Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu và đếm sản phẩm

Tìm hiểu hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo chất liệu và đếm chính xác. Giải pháp ứng dụng PLC, cảm biến và băng tải trong công nghiệp.

• Tác giả: Hoàng Minh Luân
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Vạn Quốc
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Theo Chất Liệu Và Đếm Sản Phẩm
• Loại tài liệu: Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống phân loại và đếm sản phẩm tự động

Hệ thống phân loại và đếm sản phẩm tự động bằng PLC (Programmable Logic Controller) là giải pháp công nghệ hiện đại trong lĩnh vực sản xuất và logistics. Hệ thống này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm sai sót thủ công và nâng cao hiệu suất làm việc. PLC đóng vai trò điều khiển chính, tích hợp các cảm biến và thiết bị thực thi để tạo ra dây chuyền tự động hoàn chỉnh. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dệt may, điện tử và sản xuất.

1.1. Khái niệm PLC trong hệ thống tự động

PLC là thiết bị điều khiển lập trình có khả năng xử lý thông tin từ nhiều cảm biến đồng thời. Nó sử dụng logic Boolean để ra quyết định và điều khiển các actuator. PLC có thể lưu trữ dữ liệu, thực hiện các phép tính phức tạp và giao tiếp với các hệ thống khác thông qua các giao thức công nghiệp.

1.2. Vai trò của hệ thống trong sản xuất hiện đại

Hệ thống tự động giúp tăng năng suất lên 300-400%, giảm chi phí nhân công và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất. Nó cũng giảm thiểu lỗi sai, tăng an toàn cho công nhân và cung cấp dữ liệu thời gian thực cho quản lý.

II. Cấu trúc và thành phần của hệ thống

Hệ thống phân loại và đếm sản phẩm bằng PLC bao gồm nhiều thành phần chính hoạt động điều hòa với nhau. Cấu trúc điển hình gồm khối điều khiển (PLC), khối cảm biến (sensors), khối thực thi (actuators) và giao diện người dùng (HMI). Mỗi thành phần có chức năng riêng nhưng phải tương tác chặt chẽ để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Việc lựa chọn đúng các thành phần phù hợp với ứng dụng cụ thể là yếu tố quyết định.

2.1. Khối điều khiển PLC

PLC là 'bộ não' của hệ thống, nhận tín hiệu từ cảm biến và ra lệnh điều khiển actuators. Các loại PLC phổ biến bao gồm compact PLC, modular PLC và controller nhúng. Chọn loại PLC phải xem xét độ phức tạp của ứng dụng, số lượng I/O, tốc độ xử lý và ngân sách.

2.2. Hệ thống cảm biến

Cảm biến quang học, cảm biến tiệm cận và cảm biến trọng lượng là những loại phổ biến. Chúng phát hiện sản phẩm, xác định vị trí và đo kích thước. Độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phân loại.

2.3. Thiết bị thực thi và giao diện HMI

Motor, van điện từ và xi lanh khí nén là thiết bị thực thi chính. HMI cung cấp giao diện giúp người dùng quan sát trạng thái hệ thống, thay đổi thông số và nhận cảnh báo lỗi trong thời gian thực.

III. Quy trình phân loại và đếm sản phẩm

Quy trình phân loại và đếm sản phẩm diễn ra theo trình tự logic được lập trình sẵn trong PLC. Sản phẩm đi vào hệ thống, cảm biến phát hiện và gửi tín hiệu cho PLC. PLC xử lý thông tin, so sánh với tiêu chí được định nghĩa, rồi ra lệnh điều khiển actuators để phân loại hoặc đếm sản phẩm. Toàn bộ quá trình tự động, nhanh chóng và chính xác. Dữ liệu được ghi nhận liên tục, tạo ra hệ thống quản lý thông tin toàn diện.

3.1. Bước phát hiện sản phẩm

Cảm biến quang học hoặc tiệm cận phát hiện sự có mặt của sản phẩm trên dây chuyền. Tín hiệu được gửi đến PLC với tần suất cao. PLC xác nhận sự có mặt và bắt đầu chu kỳ kiểm tra tiếp theo.

3.2. Bước phân loại theo tiêu chí

PLC so sánh các đặc trưng sản phẩm (kích thước, trọng lượng, màu sắc) với tiêu chí được lập trình. Nếu khớp tiêu chí loại A, hệ thống hướng sản phẩm sang đường A; tương tự cho các loại khác. Quá trình diễn ra liên tục với tốc độ cao.

3.3. Bước đếm và lưu trữ dữ liệu

Mỗi sản phẩm được đếm và phân loại sẽ được ghi nhận trong bộ nhớ PLC. Dữ liệu bao gồm số lượng theo từng loại, thời gian, và các thông tin liên quan. Có thể xuất báo cáo theo thời gian thực hoặc định kỳ.

IV. Ưu điểm và ứng dụng thực tế

Hệ thống phân loại và đếm sản phẩm bằng PLC mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với phương pháp thủ công. Hiệu suất tăng đáng kể, sai sót giảm xuống gần 0%, chi phí nhân công giảm tới 70%. Hệ thống có khả năng mở rộng, dễ bảo trì và nâng cấp. Ứng dụng thực tế bao gồm các nhà máy xử lý thực phẩm, dây chuyền sản xuất công nghiệp, trung tâm phân phối logistics, và các cơ sở sản xuất quy mô lớn.

4.1. Lợi ích kinh tế

Giảm chi phí vận hành, tăng sản lượng, giảm phế phẩm. ROI thường đạt được trong vòng 2-3 năm. Tự động hóa giảm chi phí nhân công nhưng tạo cơ hội việc làm mới trong bảo trì và quản lý hệ thống.

4.2. Ứng dụng trong các ngành

Ngành thực phẩm dùng để phân loại rau, quả, trứng. Ngành dệt may dùng để đếm và phân loại sản phẩm may mặc. Ngành điện tử dùng để kiểm tra và phân loại linh kiện. Logistics dùng để xử lý đơn hàng tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Khi một nhà máy sản xuất sản xuất ra những vật liệu, sản phẩm thì tất cả chúng sẽ được vận chuyển và phân loại theo đúng loại để được vận chuyển sử dụng cho từng mục đích riêng của chất liệu đó. Như sắt sẽ được đem đi xây dựng phục vụ cho quá trình xây dựng, chế tao mà chúng ta thấy được hằng ngày. Trong thời đại công nghệ 4.0 việc phân loại một thứ gì đó chúng ta đã có hệ thống tự động phân loại và không cần đề con người. Chúng được áp dụng các kĩ thuật hiện đại tiên tiến đạt mức độ chính xác gần như tuyệt đối mà không có sai sót.2 Phân loại sản phẩm trong lĩnh vực xây dựng Trong lĩnh vực xây dựng có rất nhiều yêu cầu khắt khe và khâu phân loại, sàn lọc sản phẩm quyết định một phần không nhỏ đói với quá trình sản xuất và bàn giao sản phẩm theo yêu cầu của mục đích sử dụng.

Hệ thống phân loại sản phẩm giúp các nhà máy sản xuất giảm bớt đi nhân công cũng như tăng khả năng sản xuất để đáp ứng được yêu cầu sản phẩm trước khi đến tay khách hàng. 1 Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Dưới góc nhìn của một sinh viên chuyên ngành tự động hóa nhóm chúng em thực hiện nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu phục vụ cho quá trình sản xuất đáp ứng các yêu cầu trong khâu phân loại vật liệu sản phẩm trong lĩnh vực khai thác và sản xuất với chi phí thấp nhưng năng suất, các yêu cầu kiểm soát hàng hóa vẫn đảm bảo, dễ dàng sử dụng và có thể ứng dụng không chỉ trong công nghiệp mà còn dùng cho dân dụng.4 Phương pháp và thiết bị nghiên cứu Dùng cảm biến và xilanh để nhận diện và phân loại sản phẩm theo đúng một quy trình. Các thiết bị được liên kế với nhau và được điều khiển thông qua một thiết bị xử lý trung tâm đó là PLC, để giúp cho hệ thống vận hành một cách tự động và đồng bộ với nhau.5 Khả năng triển khai ứng dụng, triển khai kết quả nghiên cứu Vấn đề về khí hậu và môi trường xung quanh là yếu đồ ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng. Để khắc phục những hạn chế này cũng như góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm chúng em đưa ra ý tưởng là áp dụng kỹ thuật để vận dụng vào hệ thống phân loại sản phẩm.

Và ứng dụng các cảm biến tiệm cận để điều khiển các tính năng nhận diện vật liệu khác nhau. Cùng với đó việc nghiên cứu sử dụng PLC ngày càng được quan tâm, nhất là trong tình quá trinh chuyển đổi công nghệ trong sản xuất, xây dựng. 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.

Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra đựợc các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống xylanh 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 vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. 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 vật liệu. Ngày nay với đồ án phân loại sản phẩm theo vật liệu dùng PLC được ứng dụng hầu hết ở mọi nơi.

Vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra có nhiều vật liệu khác nhau, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.6 Dự kiến những kết quả nghiên cứu của đề tài 1.Đóng góp về mặt khoa học, phục vụ công tác đào tạo: - Bổ sung thiết bị phục vụ cho công tác giảng dạy của nhà trường. - Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng điện trong sinh hoạt. Những đóng góp liên quan đến phát triển kinh tế: - Tiết kiệm chi phí điện năng, giảm chi phí nhân công. Những đóng góp về mặt xã hội (các giải pháp cho vấn đề xã hội): - Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng.Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu.

Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế cho từng cơ cấu. Thiết kế động học và sơ đồ nguyên lý của mô hình. Tính toán các thông số kỹ thuật. Hệ thống điều khiển.

Chế tạo mô hình và đánh giá.7 Giới thiệu mô hình phân loại sản phẩm theo chất liệu 1.1 Các hệ thống trong công nghiệp - Sử dụng cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, solenoid, xilanh, và băng tải. - Thông qua dữ liệu nhận được từ cảm biến để điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, xilanh 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG GIẢI PHÁP 2.1 Các giải pháp hiện tại 2.1 Phân loại sản phẩm tại xí nghiệp Hình 2. 1 Kiểu phân loại sản phẩm truyền thống bằng tay Trong công việc sản xuất hằng ngày ở các nhà máy hoặc hộ kinh doanh gia đình chúng ta vẫn hay bắt gặp hình ảnh các công nhân phải lựa chọn để phân loại các loại sản phẩm bằng tay, bằng chính sức của con người. Quy trình hoạt động: Đơn giản là người công nhân quan sát vật bằng mắt người và dùng tay lựa chọn để phân loại các sản phẩm mà công ty hoặc xí nghiệp yêu cầu để phục vụ cho mục đích của công ty.

Quá trình ấy dùng chính sức của con người hoàn toàn nên đôi khi có sai xót và cho ra năng xuất thấp kém chất lương so với mặt bằng chung hiện nay. 6 Ưu điểm: Tốn ít kinh phí đầu tư máy móc trang thiết bị hiện đại. Ít gây hại với môi trường xung quanh và hạn chế cao rủi ro nguy cơ an toàn điện và tay nạn lao động trong công ty, xí nghiệp. Nhược điểm: Năng xuất thấp, chậm phát triển cho doanh nghiệp.

Phải quản lý nhiều công nhân và cần có người giám sát trong lúc làm việc. Tốn nhiều kinh phí trả công cho người lao động.1 Giải pháp hệ thống phân loại sản phẩm của công ty Intech Nguyên lý hoạt động: • Các sản phẩm giờ đây sẽ được vận chuyển tự động trong một băng tải, được giám sát bằng các cảm biến. • Khi vật đi qua các cảm biến sẽ nhân diện được loại vật gì và sẽ truyền tín hiệu về bộ điều khiển trung tâm và có các xilanh khí nén phân loại thay cho bàn tay con người. • Quy trình làm việc hoàn toàn tự động và chính xác gần như tuyệt đối.

• Và có một màn hình hiển thị và đếm số sản phẩm đã được phân loại ra. 2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm Đầu băng tải: Sẽ có một vài công nhân đứng ở ngay đó để các vật liệu cần phân loại lên trên băng tải, băng tải sẽ tự động duy chuyển kéo các vật đi về phía trước. Cảm biến: Sẽ tự động hoạt động mà nhận diện loại vật liệu gì cần được phân loại. Xilanh: Sẽ đẩy các vật vào đúng ô cần phân loại bằng các solenoid đã kết nối với máy bơm khí nén.

- Các hệ thống phân loại sản phẩm thường được dùng trong các nhà máy xí nghiệp lớn, công ty, hộ kinh doanh gia đình. Ưu điểm chính: - Tiện lợi, dễ dàng sử dụng cho những người không hiểu biết về công nghệ từ trước. - Toàn bộ quá trình được điểu khiển và giám sát bằng hệ thống tự động được các kỹ sư lặp trình sẵn. 8 - Tăng cao năng suất lao động, giảm đáng kể số lượng công nhân trong công việc.

- Chính xác và an toàn cho người sử dụng cũng như môi trường làm việc. Công nghệ chính: - Nhận diện vật thể bằng cảm biến. - Điều khiển và giám sát thông qua thiết bị công nghệ tiên tiến.2 Về kinh tế • Đầu từ một lần dùng trong rất nhiều năm. • Giảm số lượng công nhân trong công việc.

• Tăng năng xuất cũng như lợi nhuận cho người sử dụng. • Cần bảo trì và thay thế thiết bị mới định kì.3 Về xã hội và môi trường • Hạn chế tiếp xúc mới con người. • Hệ thống là một quy trình khép kín không gây khói bụi, đặc biệt tất cả các thiết bị sử dụng đạt chuẩn công nghiệp, hoạt động liên tục với công suất tối đa, bền bỉ với thời gian. Nguyên tắc an toàn - bảo trì – tiếp xúc : Vì là môi trường công nghiệp có chứa hóa chất độc hại, nhiệt lượng cao, vật liệu nặng - sắc bén yêu cầu phải tuẩn thủ nghiêm ngặt nguyên tắc an toàn trong lao động là bắt buộc mang giày và quần áo bảo hộ lao động, đeo khẩu trang chuyên dụng để tránh hít phải khí độc, đặc biệt khi bảo trì hệ thống phải kiểm tra ngắt toàn bộ nguồn cung cấp điện cho hệ thống, giữ an toàn cho bản thân và đồng nghiệp.4 Giải pháp giám sát – điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bằng PLC Hình 2.

3 Cấu trúc điều khiển và giám sát bằng PLC Như đã trình bày ở trên, giải pháp của hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu. Bạn có thể ứng dụng nó không chỉ để phân loại vật liệu mà còn có thể phân loại theo chiều cao, theo màu sắc cũng như theo khối lượng. Điều khiển & giám sát: Xilanh, biến tần, băng tải, các cảm biến và bộ đếm sản phẩm.5 Giới thiệu tủ điện điều khiển hệ thống Tủ điện công nghiệp là thiết yếu của mọi công trình chúng đáp ứng điện với công suất lớn. Và có cấu trúc lớn so với các tủ điện nhỏ tại gia đình, có hệ thống kết 10 nối và các cấu trúc mạch điều khiển phức tạp.