Đồ án: Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm theo mã QR Code - ĐH Hutech

Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm tự động bằng mã QR code. Đồ án ngành tự động hóa, trình bày chi tiết về thiết kế, lập trình PLC và vận hành.

• Tác giả: Hà Thế Vinh
• Người hướng dẫn: T.S Nguyễn Trọng Hải
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Mô Hình Đóng Gói Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Mã QR Code
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Mô hình Đóng gói và Phân loại Sản phẩm bằng QR Code

Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm theo mã QR code là một giải pháp tự động hóa hiện đại trong ngành sản xuất và logistics. Hệ thống này kết hợp công nghệ nhận diện hình ảnh với điều khiển PLC để tự động phân loại sản phẩm dựa trên thông tin được mã hóa trong mã QR code. Đây là đề tài đồ án tốt nghiệp của sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa tại Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh. Mô hình này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình xử lý sản phẩm. Ứng dụng công nghệ tự động hóa trong đóng gói và phân loại sản phẩm đã trở thành xu hướng không thể tránh khỏi trong các doanh nghiệp hiện đại.

1.1. Khái niệm về Mã QR Code và Ứng dụng

Mã QR code (Quick Response Code) là một hình thức mã hóa hai chiều cho phép lưu trữ thông tin lớn và được quét nhanh chóng. Trong hệ thống tự động hóa, mã QR code được sử dụng để lưu trữ các thông tin sản phẩm như mã hàng, loại sản phẩm, ngày sản xuất, hạn sử dụng. Hệ thống nhận diện mã QR qua camera và xử lý dữ liệu để hướng dẫn các cơ cấu phân loại hoạt động một cách chính xác và hiệu quả.

1.2. Tầm Quan trọng của Tự động hóa trong Sản xuất

Tự động hóa sản xuất giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Mô hình đóng gói tự động sử dụng điều khiển PLC cho phép điều hành quá trình một cách liên tục và ổn định. Việc áp dụng công nghệ QR code trong phân loại sản phẩm giúp loại bỏ lỗi thủ công và tối ưu hóa quy trình sản xuất hiện đại.

II. Cấu Trúc Hệ Thống Đóng gói và Phân loại Sản phẩm

Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm được thiết kế với các cơ cấu chuyên biệt hoạt động phối hợp để thực hiện quy trình sản xuất tự động. Hệ thống bao gồm nhiều thành phần cơ khí, điện, và điều khiển được tích hợp với nhau. Bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX5U là trái tim của hệ thống, điều phối toàn bộ hoạt động của các cơ cấu. Hệ thống được trang bị camera xử lý ảnh để nhận diện mã QR code trên sản phẩm, từ đó quyết định loại sản phẩm và hướng chúng đến vị trí phân loại thích hợp. Thiết kế này đảm bảo hiệu suất hoạt động cao và độ chính xác trong phân loại sản phẩm.

2.1. Cơ Cấu Băng Tải và Vận Chuyển

Cơ cấu băng tải là phần chịu trách nhiệm vận chuyển sản phẩm qua các công đoạn khác nhau. Hệ thống sử dụng 2 băng tải để đảm bảo dòng sản phẩm liên tục. Cảm biến quang được đặt chiến lược trên băng tải để phát hiện sự hiện diện của sản phẩm. Điều này cho phép bộ điều khiển PLC biết vị trí sản phẩm và kích hoạt các cơ cấu tiếp theo một cách đồng bộ.

2.2. Cơ Cấu Đóng Nắp và Phân Loại

Cơ cấu đóng nắp sử dụng xylanh thủy lực hoặc khí nén để đóng nắp sản phẩm. Hệ thống bao gồm 4 xylanh đơn và 1 xylanh kép điều khiển bởi 6 solenoid valve. Cơ cấu phân loại hoạt động dựa trên thông tin được nhận diện từ mã QR code, hướng sản phẩm vào các giải pháp lưu trữ khác nhau. Hút chân không được sử dụng để nâng và đặt sản phẩm một cách an toàn.

III. Quy Trình Nhận Diện và Xử Lý Mã QR Code

Quy trình nhận diện mã QR code là yếu tố quan trọng nhất trong hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Khi sản phẩm đến vị trí nhận diện, camera xử lý ảnh sẽ chụp hình mã QR và gửi dữ liệu đến bộ điều khiển PLC. Phần mềm GX Works3 được sử dụng để lập trình logic điều khiển, xử lý dữ liệu từ camera và đưa ra quyết định phân loại. Thuật toán nhận diện hình ảnh sẽ giải mã thông tin từ mã QR và gửi tín hiệu điều khiển đến các solenoid valve. Quy trình này diễn ra nhanh chóng và chính xác, đảm bảo tỷ lệ nhận diện cao và lỗi phân loại tối thiểu.

3.1. Hệ Thống Camera và Xử Lý Ảnh

Camera xử lý ảnh được tích hợp trong hệ thống để nhận diện mã QR code trên sản phẩm. Camera này kết nối với bộ xử lý có khả năng phân tích ảnh số và trích xuất dữ liệu từ mã QR. Độ phân giải cao của camera đảm bảo việc nhận diện chính xác ngay cả khi sản phẩm di chuyển. Phần mềm xử lý ảnh sử dụng các thuật toán tiên tiến để xác định loại sản phẩm dựa trên nội dung mã QR.

3.2. Lập Trình PLC và Logic Điều Khiển

Bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX5U là trung tâm xử lý của hệ thống. Phần mềm GX Works3 được sử dụng để viết chương trình điều khiển logic, xử lý tín hiệu từ cảm biến, camera, và điều hành các solenoid valve. Logic điều khiển được thiết kế để đảm bảo sự phối hợp đúng đắn giữa các cơ cấu, từ vận chuyển, nhận diện, đóng nắp đến phân loại sản phẩm.

IV. Ưu Điểm Hạn Chế và Hướng Phát Triển Tương Lai

Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm theo mã QR code mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như tự động hóa cao, độ chính xác tốt, giảm lỗi thủ công, và tăng năng suất sản xuất. Tuy nhiên, hệ thống hiện tại còn một số hạn chế, đặc biệt là khâu đóng nắp chưa đạt tốc độ và độ chính xác hoàn hảo. Nhóm phát triển dự kiến sẽ cải tiến hệ thống bằng cách mở rộng khả năng phân loại không chỉ dựa trên mã QR code mà còn theo màu sắc, trọng lượng sản phẩm, và các tiêu chí khác. Dữ liệu sẽ được lưu trữ trên hệ thống để theo dõi và phân tích hiệu suất sản xuất.

4.1. Những Ưu Điểm Của Hệ Thống

Hệ thống tự động hóa này giúp tăng hiệu suất lao động đáng kể và giảm chi phí nhân công. Độ chính xác cao trong phân loại sản phẩm dựa trên mã QR code loại bỏ sai sót. Tính linh hoạt của hệ thống cho phép dễ dàng chỉnh sửa cấu hình để thích ứng với các loại sản phẩm khác nhau. Ghi lại dữ liệu giúp doanh nghiệp theo dõi quá trình sản xuất và cải thiện chất lượng.

4.2. Hạn Chế và Kế Hoạch Cải Tiến

Hạn chế hiện tại là tốc độ đóng nắp chưa đạt mục tiêu và độ chính xác còn cần hoàn thiện. Trong tương lai, nhóm sẽ phát triển khâu phân loại để nhận diện thêm các tiêu chí như màu sắc và trọng lượng sản phẩm. Hệ thống lưu trữ dữ liệu sẽ được tích hợp để theo dõi sản phẩm từ đầu tới cuối quy trình, giúp nâng cao quản lý sản xuất một cách toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề - 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 phân loại một cách thủ công nên việc kiểm tra sản phẩm chủ yếu được thực hiện bằng sức người. - Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay hàng hoá được đặt online ngày càng phát triển, hàng hóa ngày càng nhiều để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ đó đã nảy sinh cần có những công trình phân loại sản phẩm hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những hạn chế của hàng hoá.

- Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống phân loại sản phẩm, 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 phân loại hàng hoá. - Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch, kích thước, khối lượng, màu sắc và các tiêu chí theo yêu cầu khách hàng với độ chính xác và mức tự động hóa cao. - Dây chuyền phân loại lựa với băng tải chia, chọn, hệ thống cân điện tử, camera check và cơ cấu chọn, chuyển sản phẩm ứng dụng cho các ngành sản xuất linh kiện, chi tiết máy, logistic, thương mại điện tử, chế biến nông sản…đem lại năng suất vượt trội.

- Chính nhu cầu và lý do đó mà chúng em tiến hành thiết kế, thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo mã QR code của sản phẩm với bộ điều khiển PLC.1: Xưởng phân loại sản phẩm QR quy mô lớn 1. Lý do chọn đề tài - Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm theo mã QR code tạo ra với mục đích giúp cho các công ty nâng cao hạ tầng dịch vụ, giảm thiểu những chi phí không cần thiết và đẩy mạnh ngành logistics. - Dây chuyền phân loại sản phẩm này được sử dụng để phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã QR. - Với sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model… - Với các bưu phẩm, chuyển nhanh - tiêu chuẩn… 2 - Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm… - Hệ thống phân loại sản phẩm có thể đạt công suất tới 10,000 sản phẩm/giờ.

Năng suất cao gấp 3-5 lần so với phân loại bởi công nhân truyền thống. Một số mô hình phân loại sản phẩm.2: Xưởng phân loại bưu kiện bằng cân nặng 3 Hình 1.3: Xưởng phân loại sản phẩm Hình 1.4: Xưởng phân loại cà chua theo màu sắc 4 Hình 1.5: Xưởng phân loại sản phẩm theo mã QR của hệ thống GHN 1. Mục đích nghiên cứu. - Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình phân loại sản phẩm bằng mã QR code, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn.

Giúp sản phẩm ở nước ta đến nơi cần vận chuyển nhanh chóng và đạt được hiệu quả cao. Nhiệm vụ nghiên cứu. - Nghiên cứu về cách giúp máy nhận dạng QR code theo từng loại - Làm quen với các linh kiện điện - điện tử ngoài thực tế. - Điều khiển hệ thống chạy theo tuần tự và giám sát phân loại sản phẩm theo QR code đã nạp.

- Lập trình điều khiển với PLC 5 1. Phương pháp nghiên cứu. - Tham khảo đề tài. - Thiết kế hệ thống.

- Thiết kế mạch điện tử. - Lập trình điều khiển. - Đánh giá ưu nhược điểm - Khắc phục - Hoàn thành đồ án. Kết quả đạt được.

- Mô hình phân loại sản phẩm và đóng nắp theo mã QR code hoàn thiện. - Hiểu thêm về mạch điện tử và một số linh kiện điện – điện tử. - Tổng quan về hệ thống - Thiết kế hệ thống. - Cơ sở lý thuyết.

- Thiết kế mạch hệ thống - Bản vẽ kỹ thuật và code lập trình - Kết luận 6 1. Ý nghĩa khoa học - Công trình sẽ đưa chúng ta đến với một sự thay đổi trong hoạt động sản xuất và bán hàng tạo ra nhiều lợi ích cho xã hội về nhiều mặt trong cuộc sống, kích thích sự trao đổi lưu thông hàng hóa. Tạo tiền đề cho cuộc cách mạng 4.0 của thế giới. - Hiệu quả về mặt kinh tế và xã hội.

- Là giải pháp tiên phong trong công nghiệp + Tiết kiệm: Sử dụng ít nhân lực và tăng tốc quá trình sản xuất, tối ưu hóa dây chuyền đóng gói sản phẩm, phân loại đơn giản, thay thế nhiều hầu hết các loại cảm biến khác trong dây chuyền và nhân công. - Chính xác: Nhờ mã QR và hệ thống giám sát, người quản lý dễ dàng kiểm tra số lượng sản phẩm, phân loại sản phẩm, phân loại theo nơi nhận, phân loại theo người sử dụng. Chính xác đến từng đích đến, sản phẩm được đảm bảo về chất lượng khi đến tay khách hàng - Thuận tiện cho người quản lý, rút ngắn thời gian cũng như không can thiệp nhiều vào khâu sản phẩm, tăng hiệu quả của dây chuyền sản phẩm lên cao. - Góp phần nâng cao hình ảnh của Công ty trong nhận thức của khách hàng.

- Đó xu hướng tất yếu của nền công nghiệp, nhất là đối với các nhà máy, công ty Việt Nam hiện nay trên con đường mở rộng và hội nhập quốc tế. Hướng nghiên cứu - Mô hình có thể được mở rộng thêm về phần mềm quản lý, hệ thống cánh tay robot có thể thực hiện đa nhiệm hơn. - Hạn chế sai sót trong quá trình chạy và hệ thống xử lý các hàng bị sự cố kỹ thuật hoặc một số nguyên nhân khác. 7 Chương 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.

Tổng quan về QR code 2. Khái niệm về QR code - Khác với mã vạch tuyến tính, mã vạch ma trận cho phép lưu trữ thông tin 2 chiều (2D – 2 dimensional), theo cả chiều dọc và chiều ngang (vertical and horizontal directions). Có rất nhiều loại mã vạch ma trận, song loại phổ biến nhất và cũng là loại dễ bắt gặp nhất hiện nay, chính là QR code. - Mã phản hồi nhanh (QR) là một loại mã vạch có thể được đọc dễ dàng bằng thiết bị kỹ thuật số và mã này lưu trữ thông tin dưới dạng một chuỗi pixel trong một lưới hình vuông.

Mã QR thường được sử dụng để theo dõi thông tin về các sản phẩm trong chuỗi cung ứng và thường được sử dụng trong các chiến dịch tiếp thị và quảng cáo. Thiết bị quét mã - Mã vạch cần có thiết bị quét mã chuyên dụng để đọc thông tin. Còn QR code được ưu ái hơn rất nhiều khi có rất nhiều thiết bị, phần mềm có thể đọc được. Chỉ cần một chiếc smartphone, bạn cũng có thể đọc thông tin từ mã QR mà không cần tốn thêm chi phí, máy móc.

Có lẽ chính vì vậy mà độ phổ biến của QR gần như áp đảo các loại mã khác.2: Máy quét mã QR Eyoyo 1D 2D - Ví dụ: Máy đọc mã vạch Datalogic – Gryphon I GPS4400 2D, Máy quét đọc mã vạch Godex GS550, hay có thể sử dụng smartphone, … 9 2. Ứng dụng của mã QR - Kiểm kê hàng hoá, thông tin sản phẩm - Lưu trữ URL: sử dụng điện thoại để đọc QR code để lấy URL, và tự động mở web - Ứng dụng tại các bến xe bus, xe lửa, tàu điện ngầm: người sử dụng khi quét mã QR Code của bến xe sẽ biết thông tin về các chuyến xe. - Sử dụng tại siêu thị: để biết được thông tin, hướng dẫn nấu ăn cũng như hàm lượng dinh dưỡng của những thức ăn cần mua, xuất sứ, hạn sử dụng, - Sử dụng tại các buổi hội thảo, thuyết trình, tổ chức sự kiện, chương trình nhạc hội, live show, bar, club: người tham gia có thể sử dụng QR Code thay cho Business Card của mình. - Sử dụng mã QR để tạo sự khác biệt trong chữ ký email thường dùng; trên những món quà, để tạo đặc biệt và bất ngờ cho người nhận, và làm cho người nhận thấy tò mò về nội dung của QR Code đính kèm.

Tổng quan về phân loại sản phẩm tự động và đóng gói 2. Khái niệm về phân loại sản phẩm - Dây chuyền phân loại sản phẩm (sorting line) là dây chuyền tự động phục vụ công đoạn cho dây chuyền phân loại – đóng gói, chế biến, xuất nhập kho hàng hóa, bưu kiện. Nơi mà các sản phẩm được phân loại theo một hoặc một số tiêu chí như kích thước, chiều cao, trọng lượng, màu sắc…nhờ công nghệ vision tiên tiến với camera kiểm tra sản phẩm. Các sản phẩm được phân loại giúp đảm bảo các tiêu chí thành phẩm, đảm bảo độ đồng đều về hình dáng, trọng lượng trước khi đóng gói hoặc các tiêu chí phân loại theo thông tin và mục đích sử dụng nào đó của nhà sản xuất, dịch vụ.

Sản phẩm được phân loại có thể được chuyển sang dây chuyển đóng gói tự động hoặc lưu/xuất kho.3: Dây chuyền về phân loại sản phẩm 2. Ưu điểm về phân loại sản phẩm tự động - Nếu như phương pháp phân loại sản phẩm truyền thống yêu cầu không gian làm việc rộng hơn cho số lượng người tham gia phân loại lớn, thời gian phân loại lâu và dễ sai sót thì nay, với dây chuyền phân loại sản phẩm tự động nhờ camera kiểm tra sản phẩm, số lượng nhân công đã giảm xuống đáng kể(tới 80%) khi năng suất tăng lên từ 3-5 lần cùng với tỉ lệ nhầm lẫn, sai sót được kiểm soát. - Hệ thống phân loại tự động đã và đang là hình thức mà các đơn vị sản xuất, dịch vụ thương mại điện tử, giao nhận hướng tới trong thời đại công nghệ số hiện nay. - Dây chuyền phân loại, phân loại lựa sản phẩm với máy phân loại, cảm biến nhận diện sản phẩm, camera check ngoại quan sản phẩm, cân điện tử, hệ thống đo, cơ cấu chọn, vận chuyển (băng tải, băng chuyền, bẫy, tay gạt, cơ cấu chia, băng tải góc, bộ gạt…) hệ thống băng tải xương cá, hub và hệ thống điều khiển trung tâm kết nối dữ liệu từ xa.

Dây chuyền phân loại lựa được ứng dụng trong nhiều trong ngành công nghiệp: chế biến nông sản, rau củ quả, các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, cơ khí, kho trung chuyển chuyển 11 phát nhanh logistic, bưu chính và thương mại điện tử trong phân loại kiện hàng, bưu phẩm…Dây chuyền phân loại-lựa một bên, 2 bên ứng dụng cho các ngành công nghiệp thực phẩm, nông sản, sản xuất linh kiện điện tử và logistic, thương mại điện tử hiện nay.