Nghiên cứu chế tạo hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet - Đồ án tốt nghiệp Cơ Điện Tử

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo hệ thống sắp xếp hàng hóa tự động lên pallet. Khoa đào tạo chất lượng cao ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử.

• Người hướng dẫn: GVHD. Đồng Sĩ Linh
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet: Nghiên cứu & Chế tạo
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu:
• 1.2. Giới hạn đề tài:
• 1.3. Mục tiêu đề tài:
• 1.4. Bố cục các chương:
• 2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Hệ thống băng chuyền xếp hàng hóa lên pallet:
• 2.1.1. Tìm hiểu chung về hệ thống vận chuyển hàng hóa:
• 2.1.2. Tìm hiểu về băng chuyền sắp xếp hàng hóa lên pallet
• 2.1.3. Hệ thống cơ khí:
• 2.1.4. Mô hình tổng quan của hệ thống:
• 2.2. Bộ điều khiển PLC:
• 2.2.1. Nguyên lý hoạt động:
• 2.2.2. Cấu trúc chương trình:
• 2.3. Màn hình HMI:
• 2.3.1. Kết nối với bộ điều khiển:
• 3. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• 3.1. Các yêu cầu và thông số ban đầu của mô hình:
• 3.1.1. Thông số và yêu cầu kĩ thuật ban đầu của mô hình:
• 3.1.2. Tổng quan về mô hình hệ thống:
• 3.2. Tính toán, thiết kế cơ khí:
• 3.2.1. Trục vít – đai ốc bi:
• 3.2.2. Bộ truyền đai:
• 3.2.3. Phân tích lực:
• 3.3. Thiết kế phần điều khiển PLC:
• 3.3.1. Cấp xung cho động cơ step:
• 3.3.2. Lệnh phát xung tốc độ cao cho động cơ step:
• 3.3.3. Địa chỉ I/O của hệ thống:
• 4. CHƯƠNG IV: THI CÔNG
• 4.1. Thi công hệ thống sắp xếp sản phẩm lên pallet:
• 4.2. Giới thiệu các linh kiện:
• 4.2.1. Nhôm định hình 30x30 và 20x20:
• 4.2.2. Động cơ step 57BYGH76-401A:
• 4.2.3. Cơ cấu vít me đai ốc bi:
• 4.2.4. Đai dẫn động:
• 4.2.5. Rulo bọc cao su:
• 4.2.6. Bộ truyền đai:
• 4.2.7. Vòng đai HTD-345-3M:
• 4.2.8. Xi lanh khí nén PVN:
• 4.2.9. PLC FX2N-16MT:
• 4.2.10. Cáp lập trình PLC Mitsubishi USB-SC09-FX:
• 4.2.11. Mạch điều khiển động cơ bước TB6600:
• 4.2.12. Màn hình HMI Kinco MT4300C:
• 4.2.13. Cảm biến tiệm cận:
• 4.2.14. Công tắc hành trình Az-7141 và Az-7110:
• 4.2.15. Nguồn tổ ong 24V 5A:
• 4.3. Các cơ cấu chính của hệ thống:
• 4.3.1. Cơ cấu nâng hạ pallet:
• 4.3.2. Các cơ cấu sử dụng xi lanh:
• 4.3.3. Tổng quan về mô hình hoàn chỉnh:
• 4.3.4. Giao diện HMI giao tiếp người dùng:
• 5. CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Mô phỏng hệ thống:
• 5.1.1. Tạo khối dữ liệu với phần mềm MX OPC Server:
• 5.1.2. Mô phỏng hệ thống qua phần mềm Factory IO:
• 5.2. Thực nghiệm mô hình:
• 5.2.1. Xác định thời gian cảm biến nhận tín hiệu có hàng:
• 5.2.2. Xác định điểm rơi hàng:
• 5.2.3. Thiết lập vị trí tịnh tiến pallet:
• 6. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết quả đạt được:
• 6.2. Những hạn chế của đề tài:
• 6.3. Những hướng phát triển cho đề tài:
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH, BẢO TRÌ HỆ THỐNG

Tóm tắt

I. Hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet Vai trò then chốt

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, yêu cầu về tự động hóa dây chuyền sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết. Hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet, hay còn gọi là máy palletizer, nổi lên như một giải pháp chiến lược, đóng vai trò then chốt trong việc chuyển đổi và nâng cao hiệu quả sản xuất. Hệ thống này được thiết kế để tự động sắp xếp các sản phẩm, thùng carton, hoặc bao bì từ cuối dây chuyền sản xuất lên các tấm pallet theo một cấu hình được lập trình sẵn. Sự ra đời của công nghệ này không chỉ giải quyết bài toán về tốc độ và năng suất mà còn là một phần không thể thiếu trong các giải pháp logistics thông minh. Bằng cách thay thế sức người trong các công việc lặp đi lặp lại và nặng nhọc, hệ thống giúp giảm thiểu sai sót, đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm và tối ưu hóa không gian lưu trữ. Đây là nền tảng quan trọng cho việc xây dựng các nhà máy thông minh (smart factory), nơi các quy trình được kết nối và tự động hóa hoàn toàn, từ sản xuất đến lưu kho và vận chuyển.

1.1. Khái niệm và lợi ích của tự động hóa dây chuyền sản xuất

Tự động hóa dây chuyền sản xuất là việc ứng dụng công nghệ, máy móc và hệ thống điều khiển để thực hiện các công đoạn sản xuất mà không cần hoặc cần rất ít sự can thiệp của con người. Lợi ích chính của quá trình này là tăng năng suất vượt trội, giảm chi phí đầu tư hệ thống tự động trong dài hạn thông qua việc cắt giảm chi phí nhân công và giảm thiểu lỗi sản phẩm. Đồng thời, tự động hóa đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều và ổn định, nâng cao an toàn lao động bằng cách loại bỏ các công việc nguy hiểm. Trong tài liệu nghiên cứu, việc áp dụng PLC để điều khiển hệ thống là một minh chứng rõ ràng cho việc tự động hóa một công đoạn quan trọng, giúp doanh nghiệp đáp ứng kịp thời nhu cầu ngày càng tăng của thị trường.

1.2. Vai trò của máy palletizer trong việc tối ưu hóa kho bãi

Một máy palletizer hiệu quả đóng vai trò trung tâm trong việc tối ưu hóa kho bãi. Hệ thống này sắp xếp hàng hóa lên pallet một cách khoa học và chính xác, tạo ra các kiện hàng vững chắc, đồng đều về kích thước và trọng lượng. Điều này giúp tối đa hóa không gian lưu trữ theo chiều dọc, tận dụng hiệu quả diện tích nhà kho. Các kiện hàng được xếp chuẩn hóa cũng dễ dàng hơn cho việc quản lý, kiểm kê và vận chuyển bằng xe nâng hoặc các hệ thống kho tự động (AS/RS). Việc này trực tiếp cải thiện tốc độ luân chuyển hàng hóa, giảm thời gian chờ đợi và tăng hiệu quả tổng thể của chuỗi cung ứng.

II. Phá vỡ giới hạn Thách thức khi xếp hàng lên Pallet thủ công

Phương pháp xếp hàng lên pallet thủ công, dù phổ biến ở các doanh nghiệp vừa và nhỏ, nhưng lại tiềm ẩn nhiều thách thức và hạn chế cố hữu. Các vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến năng suất mà còn tác động trực tiếp đến chi phí vận hành và an toàn lao động. Quy trình bốc xếp hàng hóa thủ công phụ thuộc hoàn toàn vào sức lực và sự tập trung của công nhân, dẫn đến tốc độ không ổn định và dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như sức khỏe và tinh thần. Hơn nữa, việc phải nâng vác các vật nặng một cách lặp đi lặp lại trong thời gian dài gây ra các vấn đề về sức khỏe nghề nghiệp, tăng nguy cơ chấn thương và giảm hiệu suất làm việc. Những hạn chế này trở thành rào cản lớn khi doanh nghiệp muốn mở rộng quy mô sản xuất và cạnh tranh trong một thị trường đòi hỏi tốc độ và sự chính xác ngày càng cao.

2.1. Chi phí nhân công và những sai sót trong quy trình bốc xếp

Chi phí nhân công là một trong những khoản chi lớn nhất trong vận hành kho bãi. Việc duy trì một đội ngũ công nhân chỉ để thực hiện công việc bốc xếp lặp đi lặp lại là rất tốn kém. Bên cạnh đó, sai sót do con người là điều khó tránh khỏi. Công nhân có thể xếp sai quy cách, làm rơi vỡ hàng hóa, hoặc xếp không đủ chặt khiến kiện hàng bị đổ trong quá trình vận chuyển. Mỗi sai sót như vậy đều gây ra thiệt hại về tài chính, từ chi phí sản phẩm hỏng hóc đến chi phí xử lý và làm lại, ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận của doanh nghiệp.

2.2. Rủi ro về an toàn lao động và giới hạn về năng suất

Công việc bốc xếp hàng hóa thủ công tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động. Các chấn thương về lưng, vai, và cột sống là rất phổ biến. Môi trường làm việc có thể trở nên nguy hiểm nếu hàng hóa bị rơi hoặc các kiện hàng được xếp không ổn định. Ngoài ra, năng suất của con người có giới hạn. Một công nhân không thể duy trì tốc độ làm việc cao liên tục trong suốt ca làm việc. Điều này tạo ra một nút thắt cổ chai trong dây chuyền sản xuất, đặc biệt là với các dây chuyền có công suất lớn. Việc chuyển đổi sang hệ thống bốc xếp pallet tự động là giải pháp để phá vỡ những giới hạn này.

III. Phương pháp chế tạo hệ thống cơ khí cho máy xếp hàng tự động

Để xây dựng một hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet hiệu quả, việc nghiên cứu và chế tạo hệ thống cơ khí là bước nền tảng quyết định đến độ ổn định và chính xác của toàn bộ mô hình. Quá trình này đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng từ việc lựa chọn vật liệu, thiết kế khung sườn, đến việc tích hợp các cơ cấu truyền động. Tài liệu nghiên cứu cho thấy, khung của hệ thống được chế tạo từ nhôm định hình (cụ thể là loại 30x30 và 20x20), một lựa chọn thông minh nhờ trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng lắp ráp linh hoạt. Hệ thống cơ khí không chỉ bao gồm khung chính mà còn là sự kết hợp của nhiều thành phần quan trọng như băng tải cấp hàng, cơ cấu nâng hạ pallet và hệ thống xi lanh khí nén. Mỗi bộ phận đều được tính toán và lựa chọn cẩn thận để đảm bảo khả năng chịu tải, tốc độ vận hành và độ chính xác theo yêu cầu thiết kế.

3.1. Thiết kế khung và băng tải cấp hàng đảm bảo độ cứng vững

Khung hệ thống được thiết kế để chịu được tổng tải trọng của các cơ cấu và sản phẩm. Việc sử dụng nhôm định hình giúp giảm trọng lượng tổng thể mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cần thiết. Băng tải cấp hàng là bộ phận đầu vào, có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm đến vị trí sắp xếp. Trong mô hình nghiên cứu, băng tải sử dụng rulo bọc cao su và đai dẹt để tăng ma sát, tránh trơn trượt sản phẩm. Động cơ DC được lựa chọn để vận hành băng tải, cung cấp chuyển động liên tục và ổn định. Toàn bộ cụm này được tính toán để hoạt động đồng bộ với các cơ cấu khác, tạo thành một luồng di chuyển sản phẩm thông suốt.

3.2. Tính toán và lựa chọn cơ cấu truyền động chính xác

Cơ cấu nâng hạ pallet là một thành phần cốt lõi, quyết định khả năng xếp chồng nhiều lớp hàng hóa. Mô hình nghiên cứu đã sử dụng cơ cấu vít me - đai ốc bi (TBI SCR1610) kết hợp với động cơ bước (step motor 57BYGH76-401A). Sự kết hợp này cho phép biến đổi chuyển động quay từ động cơ thành chuyển động tịnh tiến lên/xuống của bàn nâng pallet một cách cực kỳ chính xác. Việc tính toán các thông số như bước ren, lực dọc trục và moment xoắn cần thiết đảm bảo cơ cấu hoạt động mượt mà, không bị kẹt và có đủ sức nâng toàn bộ kiện hàng.

3.3. Vai trò của xi lanh khí nén trong các cơ cấu chấp hành

Xi lanh khí nén đóng vai trò là cơ cấu chấp hành linh hoạt, thực hiện các nhiệm vụ như đẩy hàng, giữ hàng, chuyển hướng sản phẩm và cấp pallet. Tài liệu mô tả việc sử dụng các xi lanh tròn PVN với các hành trình khác nhau (250mm, 300mm) cho từng nhiệm vụ cụ thể. Ưu điểm của xi lanh khí nén là tốc độ phản ứng nhanh, cấu tạo đơn giản và chi phí hợp lý. Chúng được điều khiển bởi các van điện từ, nhận tín hiệu trực tiếp từ bộ điều khiển PLC, tạo ra các thao tác cơ học nhanh chóng và dứt khoát để định vị sản phẩm trước khi xếp xuống pallet.

IV. Bí quyết điều khiển hệ thống xếp hàng bằng PLC và HMI

Nếu hệ thống cơ khí là "cơ thể" thì bộ não điều khiển chính là yếu tố quyết định sự thông minh và hiệu quả của hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet. Trung tâm của bộ não này là bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller), cụ thể trong dự án là dòng Mitsubishi FX2N-16MT. PLC chịu trách nhiệm nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý logic theo chương trình đã được nạp và xuất tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, xi lanh. Quá trình lập trình robot công nghiệp cho hệ thống này đòi hỏi sự chính xác cao, đặc biệt là việc sử dụng các lệnh phát xung tốc độ cao để điều khiển động cơ bước. Để tăng cường khả năng tương tác và giám sát, màn hình HMI (Human Machine Interface) Kinco MT4300C được tích hợp, biến hệ thống trở thành một giải pháp hoàn chỉnh, dễ vận hành trong môi trường nhà máy thông minh.

4.1. Sử dụng bộ điều khiển PLC Mitsubishi làm trung tâm xử lý

Việc lựa chọn PLC Mitsubishi FX2N-16MT dựa trên độ tin cậy, tốc độ xử lý nhanh và khả năng hỗ trợ các lệnh chuyên dụng. PLC này có đủ số lượng ngõ vào/ra (I/O) để kết nối với toàn bộ cảm biến (cảm biến hồng ngoại, công tắc hành trình) và cơ cấu chấp hành của hệ thống. Lưu đồ giải thuật được thiết kế chi tiết, mô tả từng bước hoạt động của máy, từ khâu nhận sản phẩm, đếm số lượng, chuyển hướng, cho đến khi xếp đủ một lớp và hạ pallet. Chương trình PLC chuyển hóa lưu đồ này thành các dòng lệnh logic, đảm bảo hệ thống vận hành một cách tuần tự và chính xác.

4.2. Lập trình phát xung tốc độ cao điều khiển động cơ bước

Động cơ bước yêu cầu một chuỗi xung điện để quay chính xác theo từng góc. Để điều khiển cơ cấu nâng hạ pallet, chương trình PLC sử dụng lệnh phát xung tốc độ cao PLSR (Pulse Train Output). Lệnh này cho phép thiết lập tần số xung (quyết định tốc độ quay) và tổng số xung (quyết định quãng đường di chuyển). Theo tài liệu, chân Y0 của PLC được cấu hình để phát xung vị trí (PUL) và chân Y2 để điều khiển chiều quay (DIR). Việc lập trình chính xác các thông số này, kết hợp với driver điều khiển động cơ như TB6600, đảm bảo bàn nâng pallet di chuyển đúng vị trí mong muốn sau mỗi lớp hàng.

4.3. Xây dựng giao diện HMI giám sát cho nhà máy thông minh

Màn hình HMI Kinco MT4300C đóng vai trò là cầu nối trực quan giữa người vận hành và máy móc. Giao diện được thiết kế với các nút nhấn ảo (Start, Stop), khu vực hiển thị trạng thái hoạt động, số lượng sản phẩm đã đếm và các cảnh báo lỗi. Người vận hành có thể dễ dàng lựa chọn chế độ chạy tự động (Auto) hoặc thủ công (Manual) để kiểm tra từng cơ cấu. Việc giám sát toàn bộ quá trình qua HMI giúp phát hiện sự cố sớm và đơn giản hóa việc vận hành, là một yếu tố không thể thiếu của một giải pháp logistics thông minh hiện đại.

V. Ứng dụng kết quả thực nghiệm hệ thống bốc xếp tự động

Từ lý thuyết tính toán đến mô hình thực tế là một quá trình đòi hỏi sự tỉ mỉ trong thi công và hiệu quả trong thử nghiệm. Quá trình thi công mô hình robot xếp pallet bao gồm việc lắp ráp khung nhôm định hình, gắn kết các cụm cơ khí như băng tải, cơ cấu nâng hạ, và hệ thống xi lanh. Sau khi phần cứng hoàn thiện, hệ thống điện và điều khiển được kết nối theo sơ đồ đã thiết kế. Giai đoạn quan trọng nhất là mô phỏng và thực nghiệm. Mô phỏng trên phần mềm Factory IO cho phép kiểm tra logic chương trình PLC trong môi trường ảo, giúp phát hiện và sửa lỗi sớm. Quá trình thực nghiệm trên mô hình thật sau đó giúp hiệu chỉnh các thông số vật lý như thời gian trễ của cảm biến, điểm rơi của hàng hóa để hệ thống hoạt động chính xác và ổn định nhất.

5.1. Quy trình thi công và lắp ráp mô hình robot xếp pallet

Quy trình thi công được thực hiện theo từng bước. Đầu tiên, khung chính từ nhôm định hình 30x30 và 20x20 được lắp ráp để tạo nên bộ sườn vững chắc. Tiếp theo, các cụm cơ khí như băng tải cấp hàng (với động cơ DC và rulo), cơ cấu nâng hạ (với trục vít me bi và động cơ step) được lắp đặt vào các vị trí đã định sẵn. Hệ thống khí nén bao gồm các xi lanh và van điện từ được kết nối. Cuối cùng, tủ điện chứa bộ điều khiển PLC, nguồn tổ ong 24V, driver động cơ và relay được đấu nối hoàn chỉnh với các thiết bị ngoại vi, tạo thành một đơn vị chế tạo robot công nghiệp thu nhỏ.

5.2. Kết quả mô phỏng và hiệu chỉnh hệ thống trên Factory IO

Trước khi vận hành trên mô hình thật, chương trình PLC được kết nối với phần mềm mô phỏng Factory IO thông qua MX OPC Server. Môi trường ảo 3D này cho phép quan sát hoạt động của băng tải, cảm biến và các cơ cấu chấp hành một cách trực quan. Giai đoạn mô phỏng giúp kiểm tra tính đúng đắn của lưu đồ giải thuật, phát hiện các lỗi logic tiềm ẩn như điều kiện sai hoặc xung đột lệnh. Việc này giúp rút ngắn đáng kể thời gian hiệu chỉnh trên mô hình vật lý, giảm thiểu rủi ro va chạm hoặc hư hỏng thiết bị.

5.3. Đánh giá hiệu quả sau quá trình thực nghiệm và hiệu chỉnh

Thực nghiệm trên mô hình thật cho thấy hệ thống có khả năng sắp xếp các hộp hàng kích thước 15x10x5cm lên pallet theo nhiều chiều và nhiều lớp khác nhau, đúng với mục tiêu đề ra. Một số vấn đề phát sinh trong quá trình thử nghiệm, như xác định chính xác điểm rơi của hàng, đã được khắc phục bằng cách thêm các tấm chắn và hiệu chỉnh thời gian hoạt động của xi lanh. Kết quả cuối cùng chứng minh rằng mô hình hoạt động ổn định, đáp ứng được yêu cầu về một hệ thống bốc xếp pallet tự động cơ bản, là nền tảng vững chắc cho các hướng phát triển trong tương lai.

VI. Tương lai hệ thống xếp hàng pallet Hướng phát triển mới

Mô hình nghiên cứu và chế tạo hệ thống xếp hàng tự động lên Pallet đã đạt được những kết quả quan trọng, chứng minh tính khả thi của giải pháp. Tuy nhiên, đây mới chỉ là bước khởi đầu. Tương lai của công nghệ này nằm ở việc tích hợp các công nghệ tiên tiến hơn để tạo ra một hệ thống thông minh, linh hoạt và toàn diện hơn. Hướng phát triển không chỉ dừng lại ở việc cải tiến cơ cấu cơ khí mà còn mở rộng sang việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), thị giác máy tính (machine vision) và các cánh tay robot gắp hàng đa trục. Những cải tiến này sẽ giúp hệ thống có khả năng xử lý nhiều loại sản phẩm với kích thước khác nhau, tự động tối ưu hóa mẫu xếp và tích hợp liền mạch vào một giải pháp logistics thông minh quy mô lớn, góp phần thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.

6.1. Tiềm năng tích hợp cánh tay robot gắp hàng đa năng

Một trong những hướng phát triển rõ ràng nhất là thay thế các cơ cấu chấp hành bằng xi lanh và thanh trượt bằng một cánh tay robot gắp hàng công nghiệp 4 hoặc 6 trục. Robot có độ linh hoạt vượt trội, có thể gắp và đặt sản phẩm ở bất kỳ vị trí và góc độ nào trên pallet. Điều này cho phép tạo ra các mẫu xếp phức tạp và chắc chắn hơn, tối ưu hóa không gian pallet đến mức tối đa. Việc tích hợp robot cũng mở ra khả năng xử lý các sản phẩm có hình dạng không đồng nhất hoặc các sản phẩm dễ vỡ, điều mà hệ thống cơ khí hiện tại còn hạn chế.

6.2. Hướng tới giải pháp logistics thông minh và toàn diện

Trong tương lai, hệ thống bốc xếp pallet tự động sẽ không hoạt động độc lập mà là một phần của một hệ sinh thái logistics lớn hơn. Hệ thống có thể được tích hợp với xe tự hành (AGV) để tự động vận chuyển pallet đã xếp đầy đến khu vực kho hoặc khu vực xuất hàng. Bằng cách kết hợp với hệ thống quản lý kho (WMS), hệ thống có thể nhận lệnh trực tiếp về loại sản phẩm và số lượng cần xếp cho mỗi đơn hàng. Việc ứng dụng thị giác máy tính sẽ cho phép hệ thống tự nhận dạng sản phẩm, kiểm tra lỗi bao bì trước khi xếp, hướng tới một quy trình đóng gói cuối chuyền (end-of-line packaging) hoàn toàn tự động và thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề, đưa ra ý tưởng và nêu lên lý do chọn đề tài cũng như giới hạn của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 tập trung nói đến các cơ sở lý thuyết về: - Hệ thống cơ khí (hệ thống vận chuyển hàng hóa, hệ thống sắp xếp hàng hóa lên pallet). - Bộ điều khiển PLC như: nguyên lý hoạt động, cấu trúc chương trình. - Màn hình HMI: cách kết nối với bộ điều khiển Chương 3: Tính toán thiết kế Chương 3 trình bày về các thông số kỹ thuật, các yêu cầu của đề tài.

Thiết kế và tính toán hệ thống truyền động cơ khí, hệ thống bộ điều khiển PLC và xây dựng chương trình điều khiển. Ngoài ra, cũng trong chương này, nhóm sẽ phân tích lực tác động và thiết kế lưu đồ giải thuật cho hệ thống. Chương 4: Thi công Trong chương này, nhóm nghiên cứu đã mô tả cụ thể các loại cơ cấu cơ khí, quá trình thi công của một số chi tiết, các cơ cấu của hệ thống cũng như các linh kiện được sử dụng trong mô hình. Ngoài ra, nhóm còn mô tả các hệ thống truyền động, thiết kế giao diện HMI giao tiếp với người dùng.

Chương 5: Mô phỏng và thực nghiệm Chương 5 trình bày về việc mô phỏng các kết quả sau khi thi công thông qua phần mềm Factory IO. Tiếp theo, nhóm tiến hành thực nghiệm mô hình, tìm lỗi phát sinh, nhận định nguyên nhân và tìm ra hướng xử lý. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Liệt kê kết quả, vấn đề đã thực hiện được. Đánh giá về ưu điểm của hệ thống, nhược điểm, hạn chế còn tồn tại trong quá trình thực hiện đề tài.

Đưa ra các hướng phát triển của mô hình trong và tương lai. 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ĐỒNG SĨ LINH CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống băng chuyền xếp hàng hóa lên pallet: 2. Tìm hiểu chung về hệ thống vận chuyển hàng hóa: Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang phát triển mạnh mẽ. Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tận dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng hoá kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng.

Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng phát triển, hàng hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ đó đã nảy sinh cần có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những hạn chế của các kho hàng cũ. Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống vận chuyển hàng hóa, các hệ thống này rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện. Nhưng trong đó chủ yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị vận chuyển hàng là các máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho.

Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau: - Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa. - Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường để chung với nhau trong 1 kho). - Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau). - Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho.

Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm được nhân công Dưới đây là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc dỡ, vận chuyển cơ bản hiện nay : 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ĐỒNG SĨ LINH Hình 2.1: Thiết bị vận chuyển cơ bản 1 Hình 2.2: Thiết bị vận chuyển cơ bản 2 2.2 Tìm hiểu về băng chuyền sắp xếp hàng hóa lên pallet Băng chuyền sắp xếp sản phẩm là băng chuyền mà trong đó sản phẩm sẽ được sắp xếp lên pallet theo các phương, hướng khác nhau theo yêu cầu (nằm ngang, dọc, bao nhiêu lớp,.) Tùy theo yêu cầu sản xuất trong thực tế mà người ta phân ra các hình thức sắp xếp sản phẩm như sau: + Sắp xếp theo một chiều nhiều lớp. + Sắp xếp theo hai chiều nhiều lớp. + Sắp xếp theo nhiều chiều khác nhau nhiều lớp. Sau đây ta sẽ tìm hiểu sơ qua về từng kiểu phân loại đó: - Sắp xếp theo một chiều: sản phẩm sẽ được xếp theo một chiều lên pallet cho trước.

6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ĐỒNG SĨ LINH Hình 2.3: Sản phẩm xếp theo một chiều - Sắp xếp theo hai chiều: Sản phẩm sẽ được xếp theo hai chiều chiều lên pallet cho trước, tùy vào kích thước mà chúng ta có thể lập trình tối ưu diện tích được xếp.4: Sản phẩm xếp theo hai chiều - Sắp xếp theo nhiều chiều khác nhau: Hàng hóa sản phẩm sẽ được xếp theo nhiều chiều chiều lên pallet cho trước, tùy vào kích thước mà chúng ta có thể lập trình tối ưu diện tích được xếp hơn 2 cách trên.5: Sản phẩm xếp theo nhiều chiều khác nhau 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ĐỒNG SĨ LINH 2.3 Hệ thống cơ khí: Hệ thống cơ khí cơ bản là một băng chuyền hoạt động liên tục vận chuyển hàng đến điểm đặt cho trước, sử dụng các xi lanh chấp hành làm các cơ cấu chuyển hướng, đẩy, giữ hàng hóa. Số lượng hàng hóa có thể xếp 1 lần tùy thuộc vào đặc tính của hệ thống đó, kích thước của hộp hàng hóa là yếu tố quyết định tính quy mô của hệ thống. Thông thường việc sắp xếp hay vận chuyển hàng hóa sẽ do xe tự hành, xe nâng và cần nhân công để đảm nhận điều khiển chúng. Chúng di chuyển trong diện tích của nhà kho theo 2 trục, làm nhiệm vụ đưa hàng từ cổng nhập (nơi đóng gói) đến những ô trống (trên pallet) và lấy hàng từ những ô chứa hàng ra cổng xuất (kho lưu trữ).

Hệ thống sắp xếp hàng vận chuyển được các hộp, thùng có tải trọng thấp. Hệ thống này có tốc độ vận chuyển cũng như sắp xếp tương đối vừa đủ để bảo vệ hàng hóa bên trong và được thiết kế riêng theo yêu cầu đặc trưng của khách hàng.4 Mô hình tổng quan của hệ thống: Hình 2.6: Mô phỏng mô hình qua SolidWork 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ĐỒNG SĨ LINH 2.2 Bộ điều khiển PLC: Có rất nhiều bộ điều khiển trên thị trường để chúng ta sử dụng cho dự án của mình. Nhưng để sử dụng và thực hiện được cần đòi hỏi người thực hiện có kiến thức và kinh nghiệm. Trải qua đào tạo ở trường, nhóm đã chọn PLC làm bộ điều khiển cho cả hệ thống.1 Khái niệm: Bộ điều khiển khả trình PLC (Progammable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua 1 ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện các thuật toán đó bằng các mạch số.

Do có chương trình điều khiển bên trong nên PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt là dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. - Với PLC lập trình đơn giản, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. - Dễ dàng sửa chữa và thay thế. - Có độ ổn định cao trong môi trường công nghiệp.

- Hỗ trợ các kết nối thiết bị ngoại vi đa dạng thông qua các modules. Đặc biệc, PLC hỗ trợ giao tiếp mạng Ethenet. Đó là chuẩn giao tiếp được sử dụng nhiều trong các hệ thống mạng cục bộ.2 Nguyên lý hoạt động: PLC thực hiện các công việc của mình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp còn được gọi là 1 vòng quét.

Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ đầu vào đến miền nhớ I, sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của khối OB1. Sau khi thực hiện xong giai đoạn này, dữ liệu sẽ được chuyển từ miền nhớ Q ra các đầu ra số. Vòng quét sẽ kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông và kiểm tra trạng thái CPU.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động PLC 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ĐỒNG SĨ LINH Thời gian cần thiết để PLC thực hiện xong 1 vòng quét gọi là thời gian vòng quét (scan time).

Thời gian vòng quét không cố định mà phụ thuộc vào số lệnh phải thực hiện trong chương trình và khối lượng dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó. Như vậy, thời gian trễ để nhận tín hiệu, xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn thì tính thời gian thực của chương trình càng cao.3 Cấu trúc chương trình: Có thể lập trình cho PLC dưới 2 dạng khác nhau: - Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong 1 khối của bộ nhớ.

Loại này phù hợp với những bài toán nhỏ, đơn giản và khối được chọn luôn luôn là khối OB1. - Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia làm nhiều phần nhỏ và mỗi phần thực thi một nhiệm vụ riêng biệt. Các phần nhỏ này nằm trong các khối riêng biệt trong PLC. Hình thức lập trình này yêu cầu bài toán phức tạp, đa chức năng.3 Màn hình HMI: 2.1 Tổng quan: HMI là viết tắt của Human Machine Interface.

Một HMI mà chúng ta thường xuyên tiếp xúc đó là ở các trụ ATM, màn hình giao tiếp thông qua cảm ứng đó là HMI. Màn hình với nút bấm cho phép bạn thao tác chuyển tiền và rút tiền. Trong công nghiệp HMI là màn hình máy tính, để giám sát và điều khiển. Người vận hành hoặc nhân viên bảo trì có thể vận hành và giám sát máy từ HMI.

Chúng có thể bao gồm thông tin như nhiệt độ, áp suất, xử lý số liệu và vật liệu. Hay có thể dùng hiển thị mức chất lỏng, chất rắn trong các bể chứa, Silo, tanks công nghiệp. Một lợi ích khác của việc có HMI là các nhà máy và các khu công nghiệp có thể giám sát và kiểm soát nhiều máy móc hoặc thiết bị khác.