệ cần được kiểm tra để đảm bảo loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản phẩm đạt chất lượng thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện thuận lợi cho quá trình lưu kho để phân phối ra thị trường hay phục vụ tốt hơn cho những công đoạn sản xuất tiếp theo. Hơn nữa, nócòn cóthể tích hợp thêm chức năng dãn nhãn, đếm vàquản lýsản phẩm., giúp nâng chất lượng của sản phẩm vànâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất.
Từ những yêu cầu thực tế đó màhệ thống tự động phân loại sản phẩm đã sớm được hì nh thành vàphát triển, trở thành một khâu quan trọng trong một hệ thống sản xuất tự động, để thực hiện chức năng kiểm tra, phân loại đảm bảo sự vận hành liên tục của dòng phôi liệu trong quátrình sản xuất tự động. Đạt được mục tiêu nâng cao tí nh cạnh tranh của sản phẩm, làm chủ giáthành vàchất lượng sản phẩm, tăng khả năng linh hoạt phát triển sản phẩm, thay đổi mẫu mã đáp ứng nhu cầu thị trường. Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin. Do 2 đó chúng ta phải nắm bắt vàvận dụng nómột cách cóhiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung vàtrong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lýchậm chạp í t chí nh xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. nh hoạt động ở các nhà xưởng, xínghiệp hiện nay, việc tiết Trong quátrì kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xínghiệp đã đưa tự động hóa vàsản xuất để tiện ích cho việc quản lýdây chuyền vàsản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý làyêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng. Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lýsử dụng webcam để nhận dạng mãQR của sản phẩm trên băng tải và thông qua cơ cấu tay gắp phân loại sản phẩm sang các kho chứa khác nhau. Từ nguyên lýlàm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết: • Chuyển động của băng chuyền.
Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian. • Chuyển động tịnh tiến của các cơ cấu tay gắp khínén. Những lợi ích màhệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta làrất lớn, cụ thể như: • Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn. 3 • Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giáthành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mãmột cách nhanh chóng.
• Giúp cho việc quản lývàgiám sát trở nên rất đơn giản, bởi vìnókhông những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân màcòn cóthể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa… 1.2 Các vấn đề đặt ra Mục tiêu đặt ra làthiết kế: Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng webcam để phát hiện mãQR code, cókiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì,sửa chữa. Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC. Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: vật liệu mô hì nh, nguồn cung cấp, tí nh toán thông số chi tiết. Các vấn đề cần được giải quyết đó là: • Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, cótí nh thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt vàsửa chữa.
• Vấn đề nhận biết sản phẩm: Phân tích hình ảnh từ camera để xử lý số liệu phân loại sản phẩm Qrcode • Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động, dễ dàng vận hành. • Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng vàsản phẩm không bị hỏng.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bao gồm: Hệ thống phân loại sản phẩm mãQrcode Tay gắp robot điều khiển bằng khínén 1.4 Phương pháp thực hiện Bao gồm hai phương pháp thực hiện 4 • Phương pháp nghiên cứu lýthuyết: Nắm bắt các nội dung kiến thức liên quan từ các tài liệu qua sách vở, các diễn đàn, internet. Tì m hiểu về các bài toàn, môhì nh hóa giúp cho việc tính toán vàchọn các trang bị điện và cơ khí cho phần thiết kế hệ thống. m hiểu các tài liệu, cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm Tì biến,… m hiểu về cơ sở lýthuyết, ứng dụng viết chương trình điều khiển hệ thống Tì phân loại vàtay gắp cơ khí cho bộ điều khiển PLC.
• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu, lấy ý tưởng về các hệ thống, đề tài đã có, đã đi vào vận hành trong thực tế. Sử dụng phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 & WINCC) vàFactory IO làm công cụ để môphỏng hệ thống. Sử dụng phần mềm Soliworks để thiết kế vàmôphỏng hệ thống cơ khí.5 Dự kiến kết quả đạt được - Xây dựng thành công mô hình cơ khí 3D hệ thống phân loại sản phẩm mãQrcode bằng phần mềm Solidworks. - Xây dựng được chương trình điều khiển cho hệ thống hoạt động ổn định theo dự kiến đề ra.
- nh sản phẩm, vận hành đúng so với thực Lắp ráp, hoàn thiện môhì nghiệm. 5 Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp nhận diện QR code 2.1 Qr code làgì? QR Code (mãQR) làviết tắt của Quick response code (Tạm dịch: Mãphản hồi nhanh), hoặc cóthể gọi làMãvạch ma trận (Matrix-barcode) hay Mãvạch 2 chiều (2D). Đây là một dạng thông tin được mã hóa để hiển thị sao cho máy có thể đọc được. QR Code xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1994, được tạo ra bởi Denso Wave (công ty con của Toyota).
QR Code bao gồm những chấm đen vàô vuông mẫu trên nền trắng, có thể chứa những thông tin như URL, thời gian, địa điểm của sự kiện, môtả, giới thiệu một sản phẩm nào đó. QR Code cho phép quét và đọc mã nhanh hơn bằng các thiết bị như máy đọc mãvạch hoặc điện thoại cócamera với ứng dụng cho phép quét mã, vôcùng tiện lợi cho người dùng.1: Môtả mãQR code Cùng làmãvạch nhưng QR Code lại làphiên bản cải tiến của mãvạch truyền thống. Mãvạch truyền thống làmột dãy các vạch được xếp liền kề nhau, chỉ chứa được tối đa 20 ký tự số, trong khi đó thì mã QR có khả năng chứa tối đa 7.089 kýtự số và4.296 kýtự chữ số. Điều này cho phép lượng thông tin truyền tải sẽ nhiều hơn, hỗ trợ tốt hơn cho người dùng, đặc biệt lànhững doanh nghiệp kinh doanh muốn gửi thông điệp đến khách hàng của mì nh.
Không chỉ thế, nếu so về kích thước thìQR Code chiếm ít không gian hơn rất nhiều so với mãvạch 6 truyền thống. Nếu in trên sản phẩm hoặc danh thiếp thìsẽ nhỏ gọn và tăng tính thẩm mỹ hơn.2: Mãvạch truyền thống vàmãQR code Ngày này, mã QR code còn được sử dụng làm một phương thức trao đổi thông tin liên lạc trên các nền tảng mạng xãhội, sàn thương mại và được sử dụng rộng dãi trong việc truy xuất thông tin sản phẩm.2 Bài toán công nghệ đặt ra của trạm phân loại sản phẩm sử dụng QR code Bài toán đặt ra một số yêu cầu vận hành cơ bản môphỏng hệ thống làm việc trong thực tế. Khi nhấn start băng tải vận hành đưa các sản phẩm vào khu vực phân loại. Tại khu vực phân loại bố trí webcam để nhận dạng mãQR code trên sản phẩm.
Ở chế độ manual người dùng thao tác điều khiển cơ cấu tay máy thông qua nút nhấn trên giao diện wincc. Ở chế độ auto, khi nhận dạng được mãQR trên sản phẩm chương trình nhận dạng tự động gửi tí n hiệu phân loại đến PLC để điều khiển cơ cấu phân loại. Các trạng thái vận hành của hệ thống được giám sát trên giao diện Wincc. Khi nhấn stop hệ thống dừng hoạt động.3 Phương pháp nhận dạng QR code Hệ thống sử dụng webcam, kết nối với máy tính cánhân qua cổng USB.
Việc nhận dạng mã QR được thực hiện thông qua giao diện winform C#. Chương nh giao diện C# sẽ tham gia điều khiển PLC trong quátrì trì nh vận hành của hệ thống. Cách thư viện hỗ trợ trên ứng dụng C# bao gồm các thư viện sau: 7 • Thư viện đọc video từ webcam bao gồm: Aforge, Aforge.DirectShow Hình II.3: Thư viện đọc video từ webcam • Thư viện giải mãQR code: Zxing.net Hình II.4: Thư viện giải mãQr code • Ngoài ra, để hỗ trợ quátrình vận hành. Chương trình cần thiết phải hỗ trợ tạo mã QR coder để thuận tiện cho quátrình sử dụng.
Do đó nhóm em sử dụng thư viện QR coder để hỗ trợ việc tạo mãQR với nội dung cần thiết trong quátrình sử dụng.4 Kết nối giao diện C# với PLC Việc kết nối giao diện C# với PLC làcần thiết khi nhận được kết quả nhận dạng mã QR chương trình sẽ gửi tí n hiệu để điều khiển các cơ cấu của môhì nh qua PLC.NET là thư viện hỗ trợ kết nối các thiết bị máy cánhân chạy nền 8 tảng windown với các bộ điều khiển của Siemens.