Đồ án HCMUTE: Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng mã vạch và điều khiển biến tần trong mạng CC-Link

Đồ án nghiên cứu hcmute hệ thống phân loại sản phẩm dùng đọc mã vạch và điều khiển biến tần trong mạng cc link, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán

• Tác giả: Lê Hữu Sơn
• Người hướng dẫn: Th.s Lê Hoàng Lâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Dùng Đọc Mã Vạch Và Điều Khiển Biến Tần Trong Mạng CC Link
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• SUMMARY
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Kế hoạch nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu PLC MELSEC-Q Mitsubishi
• 2.2. Sơ lược hệ thống
• 2.3. Các đối tượng sử dụng trong hệ thống
• 2.4. Mạng truyền thông CC link mitsubishi module QJ61BT11N
• 2.5. Động cơ không đồng bộ ba pha
• 2.6. Các thiết bị hỗ trợ
• 2.7. Tổng quan về các loại quét mã vạch
• 2.8. Van điện từ
• 2.9. Xy lanh khí nén
• 2.10. Giới thiệu phần mềm GX WORKS 2
• 2.11. Các thiết bị cơ bản dùng trong lập trình
• 2.12. Giới thiệu phần mềm GT Designer 3
• 2.13. Phần mềm GT SoftGOT2000
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 3.1. Tổng quan mô hình thực tế
• 3.2. Mục tiêu đề tài
• 3.3. Sơ đồ kết nối phần cứng
• 3.4. Cài đặt điều khiển cho biến tần FR E700
• 3.5. Thiết lập hoạt động JOG (chạy JOG)
• 3.6. Thiết lập tần số và chạy bằng Run, Stop
• 3.7. Thiết lập tần số 3 cấp tốc độ và chạy bằng mạch điều khiển
• 3.8. Cài đặt mạng truyền thông CC Link
• 3.9. Truyền dữ liệu giữa RX, RY, RWr, và RWw
• 3.10. Máy quét mã vạch Dataman 8050 series
• 3.11. Giải Thuật Điều Khiển
• 3.12. Chương trình điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHỮNG HẠN CHẾ
• 4.1. Kết quả đạt được
• 4.2. Hình ảnh mô hình khi đã hoàn thiện
• 4.3. Các hạn chế của đề tài
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Đánh giá và nhận xét
• 5.2. Về kết cấu cơ khí
• 5.3. Về phần đi dây
• 5.4. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch và điều khiển biến tần trong mạng CC-Link là một giải pháp hiện đại nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất. Hệ thống này sử dụng công nghệ mã vạch để nhận diện và phân loại sản phẩm một cách tự động. Việc áp dụng công nghệ mã vạch giúp tăng cường độ chính xác và hiệu suất trong quá trình quản lý sản phẩm. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu sai sót do con người gây ra. Theo nghiên cứu, việc sử dụng hệ thống tự động hóa trong sản xuất đã trở thành một xu hướng tất yếu trong ngành công nghiệp hiện đại.

1.1. Tầm quan trọng của phân loại sản phẩm

Phân loại sản phẩm là một yếu tố quan trọng trong quy trình sản xuất. Việc phân loại chính xác giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất. Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng mã vạch cho phép nhận diện nhanh chóng và chính xác các loại sản phẩm khác nhau. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí lao động. Hệ thống này cũng hỗ trợ quản lý kho hiệu quả hơn, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường.

II. Công nghệ mã vạch và ứng dụng

Công nghệ mã vạch đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ bán lẻ đến sản xuất công nghiệp. Hệ thống điều khiển tự động sử dụng mã vạch giúp nhận diện sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác. Khi sản phẩm được quét, dữ liệu sẽ được gửi đến PLC để xử lý. Sau đó, PLC sẽ điều khiển các thiết bị như biến tần và van điện từ để thực hiện các thao tác cần thiết. Việc này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn đảm bảo tính chính xác trong quy trình sản xuất.

2.1. Quy trình hoạt động của hệ thống

Quy trình hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm bắt đầu khi sản phẩm được đưa vào băng chuyền. Khi sản phẩm đi qua máy quét mã vạch, thông tin về sản phẩm sẽ được nhận diện và gửi đến PLC. PLC sẽ xử lý thông tin và gửi tín hiệu đến biến tần để điều khiển tốc độ băng chuyền. Đồng thời, tín hiệu cũng được gửi đến các van điện từ để thực hiện các thao tác phân loại sản phẩm. Hệ thống này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu sai sót do con người gây ra.

III. Lợi ích của hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng mã vạch và biến tần trong mạng CC-Link mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp. Đầu tiên, hệ thống giúp tăng cường hiệu suất sản xuất nhờ vào khả năng tự động hóa quy trình phân loại. Thứ hai, việc sử dụng mã vạch giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình phân loại, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Cuối cùng, hệ thống này còn giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí lao động và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

3.1. Tác động đến quy trình sản xuất

Việc áp dụng hệ thống phân loại sản phẩm tự động không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn cải thiện quy trình sản xuất tổng thể. Hệ thống này cho phép doanh nghiệp theo dõi và quản lý kho một cách hiệu quả hơn. Nhờ vào khả năng tự động hóa, doanh nghiệp có thể giảm thiểu thời gian chết và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Điều này không chỉ giúp tăng cường năng suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất, từ đó nâng cao lợi nhuận cho doanh nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò thiết yếu trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, cung cấp thông tin và nâng cao năng suất lao động. Qua quá trình khảo sát thực tế và các đợt thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp cũng như các doanh nghiệp sản xuất, nhóm tác giả nhận thấy dây chuyền tự động hóa đã được triển khai ở nhiều công đoạn vận chuyển bằng băng chuyền. Tuy nhiên, tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam, khâu phân loại sản phẩm đa số vẫn chưa được tự động hóa hoàn toàn mà phụ thuộc phần lớn vào sức lao động thủ công của con người.

Phương thức phân loại thủ công bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng trong môi trường sản xuất thực tế:

• Công việc đòi hỏi sự tập trung liên tục và mang tính chất lặp đi lặp lại kéo dài, khiến người lao động dễ mệt mỏi, dẫn đến sai sót và làm giảm độ tin cậy trong khâu phân loại.
• Đối với những sản phẩm đòi hỏi phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ hoặc các mã ký hiệu mã hóa mà mắt thường khó nhận biết nhanh chóng, việc phân loại thủ công dễ gây nhầm lẫn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín thương hiệu của doanh nghiệp.
• Mặc dù hệ thống phân loại tự động là giải pháp tất yếu, rào cản lớn nhất đối với các doanh nghiệp Việt Nam hiện nay là chi phí đầu tư ban đầu của các dây chuyền nhập ngoại rất cao, khiến việc ứng dụng thực tế còn hạn chế.

Từ thực tiễn nêu trên, đề tài "Hệ thống phân loại sản phẩm dùng đọc mã vạch và điều khiển biến tần trong mạng CC Link" được thực hiện nhằm xây dựng một mô hình phân loại tự động hóa có tính thực tiễn cao, chi phí hợp lý và phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác lập cụ thể như sau:

1. Tìm hiểu các thiết bị phần cứng công nghiệp và lựa chọn thiết bị phù hợp cho mô hình ứng dụng.
2. Thiết kế sơ bộ kết cấu phần cơ khí của hệ thống (băng tải, máng trượt, thùng chứa sản phẩm).
3. Tiến hành lập trình chương trình điều khiển PLC sử dụng phần mềm GX Works 2 (Motion CPU).
4. Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát HMI thông qua phần mềm GT Designer 3 và GT SoftGOT2000.
5. Thi công lắp ráp mô hình hoàn chỉnh gồm: các module PLC MELSEC-Q, biến tần, máy quét mã vạch công nghiệp, hệ thống cảm biến quang, cụm van điện từ, xy lanh khí nén, động cơ điện, băng tải dây đai cùng các máng dẫn và thùng chứa phân loại.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển khả trình PLC Mitsubishi dòng MELSEC-Q (Module nguồn Q61P-A1, CPU Q03UDV, Module ngõ vào số QX40, Module ngõ ra số QY40P, Module truyền thông CC-Link QJ61BT11N); Biến tần Mitsubishi FR-E700; Động cơ không đồng bộ ba pha xoay chiều; Thiết bị đọc mã vạch công nghiệp DataMan 8050 Series; Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4; Rơle trung gian Panasonic RT3S-24V (AY33002); Cơ cấu chấp hành khí nén (van điện từ, xy lanh khí nén, piston); Công nghệ mã vạch tiêu chuẩn EAN-8; Phần mềm kỹ thuật GX Works 2 và GT Designer 3.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình thực nghiệm tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai theo tiến độ 4 tháng (từ tháng 3/2019 đến tháng 6/2019, nghiệm thu và bảo vệ vào tháng 7/2019).

Bảng dưới đây tổng hợp tiến độ thực hiện đề tài theo công bố của nhóm tác giả:

Giai đoạn thời gian	Nội dung công việc nghiên cứu và thực hiện
Tháng 3/2019	Thu thập tài liệu kỹ thuật, tham quan thực tế dây chuyền sản xuất
Tháng 4/2019	Tổng hợp tài liệu, hoàn chỉnh đề cương chi tiết
Tháng 4 - Tháng 5/2019	Thiết kế và chế tạo mô hình phần cứng; nghiên cứu lập trình điều khiển PLC
Tháng 6/2019	Hoàn chỉnh luận văn, hiệu chỉnh và chạy thử nghiệm toàn bộ mô hình

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài dựa trên sự kết hợp đồng bộ giữa lý thuyết điều khiển tự động hóa công nghiệp, truyền thông mạng công nghiệp Fieldbus, kỹ thuật biến đổi điện năng và công nghệ thu thập dữ liệu tự động:

• Bộ điều khiển logic khả trình PLC MELSEC-Q (Mitsubishi): Thực hiện xử lý thuật toán theo chu kỳ quét tín hiệu ngõ vào, xử lý chương trình logic và xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra, thay thế hoàn toàn mạch rơle tiếp điểm truyền thống.
• Mạng truyền thông công nghiệp CC-Link (Control & Communication Link): Chuẩn mạng Fieldbus tốc độ cao phát triển bởi Mitsubishi Electric và quản lý bởi Hiệp hội Đối tác CC-Link (CLPA). CC-Link vận hành theo kiến trúc đường truyền Bus (chuẩn vật lý RS-485), sử dụng phương thức truyền thông thăm dò Broadcast polling, cho phép truyền nhận đồng thời tín hiệu I/O chu kỳ và dữ liệu tham số mạch hở.
• Lý thuyết điều tốc động cơ và biến tần nguồn áp (VSI): Nguyên lý điều khiển tần số nhằm thay đổi tốc độ quay của từ trường stator trong động cơ không đồng bộ ba pha ($n_1 = 60f_1/p$). Biến tần thực hiện chuyển đổi điện xoay chiều thành một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và mạch lọc trung gian ($C_f$, $L_f$), sau đó nghịch lưu thành điện xoay chiều 3 pha có tần số và điện áp biến thiên nhờ giàn van bán dẫn IGBT điều chế độ rộng xung (PWM).
• Lý thuyết mã vạch công nghiệp (EAN-8): Hệ thống mã hóa 1 chiều (1D barcode) thu nhỏ của hệ thống EAN-13, gồm 8 chữ số (chuỗi 7 chữ số dữ liệu và 1 số kiểm tra). Số kiểm tra ($C$) được tính toán nghiêm ngặt dựa trên quy tắc kiểm tra chẵn lẻ Modulo 10:

$$\text{Tổng} = 3 \times (a_1 + a_3 + a_5 + a_7) + 1 \times (a_2 + a_4 + a_6)$$

Số kiểm tra $C$ là phần bù để tổng này chia hết cho 10. Ví dụ từ tài liệu: với chuỗi 7 số "4234567", ta có phép tính: $3 \times (4+3+5+7) + 1 \times (2+4+6) = 3 \times 19 + 12 = 57 + 12 = 69$. Để chia hết cho 10, số kiểm tra bổ sung là 1, hình thành chuỗi mã EAN-8 hoàn chỉnh là "42345671".

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai theo các phương pháp kỹ thuật thực nghiệm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật phần cứng (manual) của Mitsubishi Electric, Cognex và các tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp; khảo sát các hệ thống phân loại sản phẩm trong nhà xưởng thực tế.
• Phương pháp thiết kế và thi công phần cứng: Tính toán chọn lựa linh kiện điện tử, khí nén, cơ cấu truyền động cơ khí; thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển; gia công khung băng tải đai, máng phân loại và tủ điện.
• Phương pháp lập trình và cấu hình mạng: Cấu hình thông số mạng truyền thông CC-Link trên phần mềm GX Works 2, phân bổ bản đồ bộ nhớ truyền thông (RX, RY, RWw, RWr); lập trình điều khiển tuần tự bằng ngôn ngữ Ladder; thiết kế giao diện vận hành, giám sát SCADA/HMI trên phần mềm GT Designer 3.
• Phương pháp thực nghiệm đo kiểm và hiệu chỉnh: Tiến hành thử nghiệm chạy không tải và có tải với các mẫu sản phẩm mang mã vạch EAN-8; khảo sát độ ổn định truyền thông CC-Link ở các cấp tốc độ; đo lường độ chính xác và thời gian đáp ứng của cảm biến vật cản hồng ngoại và xy lanh đẩy khí nén.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm thông số kỹ thuật chuẩn từ nhà sản xuất thiết bị (Mitsubishi Electric Automation, Cognex Corporation, Panasonic Industrial Devices) và số liệu đo kiểm thực nghiệm thu được trực tiếp trong quá trình vận hành mô hình tại phòng thí nghiệm.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm được thiết kế tích hợp hoàn chỉnh giữa cơ cấu cơ khí, hệ thống chấp hành khí nén, mạch động lực, mạch điều khiển PLC và mạng truyền thông trường CC-Link.

Bảng dưới đây thống kê các thiết bị và thông số kỹ thuật cốt lõi được tác giả lựa chọn và lắp đặt trong mô hình:

Khối chức năng	Tên thiết bị / Module	Thông số kỹ thuật ghi nhận trong văn bản
Bộ nguồn cấp PLC	Mitsubishi Q61P-A1	Nguồn vào: 100 - 240 VAC, 50/60 Hz; Công suất biểu kiến tối đa: 105 VA; Ngõ ra: 5 VDC - 5 A; Bảo vệ quá dòng: $\ge$ 5.5 A; Bảo vệ quá áp: 5 - 6 V
Khối xử lý trung tâm	CPU PLC Q03UDV	Tốc độ xử lý: 34 ns/lệnh LD; Bộ nhớ chương trình: 28k bước; RAM: 64 KB; ROM: 112 KB; Điểm ngõ vào/ra chương trình: 8192; Điểm ngõ vào/ra truy cập module: 4096; Cổng kết nối: USB, Ethernet RJ45, khe thẻ nhớ SD
Module ngõ vào số	Mitsubishi QX40	Số ngõ vào: 16 kênh; Điện áp định mức: 24 VDC; Dòng ngõ vào định mức: 4 mA; Dòng tiêu thụ: 50 mA (tất cả kênh ON); Cách ly quang; Chân chung: TB17 (cực dương)
Module ngõ ra số	Mitsubishi QY40P	Số ngõ ra: 16 kênh; Điện áp định mức: 12 - 24 VDC; Dòng tải ngõ ra: 10 mA; Dòng tiêu thụ: 65 mA (tất cả kênh ON); Cách ly quang; Chân chung: TB18 (cực âm)
Module truyền thông	Mitsubishi QJ61BT11N	Tốc độ truyền: 156 kbps, 625 kbps, 2.5 Mbps, 5 Mbps, 10 Mbps; Số trạm tối đa: 64 trạm; Điểm liên kết tối đa CC-Link Ver.2: RX/RY 8192 điểm, RWw/RWr 2048 điểm; Cấu trúc mạng: Bus (RS-485)
Biến tần điều khiển	Mitsubishi FR-E700	Dải công suất: 0.1 - 15 kW; Tần số ngõ ra: 0.2 - 400 Hz; Khả năng quá tải: 150% trong 60s, 200% trong 3s; Ngõ vào số: 7 cổng (24 VDC); Ngõ ra số: 5 cổng; Tích hợp cổng USB, hỗ trợ gắn card truyền thông CC-Link
Đầu đọc mã vạch	DataMan 8050 Series	Thiết bị quét mã vạch cầm tay công nghiệp; Đọc mã vạch 1D/2D; Truyền nhận dữ liệu về hệ thống điều khiển
Rơle trung gian	Panasonic RT3S-24V (AY33002)	Điện áp cuộn hút: 24 VDC; Dòng điện cuộn hút: 7.x mA; Điện áp chuyển mạch: 250 VAC hoặc 30 VDC; Tiếp điểm công tắc độc lập
Cảm biến nhận diện	E3F-DS30C4	Cảm biến vật cản hồng ngoại phát hiện vị trí phôi/sản phẩm trên băng chuyền
Chấp hành khí nén	Van điện từ và xy lanh	Van khí nén điều khiển điện 24 VDC phối hợp xy lanh khí nén đẩy sản phẩm vào các thùng chứa
Nguồn tổ ong phụ trợ	Nguồn Switching 24V	Điện áp vào: 110/220 VAC 50/60 Hz; Điện áp ra: 24 VDC; Công suất định mức: 120 W; Nhiệt độ làm việc: 0 - 60 °C
Thiết bị đóng cắt	Cầu dao tự động (CB)	Đóng ngắt bảo vệ ngắn mạch và quá tải; Khả năng cắt dòng ngắn mạch: 2.x kA; Dòng điện định mức: 5 A

Quy trình vận hành kỹ thuật của mô hình diễn ra tuần tự như sau:

• Sản phẩm gắn mã vạch EAN-8 được đặt trên băng tải dây đai do động cơ không đồng bộ ba pha kéo (thông qua biến tần FR-E700 điều khiển tốc độ).
• Khi sản phẩm đi qua vùng quét, đầu đọc mã vạch DataMan 8050 ghi nhận hình ảnh, giải mã chuỗi ký tự và truyền dữ liệu về bộ điều khiển PLC Q03UDV.
• Cảm biến quang hồng ngoại E3F-DS30C4 ghi nhận sự hiện diện và vị trí tức thời của sản phẩm trước các cơ cấu phân loại, gửi tín hiệu điện áp 24 VDC về kênh ngõ vào module QX40.
• CPU PLC Q03UDV thực hiện so khớp dữ liệu mã vạch đọc được với cơ sở dữ liệu phân loại đã được lập trình trên phần mềm GX Works 2.
• Khi điều kiện logic thỏa mãn, module ngõ ra số QY40P kích hoạt mức tín hiệu điều khiển đóng rơle Panasonic RT3S-24V, cấp nguồn làm tác động cuộn hút của van điện từ khí nén tương ứng.
• Piston của xy lanh khí nén duỗi ra với áp lực thích hợp để gạt/đẩy sản phẩm trượt theo máng nghiêng rơi vào đúng thùng chứa phân loại quy định.
• Toàn bộ trạng thái làm việc, tần số biến tần, tốc độ động cơ và số lượng sản phẩm được giám sát trực quan theo thời gian thực trên màn hình HMI thông qua phần mềm GT Designer 3 và GT SoftGOT2000.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu tự động hóa khâu phân loại sản phẩm trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt là giải pháp thay thế sức lao động thủ công tại các cơ sở vừa và nhỏ. Tác giả phân tích các phương pháp phân loại sản phẩm phổ biến trong thực tế (phân loại theo kích thước, màu sắc, khối lượng, mã vạch, hình ảnh), từ đó luận chứng cho việc lựa chọn công nghệ nhận dạng mã vạch kết hợp điều khiển biến tần trong mạng CC-Link. Chương này cũng công bố mục tiêu nghiên cứu cụ thể, 5 nhiệm vụ cần thực hiện, đối tượng nghiên cứu phần cứng/phần mềm, phương pháp luận nghiên cứu và bảng kế hoạch tiến độ thực hiện đề tài từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2019.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp nền tảng lý thuyết chuyên sâu và thông số kỹ thuật chi tiết của toàn bộ hệ thống:

• Hệ thống PLC MELSEC-Q Mitsubishi: Cấu tạo phần cứng, nguyên lý quét chương trình, thông số chi tiết của bộ nguồn Q61P-A1, CPU Q03UDV (tốc độ lệnh 34 ns/LD, dung lượng 28k bước lệnh), module ngõ vào số QX40 (16 ngõ vào 24VDC, cách ly quang) và module ngõ ra số QY40P (16 ngõ ra cách ly quang, chân chung âm TB18).
• Mạng truyền thông công nghiệp CC-Link: Giới thiệu cấu trúc mạng Fieldbus, thông số kỹ thuật module mạng QJ61BT11N (hỗ trợ 5 cấp tốc độ từ 156 kbps đến 10 Mbps, quản lý tối đa 64 trạm), cấu trúc liên kết Bus RS-485 và các vùng nhớ truyền thông Ver.2 (RX/RY 8192 điểm, RWw/RWr 2048 điểm).
• Lý thuyết máy điện và biến tần: Cấu tạo phần tĩnh (stator với các lá thép kỹ thuật điện 0,5 mm), phần quay (rotor dây quấn và rotor lồng sóc), nguyên lý sinh từ trường quay của động cơ không đồng bộ ba pha ($n_1 = 60f_1/p$); phân loại biến tần trực tiếp và gián tiếp; cấu trúc biến tần nguồn áp Mitsubishi FR-E700 (dải công suất 0.1 - 15 kW, tần số 0.2 - 400 Hz, quá tải 150%/60s và 200%/3s) cùng các chức năng điều khiển trên bảng điều khiển vận hành.
• Khí cụ điện và thiết bị hỗ trợ: Cấu tạo và thông số rơle trung gian Panasonic RT3S-24V (AY33002), thiết bị đóng cắt bảo vệ (CB dòng định mức 5A, dòng cắt 2.x kA), nguồn tổ ong 24V - 120W, cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4, van điện từ và xy lanh khí nén.
• Công nghệ nhận dạng tự động: So sánh phân tích chi tiết ưu điểm và nhược điểm giữa ba công nghệ: Barcode, QR Code và RFID. Phân tích nguyên tắc mã hóa, cấu trúc nhị phân các vạch bảo vệ (vạch trái 101, vạch trung tâm 01010, vạch phải 101) và thuật toán tính số kiểm tra của mã vạch tiêu chuẩn EAN-8. Giới thiệu đầu đọc mã vạch công nghiệp Cognex DataMan 8050 Series.
• Môi trường phần mềm công nghiệp: Giới thiệu phần mềm lập trình Ladder GX Works 2, phần mềm thiết kế giao diện HMI GT Designer 3 và phần mềm chạy giám sát HMI trên máy tính GT SoftGOT2000.

Chương 3: Thiết kế điều khiển và thi công mô hình

Chương 3 tập trung vào thiết kế kỹ thuật, sơ đồ đấu nối và giải thuật điều khiển mô hình thực tế:

• Xây dựng sơ đồ kết nối phần cứng chi tiết: Kết nối chân ngõ vào QX40 với cảm biến quang và nút ấn; kết nối chân ngõ ra QY40P với cuộn hút rơle Panasonic RT3S-24V để điều khiển van khí nén; sơ đồ nối dây động lực giữa nguồn cấp, biến tần FR-E700 và động cơ xoay chiều ba pha.
• Cài đặt tham số điều khiển cho biến tần Mitsubishi FR-E700: Thiết lập hoạt động chạy nhấp JOG, cấu hình chạy Run/Stop và thay đổi tần số bằng bảng điều khiển ngoài, thiết lập tham số tần số 3 cấp tốc độ thông qua mạch điều khiển (Bảng thông số Parameter cho biến tần FR-E700).
• Cài đặt và cấu hình mạng truyền thông CC-Link: Đấu nối cáp truyền thông chuyên dụng giữa module chủ QJ61BT11N và biến tần FR-E700; cài đặt công tắc số trạm và tốc độ truyền; cấu hình Network Parameter CC-Link trong GX Works 2; lập trình truyền nhận dữ liệu qua các vùng nhớ bit từ xa (RX, RY) và thanh ghi từ xa (RWw, RWr) để giám sát và ra lệnh cho biến tần.
• Tích hợp máy quét DataMan 8050 và cấu hình barcode trên phần mềm thiết kế.
• Xây dựng giải thuật điều khiển: Thiết lập lưu đồ thuật toán điều khiển toàn diện cho hệ thống, giải thuật xử lý chuỗi ký tự mã vạch đọc về từ DataMan 8050, thuật toán trễ thời gian tác động cơ cấu piston gạt sản phẩm và chương trình điều khiển hoàn chỉnh viết bằng ngôn ngữ Ladder trên GX Works 2 kết hợp giao diện HMI trên GT Designer 3.

Chương 4: Kết quả đạt được và những hạn chế

Chương 4 đánh giá kết quả nghiệm thu thực tế của đề tài và chỉ ra các mặt hạn chế:

• Kết quả phần cứng: Hoàn thiện lắp ráp kết cấu cơ khí mô hình thực tế gồm băng tải đai, máng trượt và thùng chứa sản phẩm sau phân loại; hoàn thiện tủ điện điều khiển với các đầu cos dây điện được bấm chắc chắn và đấu nối vào thanh domino, gắn kết hoàn chỉnh khối PLC MELSEC-Q, biến tần FR-E700, máy quét DataMan 8050, hệ thống cảm biến quang, van điện từ và xy lanh khí nén.
• Kết quả vận hành: Mô hình vận hành ổn định theo đúng giải thuật thiết kế; máy quét đọc chính xác mã vạch sản phẩm; dữ liệu được CPU PLC xử lý và điều khiển rơle kích van khí nén để xy lanh đẩy sản phẩm vào đúng máng phân loại; mạng CC-Link truyền nhận thông suốt, điều khiển biến tần thay đổi tốc độ động cơ kéo băng chuyền ổn định; giao diện GT Designer 3 hiển thị đầy đủ trạng thái hệ thống.
• Hạn chế của đề tài: Kết cấu cơ khí gia công còn ở mức mô hình thực nghiệm, độ trơn tru và thẩm mỹ của máng phân loại chưa cao; hệ thống đi dây điện tuy chắc chắn nhưng chưa được đi máng kín công nghiệp chuyên nghiệp; phạm vi thử nghiệm mới dừng lại ở việc đọc một số mẫu mã vạch EAN-8 định sẵn.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương 5 tóm kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, đánh giá kết quả đạt được đối chiếu với mục tiêu ban đầu:

• Đánh giá tổng thể: Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành toàn bộ khối lượng công việc đặt ra, từ việc tính toán chọn thiết bị, thiết kế cơ khí, đấu nối mạch điện, cấu hình mạng CC-Link đến lập trình điều khiển PLC và giao diện giám sát HMI.
• Đánh giá chi tiết: Đưa ra nhận xét cụ thể về kết cấu cơ khí (cần cải tiến độ vững chắc) và phần đi dây điện (cần quy hoạch gọn gàng hơn trong máng cáp công nghiệp).
• Hướng phát triển đề tài: Nâng cấp độ bền cơ khí của khung băng chuyền và máng trượt; nâng cao tính thẩm mỹ và tiêu chuẩn an toàn cho hệ thống tủ điện; mở rộng thuật toán để nhận dạng nhiều loại mã vạch công nghiệp phức tạp hơn (mã 2D, QR Code, Data Matrix); nghiên cứu tích hợp thêm hệ thống xử lý ảnh công nghiệp (Machine Vision) để phân loại sản phẩm kết hợp nhiều tiêu chí (màu sắc, kích thước, khuyết tật sản phẩm).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã chế tạo thành công một mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh, tích hợp đa công nghệ trong tự động hóa công nghiệp. Các kết quả kỹ thuật cụ thể bao gồm:

• Ứng dụng thành công hệ thống PLC Mitsubishi MELSEC-Q (CPU Q03UDV tốc độ 34 ns/LD, bộ nhớ 28k steps) kết hợp module mạng QJ61BT11N để quản lý và điều phối hoạt động phân loại sản phẩm.
• Thiết lập hoàn chỉnh mạng truyền thông công nghiệp CC-Link giữa PLC và biến tần Mitsubishi FR-E700, khai thác tối đa cấu trúc liên kết bus RS-485 và các vùng nhớ truyền thông từ xa (RX, RY, RWw, RWr), giúp hệ thống truyền thông ổn định ở tốc độ cao (lên đến 10 Mbps) và tối giản đáng kể số lượng dây dẫn kết nối tín hiệu so với phương pháp điều khiển truyền thống.
• Cấu hình điều khiển biến tần FR-E700 vận hành động cơ không đồng bộ ba pha kéo băng tải theo nhiều chế độ hoạt động: chạy JOG, chạy Run/Stop và chạy 3 cấp tốc độ thông qua tham số cài đặt và lệnh điều khiển từ mạng.
• Tích hợp đồng bộ thiết bị đọc mã vạch công nghiệp Cognex DataMan 8050 series vào hệ thống điều khiển; lập trình thuật toán giải mã và xử lý chuỗi ký tự chuẩn EAN-8 đưa về PLC để xuất tín hiệu kích hoạt rơle Panasonic RT3S-24V và cụm van khí nén, điều khiển xy lanh đẩy sản phẩm vào máng và thùng chứa chính xác theo chủng loại.
• Xây dựng hoàn chỉnh giao diện điều khiển và giám sát HMI trên nền tảng GT Designer 3 và mô phỏng trên GT SoftGOT2000, cho phép theo dõi trực quan trạng thái phân loại và hoạt động của các thiết bị chấp hành.

Đóng góp của đề tài được giáo viên phản biện (TS. Nguyễn Phan Thanh) ghi nhận và đánh giá chính thức qua phiếu nhận xét:

• Đồ án đạt khối lượng thực hiện đầy đủ vượt trội, xếp loại ở mức tốt.
• Giải pháp kỹ thuật đưa ra có tính mới và phương pháp nghiên cứu hoàn toàn phù hợp với chuyên ngành.
• Đề tài có tính ứng dụng thực tế cao, cung cấp một giải pháp khả thi cho các dây chuyền phân loại tự động hóa tại các doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được văn bản chỉ rõ:

• Về kết cấu cơ khí: Kết cấu khung băng chuyền, giá đỡ cơ khí, máng trượt và thùng chứa sản phẩm sau phân loại được gia công thủ công ở quy mô mô hình thí nghiệm, độ cứng vững và độ bền cơ học chưa đáp ứng tiêu chuẩn vận hành liên tục trong môi trường công nghiệp nặng.
• Về phần đi dây và tủ điện: Dù các đầu cos dây điện đã được bấm và siết vào thanh domino và thiết bị, hệ thống dây dẫn tín hiệu và dây động lực chưa được luồn hoàn toàn trong các máng ghen công nghiệp chuyên dụng, còn tiềm ẩn nguy cơ gây nhiễu điện từ giữa mạch động lực của biến tần và mạch tín hiệu điều khiển.
• Về phạm vi nhận dạng: Hệ thống mới tập trung phân loại dựa trên chuẩn mã vạch 1D dạng EAN-8 với các sản phẩm kích thước đồng nhất; chưa thực hiện kiểm nghiệm đối với các sản phẩm có bề mặt cong phức tạp hoặc mã vạch bị mờ, rách.

Hướng phát triển tiếp theo được nhóm tác giả xác định:

• Hoàn thiện và nâng cấp kết cấu cơ khí: Gia công khung băng tải và hệ thống máng trượt bằng vật liệu công nghiệp chịu mài mòn cao, thiết kế thêm cơ cấu giảm chấn tại các thùng chứa sản phẩm.
• Chuẩn hóa hệ thống điện: Bố trí lại toàn bộ tủ điện công nghiệp theo tiêu chuẩn phân tách triệt để giữa dây tín hiệu điều khiển và dây động lực, tăng cường chống nhiễu cho mạng CC-Link và các cảm biến.
• Mở rộng chức năng nhận dạng: Nâng cấp chương trình để đọc và xử lý nhiều định dạng mã khác nhau (QR Code, Data Matrix, Code 128) và nghiên cứu tích hợp camera xử lý ảnh công nghiệp để phân loại đa tiêu chí kết hợp giữa mã vạch, màu sắc và kích thước hình học.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp hoặc các nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến hệ thống PLC Mitsubishi dòng cao cấp MELSEC-Q.
• Kỹ sư thiết kế, bảo trì hệ thống điều khiển tự động hóa tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ cần tài liệu thực tế về phương thức kết nối, cấu hình thông số mạng truyền thông công nghiệp CC-Link giữa PLC và biến tần FR-E700.
• Những người nghiên cứu muốn tìm hiểu giải pháp tích hợp phần cứng giữa thiết bị quét mã vạch công nghiệp (DataMan 8050), hệ thống cảm biến quang, cơ cấu chấp hành khí nén và giao diện giám sát HMI GT Designer 3.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong đồ án bao gồm:

• Sơ đồ nguyên lý đấu nối chi tiết các chân I/O của module ngõ vào QX40, module ngõ ra QY40P và rơle trung gian Panasonic RT3S-24V với cuộn hút van điện từ khí nén.
• Bảng tham số cài đặt (Parameter) cho biến tần Mitsubishi FR-E700 để vận hành đa cấp tốc độ và chạy JOG.
• Quy trình thiết lập Network Parameter cho module mạng CC-Link QJ61BT11N trên phần mềm GX Works 2 và phương pháp ánh xạ bộ nhớ truyền thông từ xa (RX, RY, RWw, RWr).
• Phương pháp luận phân tích và thuật toán tính số kiểm tra của chuẩn mã vạch EAN-8.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối xử lý trung tâm PLC Mitsubishi Q03UDV sử dụng trong đề tài có những thông số kỹ thuật cốt lõi nào?

Theo số liệu công bố tại Chương 2, CPU PLC Q03UDV sở hữu tốc độ xử lý lệnh cơ bản đạt 34 ns/lệnh LD. Bộ nhớ chương trình có dung lượng 28k bước lệnh (steps), tiêu chuẩn RAM đạt 64 KB và tiêu chuẩn ROM đạt 112 KB. Về khả năng quản lý I/O, module hỗ trợ tối đa 8192 điểm thiết bị ngõ vào/ra trên chương trình (tương ứng dải địa chỉ Hex X/Y000 – 1FFF) và 4096 điểm ngõ vào/ra truy cập trực tiếp trên module phần cứng (dải địa chỉ Hex X/Y000 – FFF). CPU tích hợp cổng kết nối USB chuyên dụng, cổng mạng Ethernet RJ45 và khe cắm thẻ nhớ SD.

2. Module mạng CC-Link QJ61BT11N hỗ trợ các mức tốc độ truyền nào và quản lý tối đa bao nhiêu điểm dữ liệu?

Theo công bố trong đồ án, module truyền thông CC-Link QJ61BT11N hỗ trợ 5 mức tốc độ truyền dữ liệu có thể thiết lập bằng công tắc xoay phần cứng gồm: 156 kbps, 625 kbps, 2.5 Mbps, 5 Mbps và 10 Mbps. Khi đóng vai trò trạm chủ (Master Station), module quản lý tối đa 64 trạm kết nối trong mạng. Đối với hệ chuẩn CC-Link Ver.2, tổng số điểm liên kết tối đa trên toàn hệ thống đạt 8192 điểm I/O từ xa (RX, RY) và 2048 điểm thanh ghi từ xa (RWw, RWr), vận hành theo cấu trúc đường truyền Bus chuẩn giao tiếp RS-485.

3. Thuật toán tính số kiểm tra (check digit) của mã vạch EAN-8 được thực hiện như thế nào theo ví dụ trong đồ án?

Trong đồ án, mã vạch EAN-8 gồm chuỗi 7 chữ số dữ liệu và 1 số kiểm tra ở cuối. Quy tắc tính số kiểm tra dựa trên Modulo 10: lấy tổng các chữ số ở vị trí lẻ (tính từ trái sang phải: số thứ 1, 3, 5, 7) nhân với trọng số 3, cộng với tổng các chữ số ở vị trí chẵn (số thứ 2, 4, 6) nhân với trọng số 1. Với chuỗi mẫu "4234567", ta có: $3 \times (4+3+5+7) + 1 \times (2+4+6) = 3 \times 19 + 12 = 69$. Để tổng này chia hết cho 10, giá trị cần bổ sung là 1 (vì $69 + 1 = 70$). Do đó, số kiểm tra là 1 và chuỗi mã vạch hoàn chỉnh được tạo thành là "42345671".

4. Biến tần Mitsubishi FR-E700 được cấu hình các chế độ vận hành nào trong mô hình?

Biến tần FR-E700 được cấu hình để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha kéo băng chuyền với các chế độ:

• Chế độ chạy nhấp (JOG): Phục vụ kiểm tra, căn chỉnh cơ khí và bảo trì hệ thống.
• Chế độ điều khiển Run/Stop và thay đổi tần số: Thực hiện thông qua bảng điều khiển ngoài hoặc lệnh truyền thông.
• Chế độ 3 cấp tốc độ: Cài đặt thông qua mạch điều khiển các ngõ vào số và bảng tham số (Parameter), cho phép thay đổi vận tốc băng chuyền tương ứng với từng giai đoạn quét mã và đẩy sản phẩm.
• Chế độ điều khiển qua mạng CC-Link: Kết nối với module chủ QJ61BT11N để nhận lệnh điều khiển và phản hồi trạng thái hoạt động về PLC.

5. Module ngõ vào QX40 và ngõ ra QY40P có đặc tính điện áp và phương thức đấu nối ra sao?

Căn cứ nội dung Chương 2:

• Module ngõ vào số QX40 gồm 16 ngõ vào cách ly quang, điện áp định mức 24 VDC, dòng định mức 4 mA/kênh, dòng tiêu thụ nội 50 mA. Điểm đấu nối gồm 18 chân, trong đó chân TB17 là chân chung nối nguồn dương (ngõ vào dạng Sink).
• Module ngõ ra số QY40P gồm 16 ngõ ra cách ly quang, điện áp làm việc từ 12 đến 24 VDC, dòng định mức 10 mA/kênh, dòng tiêu thụ nội 65 mA. Chân TB18 là chân chung nối cực âm (ngõ ra dạng Source/Transistor).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống phân loại sản phẩm dùng đọc mã vạch và điều khiển biến tần trong mạng CC Link" của hai sinh viên Lê Hữu Sơn và Phùng Huy Hoàng đã giải quyết trọn vẹn bài toán tự động hóa quy trình phân loại sản phẩm quy mô vừa và nhỏ. Bằng việc kết hợp hệ điều khiển PLC Mitsubishi MELSEC-Q, mạng truyền thông công nghiệp CC-Link, biến tần FR-E700 và đầu đọc mã vạch công nghiệp Cognex DataMan 8050, nhóm tác giả đã chế tạo thành công một mô hình thực nghiệm hoạt động ổn định và có độ chính xác cao. Đề tài không chỉ hoàn thành xuất sắc các mục tiêu thiết kế phần cứng, thi công điện khí nén và lập trình điều khiển SCADA/HMI mà còn cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật có giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử và Tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…. do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm.

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra.

Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới 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 là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam.

Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc. Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có 1 do an hệ thống phân loại sản phẩm. Còn rất nhiều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Phân loại sản phẩm theo kích thước, Phân loại sản phẩm theo màu sắc, Phân loại sản phẩm theo khối lượng, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân loại sản phẩm theo mã vạch , Phân loại sản phẩm theo hình ảnh v.v… Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nhau nên có nhiều thuật toán, hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau. Ví dụ như muốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống (như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân loại gạch granite theo hình ảnh v.v… Phân loại sản phẩm dựa vào mã vạch của sản phẩm: sử dụng máy quét mã vạch phân loại sản phẩm sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu máy quét mã vạch nhận biết đượcc sản phẩm thuộc loại nào sẽ được phân loại.

Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước. Nên em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình Hệ thống Phân Loại Sản Phẩm dùng đầu đọc mã vạch và điều khiển biến tần trong mạng CC Link, vì nó rất gần gũi với thực tế và trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn. Nội dung nghiên cứu: Các mục tiêu được đưa ra sau khi xác định được đối tượng, chủ thể, giới hạn nghiên cứu để tiến hành định hướng cho việc thực hiện đề tài. Mục tiêu cụ thể của đề tài như sau:  Tìm hiểu các thiết bị và lựa chọn thiết bị phù hợp cho mô hình ứng dụng.

 Thiết kế sơ bộ kết cấu phần cơ khí.  Tiến hành lập trình chương trình điều khiển PLC sử dụng phần mềm: GX work2 (Motion CPU) 2 do an  Thiết kế giao diện giám sát HMI bằng phần mềm GT Designer3 , GT SoftGOT  Lắp ráp mô hình : Các modul PLC , Biến tần , Máy quét mã vạch , Cảm biến , Van điện từ , Xy lanh khí nén , Băng tải , Động cơ , các thùng và máng đưa sản phẩm đã phân loại 1. Phương pháp nghiên cứu - Để thực hiện đề tài nhóm đã tham khảo máy móc ngoài thực tế, xem các mô hình trên internet và dựa trên những yêu cầu thực tế, sự tư vấn từ các thế hệ trước nhóm xây dựng mô hình đáp ứng yêu cầu đó. - Tiến trình thực hiện như sau:  Đề ra mục tiêu, hướng đi cho từng phần của hệ thống (phần cơ khí và phần điện).

 Tham khảo, nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu mô hình thực tế về phần cơ cũng như phần điện, luôn theo sát sự hướng dẫn từ thầy hướng dẫn.  Thiết kế và lắp ráp hệ thống hoàn chỉnh: phần cơ trước, phần điện sau.  Lập trình hệ thống điều khiển và giám sát, vẽ sơ đồ cho toàn bộ hệ thống từ điện đến cơ khí.  Tiến hành thử nghiệm các tọa độ / tốc độ mong muốn khi gặp, đọc mã vạch xử lý và đẩy sản phẩm.

 Cuối cùng hoàn chỉnh toàn bộ hệ thống. Đối tượng nghiên cứu  Bộ nguồn Q61P-A1.  PLC Mitsubishi Q03UDVCPU  Module ngõ vào QX40  Module ngõ ra QY40P.  Biến tần Mitsubishi FR E700  Phần mềm GX Work2 lập trình PLC.

 Phần mềm GT Designer3  DataMan 8050 Series Handheld Barcode Reader 3 do an 1. Kế hoạch nghiên cứu Bảng 1. Kế hoạch nghiên cứu Thời gian (tháng) 3 4 5 6 Nội dung nghiên cứu 1.Thu thập tài liệu , tham quan X X 2.Tổng hợp tài liệu, hoàn chỉnh đề X cương 3.Thiết kế và chế tạo mô hình.Nghiên cứu lập trình điều khiển X X 5.Hoàn chỉnh luận văn , hiệu chỉnh mô X hình 4 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu PLC MELSEC-Q Mitsubishi PLC Melsec-Q là bộ điều khiển logic được dùng để thực hiện thuật toán thông qua một ngôn ngữ lập trình và có khả năng thay thế mạch rơle tiếp điểm trong thực tế.

Có thể điều khiển phối hợp PLC CPU (cơ bản và nâng cao), Motion, Process Controllers và ngày cả PC vào hệ thống duy nhất lên đến bốn CPU khác nhau.  Những ưu điểm của PLC:  Thiết kế nhỏ gọn, độ bền cao, ít tốn kém.  Hạn chế số lượng dây đấu nối.  Ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận.

 Có chức năng tự kiểm tra và báo vị trí lỗi.  Ứng dụng nhanh cho các hệ thống có cùng nguyên lý.  PLC Melsec-Q rất linh động và phân cấp trong việc lập trình điều khiển, giúp cho người sử dụng có thể điều khiển đơn giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần cứng.  Thành phần cơ bản của PLC:  Bộ nguồn: cấp nguồn cho các module.

 CPU: xử lý tín hiệu thông qua chương trình  Các ngõ vào/ra: gồm ngõ vào/ra số và tương tự. Ngõ vào nhận tín hiệu từ cảm biến, công tắc, … Ngõ ra dùng để điều khiển thiết bị ngoại vi.  Các cổng/module truyền thông: dùng để giao tiếp giữa PLC với màn hình HMI hoặc giữa các PLC với nhau.  Nguyên lý hoạt động: Chương trình do người dùng đặt sẵn trong PLC sẽ liên tục quét lần lượt các tín hiệu ngõ vào và xử lý các tín hiệu đó để điều khiển ngõ ra.

Mô đun ngõ vào Bộ điều khiển Mô đun ngõ ra (Cảm biến, nút nhấn,. Sơ đồ nguyên lý PLC 5 do an 2. Sơ lược hệ thống Hình 2. Tổng quan sơ lược hệ thống 2.

Các đối tượng sử dụng trong hệ thống 2. Bộ nguồn Q61P-A1  Cấu trúc phần cứng: Hình 2. Bộ nguồn Q61P (nguồn internet) Bảng 2. Tên các phần của bộ nguồn Q61P-A2 Số Tên Chức năng thứ tự 1 Power led Đèn báo trạng thái hoạt động của nguồn.

6 do an 2 ERR terminal Bật khi toàn hệ thống vận hành bình thường. Tắt khi xuất hiện một lỗi dừng trong mô-đung CPU 3 FG terminal Chân nối đất với khung tấm chắn trên bảng in 4 LG terminal Chân chống nhiễu. 5 Power input internals Cấp điện áp cho bộ nguồn.5x7 7 Terminal cover Vỏ bảo vệ của khối thiết bị.  Thông số kỹ thuật:  Nguồn cấp đầu vào: 100 - 240 VAC  Công suất biểu kiến tối ta: 105 VA  Tần số định mức đầu vào: 50/60Hz  Dòng điện định mức ngõ ra (ứng với 5VDC): 5A  Bảo vệ quá dòng (ứng với 5VDC): 5.5A hoặc lớn hơn  Bảo vệ quá áp: 5 đến 6V 2.

Module Q03UDV (PLC CPU)  Cấu trúc phần cứng: 7 do an Hình 2. Module CPU Q03UDV (nguồn internet) Bảng 2. Tên các phần của mô đun Q03UDVCPU Số Tên Chức năng thứ tự 1 Module fixing hook Sử dụng để chỉnh mô đun 2 Mode led Đèn báo chế độ của mô đun CPU. 3 Run led Đèn báo hoạt động của mô đun CPU.

4 Err led Đèn báo lỗi. 5 User led Đèn hiển thị thông báo người dùng. 6 Bat led Đèn hiển thị trạng thái pin. 7 Boot led Đèn báo hiệu khởi động.

8 Sd Card led Đèn báo led thẻ SD 9 Trình bày số liên Hiển thị số serial ghi trên tấm giá. tiếp 8 do an 10 Khe thẻ nhớ SD Khe cắm cho thẻ nhớ SD 11 Công tắc khóa thẻ Tác động để vô hiệu hóa quyền truy cập nhớ SD vào một thẻ nhớ SD 12 Công tắc RUN: Thực hiện hoạt động chương trình RUN/STOP/RESET một cách tuần tự, STOP: Dừng hoạt động chương trình một cách tuần tự. RESET: Reset lại phần cứng.