CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 1.1 Khái quát một số mô hình phân loại sản phẩm hiện nay 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 hệ thống phân loại sản phẩm. Còn có 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 hình ảnh… vv. 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, màu sắc.
Về nước uống đóng chai (như bia, nước ngọt…) cần phân loại theo chiều cao, khối 5 lượng… Sau đây em sẽ liệt kê ra một số mô hình phân loại sản phẩm, đồng thời sẽ chỉ ra cấu tạo, nguyên lí hoạt động và ứng dụng từng mô hình vào công nghiệp.1 Phân loại sản phẩm theo màu sắc Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Cấu tạo: - Một băng chuyền - Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền - Cảm biến nhận biết màu sắc - Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm, xylanh còn lại dùng để đẩy sản phẩm ra băng chuyền - Bộ vi điều khiển dụng để xử lý tín hiệu và điều khiển động cơ - Các van đảo chiều - Các rơ le trung gian - Nút nhấn - Bộ phận giá đỡ. Nguyên lý hoạt động 6 Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp vào động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biết nhận biết màu sắc khác nhau.
Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ vi điều khiển xử lý và sau đó sẽ đưa tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứ riêng biệt. Ứng dụng Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng nhiều trong dây chuyền sản xuất gạch, ngói, đá Grantite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm nhựa…Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 7 Cấu tạo: - Băng chuyền. - Động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. - Ba cảm biến nhận biết chiều cao.
- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm. - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. - Ba van đảo chiều. - Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ - Nút nhấn. Nguyên lý hoạt động Khi nhấn Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền hoạt động. Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, đồng thời trên bộ PLC những bộ counter được người lập trình, lập trình sẵn sẽ tự động đếm sản phẩm khi một trong các cảm biến đưa tín hiệu về PLC.
Ứng dụng Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp: - Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, ngói. - Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả. - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát… 8 1.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng Cấu tạo: - Một băng chuyền - Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền - Hai cánh gạt sản phẩm để phân loại - Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera) - Nút nhấn - Các rơ le trung gian - Bộ vi điều khiển dùng xử lý tín hiệu và điều khiển động cơ - Bộ phận giá đỡ Nguyên lý hoạt động Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp vào động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ 9 đẩy sản phẩm ra băng chuyền.
Trên băng chuyền thiết kế các cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ vi điều khiển xử lý sau đó đưa tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt. Ứng dụng - Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp như: kiểm tra, phân loại sản phẩm có hình dạng khác nhau như: Gạch, ngói, thực phẩm tiêu dùng…vv - Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại nông sản. - Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.
Như vậy ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có hệ thống phân loại theo đặc tính của sản phẩm như: Phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước… Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại hay cảm biến camera phát hiện hình dạng vật thể). Mỗi loại hệ thống đều có những ưu nhược điểm khác nhau và được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp nên nhóm em quyết định làm về đề tài nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.2 Khái quát mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao 1.1 Mục tiêu đặt ra của mô hình Mục tiêu đặt ra là thiết kế: Hệ thống phân loại theo chiều cao có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ lắp đặt, bảo trì, sửa chữa. 10 Để đạt được nhưng mục tiêu này chúng ta cần thiết kế một mô hình cơ khí, điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động tự động. Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết.
Các vấn đề được giải quyết đó là: - Vấn đề về cơ khí: Phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thống số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ gọn, nhẹ bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa. - Vấn đề điều khiển: Điều khiển hoàn toàn tự động. - Vấn đề an toàn: Đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.2 Mô tả nguyên lý hoạt động của mô hình - Hệ thống phân loại sản phẩm sẽ phân loại sản phẩm theo 3 mức chiều cao: vật cao, vật cao trung bình, vật thấp. - Hệ thống gồm một băng tải để vận chuyển sản phẩm, trên băng tải có gắn 3 cảm biến tiệm cận đặt ở 3 vị trí khác nhau để xác định vật đi qua.
- Hệ thống sử dụng 3 xylanh để đẩy sản phẩm (vật cao, trung bình, thấp). Nếu là sản phẩm cao thì khi vật đi qua cảm biến tiệm cận 1 thì xylanh 1 sẽ đẩy sản phẩm cao xuống thùng 1. Nếu là sản phẩm trung bình thì khi vật đi qua cảm biến tiệm cận 2 thì xylanh 2 sẽ đẩy sản phẩm trung bình xuống thùng 2. Nếu là sản phẩm thấp thì khi vật đi qua cảm biến tiệm cận 3 thì xylanh 3 sẽ đẩy sản phẩm thấp xuống thùng.
- Số lượng của từng loại sản phẩm sẽ hiện lên màn hình HMI. - Có nút START để cho hệ thống hoạt động, nút STOP để dừng hệ thống, nút dừng khẩn cấp và nút RESET để reset các bộ đếm số lượng sản phẩm trên hệ thống. 11 Từ nguyên lý làm 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 trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều và thông qua bộ nguồn 24V. - Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao vật khác nhau.
Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén. Chu trình làm việc của hệ thống: Khi nhấn Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền hoạt động. Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình và thấp vào khay chứa tương ứng, đồng thời trên bộ PLC những bộ counter được người lập trình, lập trình sẵn sẽ tự động đếm sản phẩm khi một trong các cảm biến đưa tín hiệu về PLC.