Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Cơ sở lý thuyết • Chương 3: Điều khiển hệ thống • Chương 4: Giám sát hệ thống • Chương 5: Kết quả và nhận xét • Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 3 Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống xếp hàng tự động Hệ thống xếp pallet tự động là giải pháp hệ thống tự động thay thế con người trong việc bốc xếp, đóng gói hàng hóa lên pallet một cách thủ công, từ đó tăng năng suất vận hành của nhà máy và giảm thiểu chi phí và lỗi trong việc đóng gói thủ công. Hệ thống bốc dỡ được phát triển vào những năm 1970 là sự kết hợp giữa hệ thống băng tải và thiết bị nâng hạ công nghiệp. Để xếp chồng sản phẩm, từng lớp hàng hóa được kẹp vào đúng vị trí và nhấc ra khỏi băng chuyền lên pallet. Vào những năm 1980, cánh tay robot bắt đầu được tích hợp vào hệ thống.
Việc sử dụng cánh tay robot mang đến sự linh hoạt cho hệ thống xếp dỡ tự động với số lượng chủng loại hàng hóa ngày càng đa dạng. Một cánh tay robot có thể được lập trình để xử lý hàng hóa có kích thước khác nhau hoặc sắp xếp chúng trên pallet theo nhiều cách mà không cần thay đổi thiết kế trước đó. Theo thời gian, hệ thống xếp pallet đã chứng tỏ nó mang lại những ưu điểm kỹ thuật vượt trội như sau: - Nâng cao mức độ tự động hóa trong dây chuyền sản xuất hiện tại của doanh nghiệp. - Cải thiện tính đồng bộ và nhất quán.
- Duy trì sự ổn định lâu dài và chính xác của toàn bộ hệ thống. 1: Mô hình thực tế của đề tài 4 Đồ Án Tốt Nghiệp ➢ Nguyên lý hoạt động Hệ thống palletizer thường sử dụng các cánh tay robot, băng chuyền và các cơ cấu nâng hạ để di chuyển và xếp sản phẩm lên pallet theo các mô hình nhất định. Các cảm biến và phần mềm điều khiển sẽ giám sát quá trình để đảm bảo độ chính xác và an toàn. ➢ Các loại palletizer Palletizer tầng thấp (Low-Level Palletizer): Xếp sản phẩm từ phía dưới, sản phẩm được đưa lên cao dần qua các lớp xếp.
Palletizer tầng cao (High-Level Palletizer): Xếp sản phẩm từ phía trên, sản phẩm được đặt trực tiếp lên pallet từ độ cao nhất định. Robotic Palletizer: Sử dụng cánh tay robot để linh hoạt xếp sản phẩm theo nhiều hướng khác nhau, phù hợp với nhiều loại sản phẩm và mô hình xếp. ➢ Ưu điểm Tăng năng suất: Có khả năng xếp hàng nhanh hơn và chính xác hơn so với lao động thủ công. Giảm chi phí lao động: Tự động hóa giúp giảm số lượng nhân công cần thiết cho việc xếp dỡ hàng.
Tăng cường an toàn: Giảm nguy cơ tai nạn lao động do ít phải sử dụng sức người trong các công việc nặng nhọc và nguy hiểm. Tối ưu hóa không gian: Xếp hàng hóa theo cách tối ưu giúp tiết kiệm không gian lưu trữ và vận chuyển. ➢ Ứng dụng Hệ thống palletizer được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm thực phẩm và đồ uống, hóa chất, dược phẩm, và các sản phẩm tiêu dùng. Chúng đặc biệt hữu ích trong các nhà máy sản xuất và các trung tâm phân phối có lưu lượng hàng hóa lớn.
➢ Công nghệ và tích hợp Các hệ thống palletizer hiện đại có thể tích hợp với hệ thống quản lý kho (WMS) và hệ thống điều khiển sản xuất (MES) để tối ưu hóa quá trình sản xuất và phân phối. Công nghệ cảm biến và AI cũng được áp dụng để nâng cao khả năng nhận diện sản phẩm và tối ưu hóa 5 Đồ Án Tốt Nghiệp 2.2 Tổng quan về PLC 2.1 Khái niệm PLC được viết tắt từ “Programmable Logic Controller”, PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình.2 Chức năng PLC được sử dụng để điều khiển hệ thống, thiết bị điện công nghiệp riêng lẻ (Contactor, Rơ-le, timer,.) hoặc kết hợp với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng được bài toán công nghệ đặt ra. Trên thế giới hiện nay có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemens,.
đều có chung một nguyên lý cơ bản, tuy nhiên có vài điểm khác biệt phù hợp với từng ngành. Ưu điểm: - Chương trình PLC dễ lập trình và nối mạch và thiết lập hệ thống. - Các tín hiệu ngõ ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơ-le. - Với hệ thống điều khiển dùng PLC vừa có thể tiến hành hiệu chỉnh sửa chữa mà hệ thống vẫn làm việc, cho phép hiệu chính để đạt được kết quả hiệu chỉnh là tối ưu.
Nhược điểm: - Do chưa có tiêu chuẩn hoá nên mỗi doanh nghiệp sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất về hợp thức hoá. - Giá thành cao đối với các hệ thống có quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơ-le. - Dòng ngõ ra của PLC có dòng điện nhỏ. Nên khi đấu nối với các thiết bị công suất lớn phải sử dụng thiết bị trung gian là rơ-le.
- Để kết nối lập trình được chương trình điều khiển bắt buộc phải có thiết bị máy tính hoặc máy lập trình đi kèm với cáp chuẩn hóa.3 Phân loại PLC thường được phân loại theo 2 cách: Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Misubishi, Delta, Omron,. Version: Ví dụ như PLC Siemen có các họ: S7-1200, S7-300, S7-400, Logo; PLC Misubishi có các họ: FX3U, FX1S, FX3G,… 2.3 Ngôn ngữ lập trình PLC Ngôn ngữ lập trình PLC (Programmable Logic Controller) là các ngôn ngữ được sử dụng để lập trình các bộ điều khiển logic lập trình (PLC). PLC là một thiết bị được sử dụng để tự động hóa các quy trình công nghiệp, điều khiển máy móc và thiết bị. Dưới đây là một số ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến: Ladder Logic (LD): Đây là ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi nhất cho PLC.
Nó được thiết kế để dễ hiểu và sử dụng, đặc biệt là cho các kỹ sư điện. Giống như một sơ đồ thang (ladder diagram), sử dụng các tiếp điểm và cuộn dây để biểu diễn các logic điều khiển. Function Block Diagram (FBD): Ngôn ngữ này sử dụng các khối chức năng để biểu diễn các hàm điều khiển. Các khối này được kết nối với nhau bằng các đường dẫn tín hiệu.
Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu các phép tính phức tạp và có thể tái sử dụng các khối chức năng. Structured Text (ST): Là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, tương tự như Pascal hoặc C. Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu các phép toán phức tạp, các vòng lặp và các cấu trúc điều khiển điều kiện. Instruction List (IL): Là ngôn ngữ lập trình cấp thấp, tương tự như hợp ngữ.
Sử dụng các lệnh ngắn gọn và trực tiếp, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ thực thi nhanh và tài nguyên bộ nhớ hạn chế. Sequential Function Chart (SFC): Là một phương pháp biểu diễn các trình tự điều khiển bằng cách sử dụng các trạng thái và chuyển tiếp. Thích hợp cho các ứng dụng điều 7 Đồ Án Tốt Nghiệp khiển quy trình phức tạp, nơi cần biểu diễn các trạng thái và các điều kiện chuyển đổi giữa các trạng thái. Continuous Function Chart (CFC): Là một dạng mở rộng của Function Block Diagram (FBD), cho phép các khối chức năng được đặt tự do và kết nối một cách linh hoạt.
Tối ưu cho các ứng dụng yêu cầu sự linh hoạt cao trong việc bố trí và kết nối các khối chức năng.4 Sơ lược về các dòng PLC Mitsubishi Mitsubishi Electric là một trong những nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, đặc biệt là các bộ điều khiển lập trình logic (PLC). Các dòng PLC của Mitsubishi được biết đến với tính năng đa dạng, độ tin cậy cao và khả năng mở rộng linh hoạt. Dưới đây là sơ lược về các dòng PLC phổ biến của Mitsubishi: • MELSEC-Q Series: Dòng Q là dòng PLC cao cấp của Mitsubishi, nổi bật với hiệu suất cao, tốc độ xử lý nhanh và khả năng mở rộng lớn. Nó hỗ trợ nhiều module mở rộng cho các ứng dụng phức tạp.
• MELSEC-L Series: Dòng L là sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng vừa và nhỏ với tính năng tích hợp cao và giá thành hợp lý. Tích hợp cổng truyền thông phổ biến như Ethernet, USB. • MELSEC-FX Series: Dòng FX là dòng PLC compact, phù hợp cho các ứng dụng nhỏ gọn với yêu cầu tính năng cơ bản. Tích hợp sẵn I/O và các tính năng truyền thông cơ bản.
Thích hợp cho các hệ thống điều khiển nhỏ, máy móc đơn giản, các ứng dụng không yêu cầu tính phức tạp cao. • MELSEC iQ-R Series: Dòng iQ-R là dòng PLC hiệu suất cao, tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp hiện đại với yêu cầu độ tin cậy và bảo mật cao.Hỗ trợ các giao thức truyền thông hiện đại như Ethernet/IP, Profinet. • MELSEC iQ-F Series: Dòng iQ-F là dòng PLC nhỏ gọn, kết hợp giữa hiệu suất và tính linh hoạt cao, phù hợp cho các ứng dụng từ đơn giản đến trung bình. Hỗ trợ 8 Đồ Án Tốt Nghiệp điều khiển vị trí, điều khiển chuyển động và tích hợp nhiều tính năng mở rộng và bảo mật.
Với việc sử dụng vào các hệ thống điều khiển nhỏ và đơn giản và các ứng dụng không yêu cầu tính phức tạp cao như mô hình đồ án thì nhóm quyết định chọn PLC Mitsubishi dòng MELSEC-FX Series cho việc điều khiển hệ thống.5 Các chuẩn giao tiếp truyền thông 2.1 Giao tiếp RS232 Cổng giao tiếp RS232 thường được gọi là cổng COM. Chuẩn kết nối này xuất hiện mặc định trên các dòng máy tính bàn (PC) hoặc một số Laptop. Chuẩn kết nối này được kết nối máy tính với các máy in, máy Fax,…Chuẩn kết nối RS232 gồm có 3 dây chính: Tx (dây truyền), Rx (nhận tín hiệu), GND (dây nối đất). Giao tiếp này hoạt động dựa trên sự chênh lệch điện áp TX, RX, GND.