Chương 1 đã trình bày các nội dung cơ bản về hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code và mã QR code như: tổng quan về thống, cấu tạo 14 của hệ thống, quá trình trong hệ thống, ứng dụng của hệ thống, khái niệm và ứng dụng của QR code. Nội dung của chương này được sử dụng để làm cơ sở giúp hiểu rõ phần thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử dụng PLC S7-1200 được trình bày trong chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200 2. Phân tích yêu cầu công nghệ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử dụng PLC 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 sử dụng giao diện WindowsForms qua PC. Các sản phẩm phải có mã QR code được đính kèm trên mặt của sản phẩm để camera có thể đọc được mã QR code của các sản phẩm. Sản phẩm với kích thước 4cmx4cm cùng 4 mã QR khác nhau, được bọc các lớp với các màu khác nhau : cam, đỏ, xanh lá , xanh dương để dễ dàng nhận dạng bằng mắt. Các sản phẩm màu: Màu cam (sản phẩm lỗi), màu đỏ (sản phẩm 1), màu xanh lá (sản phẩm 2), màu xanh dương (sản phẩm 3).
Hệ thống sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/RLY. Cánh tay robot để phân loại 3 sản phẩm đến 3 vị trị khác nhau, khi hệ thống hoạt động, băng tải sẽ đưa sản phẩm đến cuối băng tải và gặp vùng quét của cảm biến, băng tải dừng lại, lúc này camera sẽ quét mã QR code được gắn trên sản phẩm và truyền tín hiệu về PC, PC sẽ nhận dạng mã QR code và đếm sản phẩm. Sau đó, PC sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC thực hiện điều khiển 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 theo nguyên lý. Sơ đồ khối của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code sử dụng PLC S7-1200 2. Sơ đồ khối của hệ thống Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code được thể hiện trong hình 2. 16 Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.2: Sơ đồ khối của hệ thống Chức năng của các khối: 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 điều khiển cánh tay robot và băng tải hoạt động. Camera: Dùng để quét mã QR được dán trên sản phẩm sau đó gửi mã sản 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 cảm biến và PC để điều khiển cánh tay robot và băng tải thực hiện chức năng phân loại sản phẩm theo mã QR code.
Băng tải: Được sử dụng để vận chuyển sản phẩm từ đầu băng tải đến cuối 17 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 điều khiển của PLC. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đầu tiên, khối nguồn cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, lúc này bộ điều 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 quét của cảm biến, băng tải dừng lại ngay tại vị trí đó, camera sẽ quét mã QR code và 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 S7-1200 thực hiện chức năng điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm đến các vị trí đã được định trước. Và chu trình được tiếp tục diễn ra đến khi người dùng dừng cấp nguồn cho hệ thống.
Thuật toán chương trình chính điều khiển hệ thống Lưu đồ thuật toán điều khiển chương trình chính điều khiển hệ thống thể hiện qua hình 2.2: 19 Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.3: Lưu đồ thuật toán chương trình chính điều khiển hệ thống 2. Thuật toán điều khiển băng tải Lưu đồ thuật toán điều khiển băng tải được thể hiện qua hình 2.3: 20 Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.4: Lưu đồ thuật toán điều khiển băng tải 2. Thuật toán điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm 21 Lưu đồ thuật toán điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm được thể hiện qua hình 2.4: 22 Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.5: Lưu đồ thuật toán điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm 2. Thuật toán phân loại sản phẩm lỗi 23 Lưu đồ thuật toán phân loại sản phẩm lỗi được thể hiện qua hình 2.5: Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.6: Lưu đồ thuật toán phân loại sản phẩm lỗi 2.
Chương trình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code Chương trình điều khiển của hệ thống phân loại sản phẩm bằng quét mã QR code được viết trên phầm mềm TIA Portal V17 và chương trình quét mã QR 24 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 phẩm bằng quét mã QR code, chương trình quét mã QR code và chương trình điều khiển cánh tay robot được trình bày tại phần phụ lục. Giao diện nhận diện mã vạch QR code Giao diện quét mã vạch QR code và hiển thị sử dụng WindowsForms với ngôn ngữ lập trình C#. Mục đích giao điện sẽ hiện nội dung của mã vạch QR code, gửi tín hiệu xuống PLC S7-1200 bằng phần mềm TIA Portal V17 để phân loại sản phẩm sau đó cánh tay robot sẽ gắp và phân loại chính xác của từng sản phẩm về đúng vị trí.
Giao diện còn hiển thị số lượng sản phẩm của từng loại sản phẩm sau khi phân loại sản phẩm và thông báo đã kết nối được với PLC S7- 1200 hay chưa [3]. Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.7: Giao diện nhận diện mã QR code 2. Các thiết bị sử dụng trong mô hình 2. Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 a) Giới thiệu về PLC S7-1200 25 Hình THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG QUÉT MÃ QR CODE SỬ DỤNG PLC S7-1200.8: PLC S7-1200 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động.
Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau. Thành phần cơ bản của PLC S7-1200 [1]: Nguồn cấp: Nguồn điện đầu vào của PLC thường ở mức 220VAC hoặc 24VDC. Nguồn điện áp này được truyền xuống bảng nối đa năng cung cấp năng lượng cho CPU và các mô-đun I / O, có dạng “cards”. Các card này có 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 ngoài 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, ghi các Relay. CPU: Là bộ xử lý trung tâm có công giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC.
CPU chính là ‘bộ não’ của PLC, biến nó thành một máy tính bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ.Ngay cả những PLC nhỏ, không mô-đun cũng chứa một 26 CPU. Tín hiệu đầu vào đến từ các thẻ I / O và các chương trình logic đưa ra quyết định dựa trên các tín hiệu. Nếu được yêu cầu, CPU sẽ ra lệnh cho đầu 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 với những công tắc nguồn, nút ấn, những bộ sensor, … để điều khiển và tinh chỉnh từ chương trình bên ngoài.
Module xuất (output module) được nối với những tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu, những bộ ghép quang. b) Ưu điểm, nhược điểm của PLC S7-1200 Ưu điểm Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn, thích hợp để lập trình cho nhiều ứng dụng khác nhau. Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản, sửa chữa và thay thế. Độ tin cậy cao, chuẩn hóa được thiết bị.
Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao. Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác. Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp. Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
Sử dụng tốt trong các loại môi trường như nhiệt độ, độ ẩm cao, dòng điện dao động,… Nhược điểm Giá thành phần cứng cao. Vì đây là một thiết bị công nghệ cao, tự động hóa cao nên giá trị sẽ cao hơn nhiều so với các lại thiết bị rơ le ON/OFF thông thường. Tuy nhiên hiện tại giá thành PLC đã giảm đáng kể như các dòng PLC Mitsubishi hoặc PLC Delta. Một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình.
Mỗi hãng có thiết kế 27 riêng vì thế chúng sẽ có sự khác biệt trong khâu lập trình hệ thống. Một số hãng sẽ kèm theo phần mềm, tuy nhiên cũng sẽ có một số hãng bán kèm để chúng ta sử dụng. Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao. Hầu hết những người sử dụng được PLC phải được đào tạo rất bài bản.
Họ phải được trang bị các kiến thức liên quan đến từng loại PLC của từng hãng khác nhau. Bởi vì mỗi hãng sẽ có phần mềm lập trình riêng nên để đào tạo thì cần một khoảng thời gian để có thể đảm nhiệm được công việc này.