SVTH: Phạm Việt Tú 67 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
4.4.2 Chương trình
4.4.2.1 Chương trình cài đặt nút nhấn START, STOP và băng chuyền
Bước 0 là các bước cài đặt START, STOP. Khi nhấn Start (X000) sẽ tác động lên M0, M0 sẽ kích ngõ ra Y000 là đèn báo hoạt động.
Từ 4 đến 20 là các bước setup băng chuyền. Khi có tín hiệu từ M0, nhấn nút ON băng chuyền (X002) sẽ tác động ngõ ra M1 và làm động cơ băng chuyền chạy. T20 = 30s là khoảng thời gian băng chuyền chạy mà khơng có vật phẩm, nếu quá thời gian này mà khơng có vật phẩm tác động cảm biến thì băng chuyền sẽ tự dừng.
Khi nhấn nút Stop (X001) dù đang ở bước nào, mơ hình cũng sẽ ngưng hoạt động hoàn toàn.
SVTH: Phạm Việt Tú 68 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
SVTH: Phạm Việt Tú 69 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
SVTH: Phạm Việt Tú 70 Hồ Ngọc Cao
SVTH: Phạm Việt Tú 71 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
SVTH: Phạm Việt Tú 72 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
4.4.3 Điều khiển, giám sát
Sử dụng phần mềm GT Designer 3 để thiết kế giao diện HMI đồng thời mô phỏng bảng điều khiển và sự hoạt động của các linh kiện trong mạch theo chương trình. Màn hình điều khiển và giám sát bao gồm 5 màn hình hiển thị.
4.4.3.1 Màn hình chọn chế độ làm việc
HÌNH 4. 43 Màn hình chọn chế độ làm việc
Ở màn hình hiển thị này cho ta chọn 1 trong 3 chế độ làm việc: AUTO (tự động), MANU (bằng tay) và SIMULATION (mơ phỏng). Ngồi ra cịn có TEST để có thể kiểm tra lỗi.
4.4.3.2 Màn hình AUTO
SVTH: Phạm Việt Tú 73 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Ở màn hình hiển thị mơ phỏng có bảng điều khiển để điều khiển mơ hình thực tế: ON (khởi động mơ hình), ON BT (khởi động băng tải) và OFF (tắt hoạt động. Ngồi ra cịn có hệ thống đèn hiển thị hoạt động của mơ hình, của băng tải và của các xi lanh; Bộ đếm số lượng sản phẩm, bộ đếm được lưu vào vùng nhớ có lưu nên sẽ khơng bị mất dữ liệu khi mất điện, để tạo lại bộ đếm thì có thể nhấn nút RESET BỘ ĐẾM. Nhấn BACK để quay lại màn hình chọn chế độ làm việc.
4.4.3.3 Màn hình MANU
HÌNH 4. 45 Màn hình chế độ làm việc MANU
Màn hình MANU có giao diện tương tự với màn hình AUTO, sự khác biệt duy nhất là ở chế độ AUTO sẽ có thêm các nút nhấn để điều khiển các xy lanh hoạt động độc lập.
SVTH: Phạm Việt Tú 74 Hồ Ngọc Cao Trần Minh Quang 4.4.3.4 Màn hình SIMULATION HÌNH 4. 46 Màn hình mơ phỏng
Giao diện màn hình SIMULATION cũng tương tự với giao diện màn hình AUTO nhưng sẽ có thêm các nút để mô phỏng hoạt động của cảm biến. Sau khi nhấn cảm biến, mơ hình thực tế sẽ hoạt động mà không cần vật thật.
4.4.3.5 Cửa sổ báo lỗi
SVTH: Phạm Việt Tú 75 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Ở giao diện cửa sổ này sẽ báo cho ta biết những lỗi mà mơ hình gặp phải và thời gian xảy ra lỗi. Hiện tại mơ hình chỉ báo một lỗi duy nhất đó là khơng phát hiện vật phẩm và sẽ khiến băng chuyền dừng. Nhấn RST để reset bộ báo lỗi.
Để chạy giảm sát: Trên thanh công cụ ta chọn Tool ->Simulator->Set. Trong hộp thoại Option ta chọn Connection là CPU và chọn cổng COM tương ứng với phần mềm viết chương trình. Sau khi chạy mơ phỏng chương trình bên phần mềm GX Works2, và kết nối với PLC thật ta nhấn tổ hợp phím Ctrl + F10 tại giao diện phần mềm GT Designer 3 để tiến hành điều khiển và giám sát.
4.4.4 Mơ phỏng hình ảnh mơ hình
SVTH: Phạm Việt Tú 76 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
HÌNH 4. 49 Băng chuyền đưa vật tới cảm biến
Vật được đặt trên băng chuyền, băng chuyền sẽ đưa vật tới vị trí của cảm biến, khi cảm biến cao phát hiện vật (vật >=9cm), băng chuyền sẽ dừng và cánh tay robot sẽ vươn tới để gắp vật. Sau khi gắp vật xi lanh trục ngang sẽ thu về và xi lanh đế sẽ quay cánh tay 180o, xy lanh trục đứng sẽ vươn lên, xy lanh trục ngang sẽ vươn tới để đưa vật lên thanh đỡ sản phẩm bên trên, sau khi hồn thành một chu trình, cánh tay robot sẽ trở về vị trí ban đầu, băng chuyền sẽ tiếp tục chạy để cấp phơi.
HÌNH 4. 49 Cánh tay gắp vật từ băng chuyền
Chu trình diễn ra tương tự đối với sản phẩm thấp, nếu vật thấp hơn tầm phát hiện của cảm biến mức cao băng chuyền sẽ đẩy vật tới vị trí của cảm biến thấp (6-8cm), nếu cảm biến thấp phát hiện vật, cánh tay sẽ vươn tới gắp vật, bàn tay robot sẽ mở ra để kẹp vật, sau đó thu lại, xi lanh đế xoay 180 độ, tuy nhiên giá đỡ sản phẩm thấp ở bên dưới nên trục đứng của cánh tay sẽ không vươn lên nữa mà đứng yên tại chỗ.
HÌNH 4. 50 Cánh tay phân loại sản phẩm cao cao
SVTH: Phạm Việt Tú 77 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
HÌNH 4. 50 Cánh tay phân loại sản phẩm thấp
HÌNH 4. 51 Vị trí các linh kiện
1 Giá đỡ sản phẩm đã phân loại 2 Bảng điều khiển 3 Bơm điện 4 Cánh tay robot 5 Van điện từ 6 Nguồn tổ ong 7 PLC 8 Băng chuyền 9 Giá đỡ cảm biến
SVTH: Phạm Việt Tú 78 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Chương 5: THI CÔNG 5.1 Thi công các chi tiết 5.1 Thi công các chi tiết
5.1.1 Cánh tay robot
Cánh tay robot là trung tâm của mơ hình, có thể gắp vật từ nhẹ đến vừa nên cơ cấu của cánh tay cần phải chắc chắn.
Xi lanh đế được nối với xi lanh trục đứng thơng qua một cơ cấu cơ khí kim loại bao gồm một ống kim loại rỗng với đường kính vịng ngồi 2cm, đường kính ống rỗng bên trong là 1cm cao 3cm để có thể chụp được 90% trục xoay của xi lanh đế. Trên thanh của ống này được khoan 2 lỗ để có thể gắn lục giác 2.5mm cố định chắc chắn ống vào trục của xi lanh, tránh trường hợp ống bị xê dịch trong khi xi lanh hoạt động. Và một miếng kim loại hình chữ nhật có chiều dài 12cm chiều rộng 4cm, được vát tròn ở 4 góc để tránh gây nguy hiểm, thanh kim loại này sẽ được gán dính với bề mặt của xi lanh trục đứng thông qua 2 lục giác 3mm được thiết kế trên bề mặt miếng kim loại.
HÌNH 5. 1 Cơ cấu ghép xi lanh đế với xi lanh trục đứng
SVTH: Phạm Việt Tú 79 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Xi lanh trục đứng được kết nối với xy lanh trục ngang thơng qua các kết cấu có sẵn trên bề mặt của xi lanh. Tạo thành 1 cơ cấu rất chắc chắn. Cố định và không bị xê dịch khi các xi lanh hoạt động.
Xi lanh trục ngang và xi lanh gắp được kết nối với nhau thơng qua một tấm kim loại hình chữ nhật có chiều dài 5cm, chiều rộng 2 cm và sử dụng lục giác 3mm để cố định lại với nhau.
HÌNH 5. 3 Lắp ghép xi lanh trục ngang với xi lanh gắp trục ngang với xi lanh gắp
SVTH: Phạm Việt Tú 80 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
5.1.2 Giá đỡ sản phẩm
Giá đỡ sản phẩm đã được phân loại được cấu thành từ 3 bộ phần chính: 2 miếng đỡ sản phẩm đã được phân loại có chiều dài 14cm và chiều rộng 10cm được khoan 1 lỗ ở chính giữa có kích thước tương đồng để có thể dễ dàng gán vào trục. Trục của giá đỡ sử dụng một thanh vít me có chiều dài 40cm đường kính trục 0.5cm để có thể dễ dàng thay đổi độ cao của miếng đỡ phù hợp với tầm với của cánh tay; đế giá đỡ là một miếng kim loại hình trịn đường kính 10.5cm cao 1cm có kết cấu chắc chắn và có thể đỡ được tồn bộ giá đỡ và các vật phẩm được phân loại.
5.1.3 Hộp điều khiển
Do tình hình dịch khó khăn, khó thi cơng được một tủ điện hồn chỉnh, nhóm quyết định sử dụng hộp các tơng có chiều dài 18cm, chiều rộng 18cm và chiều cao 5cm để làm hộp điều khiển. Ưu điểm của hộp các tơng: đẹp, dễ tìm kiếm, dễ dàng thi cơng khi khơng có nhiều đồ nghề.
HÌNH 5. 5 Giá đỡ sản phẩm đã được phân loại đã được phân loại
SVTH: Phạm Việt Tú 81 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Các nút nhấn được cố định vào phần vỏ hộp, các dây nối, dây dẫn được đi hoàn toàn trong hộp, đi ra ngồi thơng qua một lỗ nhỏ ở đỉnh hộp và được nối xuống phía dưới ván gỗ để mang lại tính thẩm mĩ cho mơ hình.
HÌNH 5. 7 Đi dây trong và ngoài hộp điều khiển
5.1.4 Băng chuyền và giá đỡ cảm biến
Băng chuyền sẽ được đặt ở góc trái của mơ hình, vừa với tầm với của cánh tay robot với tới mà lấy vật, trên băng chuyền được thiết lập thanh gán cảm 1 cảm biến phát hiện vật thấp mà một cảm biến phát hiện vật cao, băng chuyền được trợ độ cao cho gần bằng chiều cao của cánh tay robot thông qua một vài công cụ hỗ trợ. Tuy nhiên, trong tình hình dịch bệnh Covid 19 diễn biến phức tạp, cộng thêm một vài yếu tố chủ quan nhóm chưa thể lắp ráp băng chuyền vào mơ hình. Nên nhóm đã tự thiết kế một thanh đỡ cảm biến.
SVTH: Phạm Việt Tú 82 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Thanh đỡ cảm biến có chất liệu là nhựa được khoan các lỗ bên trên để có thể gắn cảm biến. Cảm biến được gán lên thanh thông qua dây rút. Do khơng có băng chuyền nên nhóm cấp phơi cho cảm biến nhận diện bằng tay.
5.2 Sơ đồ bố trí linh kiện
HÌNH 5. 9 Sơ đồ bố trí linh kiện
Tồn bộ mơ hình và các linh kiện được sắp xếp, dàn trải và cố định trên một tấm ván gỗ có chiều dài 66cm, chiều rộng 24cm và dày 2cm.
SVTH: Phạm Việt Tú 83 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Ưu điểm ván gỗ: dễ tìm kiếm, giá thành rẻ, đồ bền cao, khả năng chịu lực tốt và đặc biệt là dễ dàng thi cơng, đục lỗ, có khả năng bám vít và bám dính tốt, thích hợp cho cơng đoạn lắp ráp mà thi cơng. Ít chịu ảnh hưởng của nước. Nhược điểm duy nhất khi sử dụng ván gỗ trong thời gian dài sẽ khiến ván bị cong.
Bộ chuyển đổi điện áp 220V – 24V được để gần nhất với PLC để có thể tiết kiệm tối ưu lượng dây dẫn, sắp xếp dây gọn gàng và tối ưu việc sửa chữa. PLC, van điện từ, nguồn được để gần nhau để có thể tiết kiệm dây dẫn và dễ dàng sửa chữa khi có sự cố. Các dây dẫn được luồn qua các lỗ được khoan sẵn trên bề mặt ván gỗ để xuống dưới ván, để giúp mơ hình có tính thẩm mĩ hơn, tránh những sự cố về điện khi đang sử dụng.
HÌNH 5. 10 Ván gỗ
SVTH: Phạm Việt Tú 84 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Cánh tay robot được đặt ở trung tâm của ván, để tầm với của trục ngang có thể với tới băng chuyền gắp vật và đưa tới nơi để sản phẩm đã được phân loại.
Hộp nút nhấn điều khiển được đặt cạnh cánh tay, mặt trước của mơ hình và bên cạnh thanh phân loại sản phẩm để có thể dễ dàng điều khiển và quan sát sự hoạt động. Hộp điều khiển được để ở xa các thiết bị điện như PLC, bộ chuyển đổi điện áp để tránh những sự cố khi điều khiển.
Bơm điện từ được thiết kế đặt ngay sau cánh tay robot để có thể tiết kiệm tối đa lượng ống dẫn khí từ van tới xi lanh và được đặt bên cạnh bơm điện để có thể lấy nguồn khí 1 cách nhanh chóng và ổn định nhất. Tiết kiệm tối ưu dây và khí.
HÌNH 5. 12 Nối ống dẫn khí
SVTH: Phạm Việt Tú 85 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
SVTH: Phạm Việt Tú 86 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
5.3 Nạp chương trình thực cho PLC
Mỗi PLC lại có một phần mềm lập trình riêng và giao thức kết nối khác nhau nên cần dùng đúng phần mềm để viết chương trình và cần đúng loại cáp kết nối mới có thể nạp chương trình từ phần mềm vào PLC.
Trên mỗi PLC đều có cổng cho ta kết nối PC – PLC, PLC – PLC hay PLC – HMI,…
Đối với mỗi giao thức kết nối khác nhau lại cần dây cáp khác nhau. Do đề tài sử dụng PLC FX1S 30MR nên cần cáp kết nối USB-SC09.
Khi cắm đã cắm cáp xong ta cần phải tải Driver cho cáp lập trình. Ta có thể tải bằng nhiều cách như bằng đĩa hay tải trực tiếp từ các trang mạng.
HÌNH 5. 15 Cổng kết nối của PLC
HÌNH 5. 16 Cáp lập trình SC09 và đĩa cài driver cho dây cáp và đĩa cài driver cho dây cáp
SVTH: Phạm Việt Tú 87 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Kiểm tra driver của cáp: Cắm cáp lập trình vào cổng USB của máy tính→ Click chuột phải vào My computer → Manage → System Tools → Device Manage → Tại Ports (COM & LPT) khi đã cài đặt Driver thành cơng thì tại đây sẽ hiển thị tên thiết bị và cổng COM kết nối với cáp lập trình.
Nạp chương trình từ GX Word vào PLC
Khi đã viết xong chương trình ta nhấn F4 để build chương trình. Trên vùng đang chọn ta chọn Connection Destination -> Connection 1
SVTH: Phạm Việt Tú 88 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Tại giao diện Transfer Setup Connection 1 ta chọn cách kết nối là Serial USB để chọn tiếp giao thức kết nối và chọn cổng kết nối. Sau khi chọn xong ta có thể kiểm tra kết nối bằng cách chọn vào Connection Test. Khi đã thiết lập xong ra nhấn OK.
Tại phần thanh công cụ của giao diện GX Works 2 ta chọn Write to PLC.
Sau khi cửa sổ Online Data Operation hiện ra ta chọn Write là viết chương trình vào PLC và chọn những thứ cần thiết để nạp vào cho PLC sau đó nhấn Excute. Chờ một lúc để nạp chương trình vào PLC là q trình đã hồn thành.
SVTH: Phạm Việt Tú 89 Hồ Ngọc Cao
Trần Minh Quang
Chương 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
6.1 Mục tiêu đạt được
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thi cơng nhóm đã hồn thành chế tạo “mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot để gắp vật”. Đây là một đề tài tuy đơn giản nhưng tính ứng dụng của nó là khá nhiều trong cơng nghiệp. Những điều mà nhóm đã đạt được trong q trình thực hiện đề tài:
• Nâng cao kiến thức về các lĩnh vực liên quan như cánh tay, khí nén và các mơ hình phân loại.
• Nâng cao khả năng lập trình PLC, các phần mềm vẽ kĩ thuật; biết cách đấu dây PLC, cách nạp chương trình vào PLC; khả năng đọc tài liệu bằng tiếng anh và khả năng viết báo cáo.
• Hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện có trong đề tài.
• Biết được các cơng đoạn để thi cơng một đề tài thực tế.
• Tiếp cận được một lĩnh vực mới trong cơng nghiệp: thủy lực khí nén và các phần mềm liên quan.
• Biết hàn, khoan chế tạo các cơ cấu cơ khí.
• Chế tạo thành cơng một mơ hình vật lý hoạt động đúng theo kế hoạch đặt ra
6.2 Những ưu điểm và thiếu sót của mơ hình
Ưu điểm
• Tính ứng dụng thực tế của mơ hình là khá cao, khi nó giải quyết được các vấn đề về mặt bằng, nhân cơng và tài chính cho các doanh nghiệp, giúp việc tự động hóa sản xuất dễ dàng hơn