Mô hình phân loại sản phẩm dùng PLC kết hợp nguồn năng lượng mặt trời (27/12/2023)
Giải pháp đạt giải Nhất Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật tỉnh Bình Dương lần thứ X, năm 2021-2023 của Tác giả Phan Hoàng Ân – Phòng Công tác học sinh, sinh viên Trường Cao đẳng nghề Việt Nam – Singapore.
Ban tổ chức trao giải nhất cho Tác giả đạt giải
Tự làm thiết bị đào tạo phục vụ công tác giáo dục nghề nghiệp đã được các đơn vị giáo dục nghề nghiệp trên địa bàn tỉnh đẩy mạnh triển khai trong những năm học gần đây. Nhiều thiết bị hữu ích đã ra đời, hỗ trợ đắc lực cho công tác đào tạo. Trong đó, giải pháp “Mô hình phân loại sản phẩm dùng PLC kết hợp nguồn năng lượng mặt trời để phục vụ dạy học” của tác giả Phan Hoàng Ân đã được Ban giám khảo Hội thi sáng tạo kỹ thuật tỉnh Bình Dương đánh giá cao. Sản phẩm đã được ứng dụng vào thực tiễn tại trường, mang lại hiệu quả vượt trội.
Trong đào tạo nghề, tỷ lệ thực hành chiếm khoảng 70% thời gian đào tạo, đòi hỏi tính trực quan, sát với thực tiễn, người học phải thực hành để hình thành kỹ năng nghề. Do đó, thiết bị đào tạo chính là phương tiện giúp người dạy truyền đạt kiến thức, kỹ năng cho người học và giúp người học hình thành kỹ năng nghề. Hơn nữa, nhu cầu đào tạo nghề của học sinh, sinh viên tăng qua từng năm trong khi ngân sách Nhà nước, các cơ sở đào tạo có hạn, chưa thể bổ sung, thay thế kịp thời các thiết bị phục vụ việc giảng dạy… nên việc nghiên cứu, sáng tạo làm thiết bị phục vụ cho việc đào tạo là việc làm cần thiết và thường xuyên.
Các thiết bị, mô hình có cấu tạo, thiết kế từ đơn giản đến ứng dụng kỹ thuật hiện đại, lập trình phức tạp vào giảng dạy, đem lại nhiều điểm ưu việt tập trung ở các nghề như: điện, điện tử, cắt gọt kim loại, công nghệ thông tin, công nghệ ô tô … Hầu hết các mô hình, thiết bị đều đáp ứng tốt yêu cầu giảng dạy, tạo ra sự hứng thú trong quá trình dạy và học của học sinh, sinh viên. Đặc biệt, hầu hết các thiết bị, mô hình tự làm có thể áp dụng cho nhiều hình thức giảng dạy học tập như lý thuyết, thực hành và tích hợp, có thể áp dụng cho trường học, cơ quan, công ty, doanh nghiệp…
Mặc dù thiết bị đào tạo tại trường được trang bị tương đối đầy đủ, tuy nhiên, do nhu cầu người học tăng nhanh, dẫn tới thiết bị đào tạo ở một số ngành nghề chưa đáp ứng kịp thời. Do vậy, để vừa giảm kinh phí đầu tư, vừa tăng nguồn thiết bị đào tạo, tăng kỹ năng nghề cho người học, mỗi năm học, trường cao đẳng nghề Việt Nam – Singapore cho ra đời từ 1 đến 3 mô hình, thiết bị tự làm để tăng cường cho việc giảng dạy. Hầu hết các thiết bị tự làm đều sử dụng vật tư dễ tìm, kết hợp với sự sáng tạo của thầy, cô giáo trong việc ứng dụng hiệu quả các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong quá trình thiết kế, sản xuất thiết bị đào tạo. Nhờ việc bổ sung thiết bị đào tạo tự làm vào chương trình giảng dạy, giúp học sinh được thực hành và tiếp cận dần với những máy móc, mô hình hiện đại tiên tiến nên trong 3 năm học trở lại đây, tỉ lệ học sinh, sinh viên được đánh giá loại khá, giỏi và tỷ lệ thi tốt nghiệp trình độ cao đẳng, trung cấp cuối năm học nhà trường tăng lên theo từng năm.
Sự đa dạng của thiết bị đào tạo tự làm đã và đang thực sự trở thành cầu nối giữa khoa học và đào tạo, đáp ứng nhu cầu dạy và học trong các cơ sở giáo dục nghề nghiệp. Thực tế, đây cũng là “sân chơi” trí tuệ cho các giảng viên mà ở đó những thầy, cô giáo được thỏa sức sáng tạo, đam mê, nhiệt huyết để cho ra đời những sản phẩm chất lượng, phù hợp với nội dung đào tạo…
NỘI DUNG TRIỂN KHAI TẠO RA Mô hình phân loại sản phẩm dùng PLC kết hợp nguồn năng lượng mặt trời
Mô đun 1: Phân loại sản phẩm theo màu
Một nhà máy sản xuất ra 3 loại sản phẩm cùng chất lượng nhưng có màu sắc khác nhau: Loại A: màu đỏ. Loại B: màu vàng. Loại C: màu xanh.
Hệ thống dùng cảm biến màu E3MC để phân loại 3 loại sản phẩm.
Hệ thống dung cảm biến quang E3F3 để đếm sản phẩm .
Khi nhấn nút START thì đèn hoạt động (HĐ) sáng, đồng thời băng tải chở sản phẩm hoạt động đưa sản phẩm lần lượt đi qua 3 cảm biến màu.
+ Nếu sản phẩm loại A thì đèn đỏ sáng, 3 giây sau băng tải chở sản phẩm dừng lại, đồng thời pittông I đẩy sản phẩm loại A rơi vào thùng đựng sản phầm A, 3 giây sau băng tải chở sản phẩm tiếp tục hoạt động. Khi trong thùng có đủ 10 sản phẩm thì băng tải chở sản phẩm dừng lại, motor A hoạt động trong 3 giây để đưa thùng đựng sản phẩm kế tiếp vào đúng vị trí chứa sản phẩm. Sau đó băng tải chở sản phẩm tiếp tục hoạt động.
+ Nếu sản phẩm loại B thì đèn vàng sáng, 4 giây sau băng tải chở sản phẩm dừng lại, đồng thời pittông II đẩy sản phẩm loại B rơi vào thùng đựng sản phầm B, 3 giây sau băng tải chở sản phẩm tiếp tục hoạt động. Khi trong thùng có đủ 15 sản phẩm thì băng tải chở sản phẩm dừng lại, motor B hoạt động trong 3 giây để đưa thùng đựng sản phẩm kế tiếp vào đúng vị trí chứa sản phẩm. Sau đó băng tải chở sản phẩm tiếp tục hoạt động.
+ Nếu sản phẩm loại C thì đèn xanh sáng, 5 giây sau băng tải chở sản phẩm dừng lại, đồng thời pittông III đẩy sản phẩm loại C rơi vào thùng đựng sản phầm C, 3 giây sau băng tải chở sản phẩm tiếp tục hoạt động. Khi trong thùng có đủ 20 sản phẩm thì băng tải chở sản phẩm dừng lại, motor C hoạt động trong 3 giây để đưa thùng đựng sản phẩm kế tiếp vào đúng vị trí chứa sản phẩm. Sau đó băng tải chở sản phẩm tiếp tục hoạt động.
Nếu sau 5 phút mà không có sản phẩm nào đi qua thì hệ thống tự dừng hoạt động.
Nhấn nút STOP tất cả hệ thống dừng.
Mô đun 2: Cánh tay robot kết hợp HMI điều khiển và giám sát quá trình sản xuất được lập trình độc lập, có thể gắp các sản phẩm sang vị trí khác.
Mô đun 3: Robot dò đường, tránh vật cản có cánh tay robot và Cánh tay robot điều khiển bằng mạch Arduino Uno.
Mô đun 4: Nguồn năng lượng mặt trời. Tất cả 4 mô đun độc lập được bố trí vào 1 tủ có từng ngăn rất gọn gàng và dễ dàng di chuyển.
Các nội dung công nghệ chủ yếu:
Mô tả giải pháp, thuyết minh tính mới:
- Nhiều chi tiết được gia công bằng máy in 3D của trường nên tiết kiệm chi phí nhưng đảm bảo độ thẩm mỹ và đồ bền cao.
- Các chi tiết sau khi gá lắp lên thiết bị có độ chính xác và độ thẩm mỹ cao:
- Các linh kiện từng bộ phận khác nhau nên linh động cho từng bài tập, điều này khắc phục nhược điểm lớn nhất của các mô hình trước đây là mô hình lớn, được gắn cố định nên việc tháo lắp cho từng bài tập cụ thể là rất khó khăn.
- Mô hình có thể nâng cấp dễ dàng, đây cũng là một trong những ưu điểm của mô hình khắc phục được nhược điểm của các mô hình sẵn có, bằng cách gia công các chi tiết bổ sung, lắp đặt thêm các cảm biến, bộ xử lý hình ảnh, xy lanh, nâng cấp cánh tay robot, các chức năng…
- Sinh viên có thể tự do nghiên cứu sáng tạo theo khả năng của mình, lập trình các mạch hoạt động khai thác hết hiệu quả của mô hình,sau khi thực hiện trang bị được kiến thức cơ bản và đầy đủ nhất về điều khiển lập trình:
Kết quả của giải pháp
Đã áp dụng giảng dạy 5 lớp: T21DC1, T21DC2, T21DC3, T22DC4 và T22DT1.
Mô hình áp dụng được tổng cộng 19 bài học từ cơ bản đến nâng cao của 4 môn học (PLC cơ bản, PLC nâng cao, Lập trình cỡ nhỏ và robot công nghiệp).
Điểm mới - Điểm sáng tạo:
- Nhiều chi tiết được gia công bằng máy in 3D của trường nên tiết kiệm chi phí nhưng đảm bảo độ thẩm mỹ và đồ bền cao.
- Các chi tiết sau khi gá lắp lên thiết bị có độ chính xác và độ thẩm mỹ cao.
- Các linh kiện từng bộ phận khác nhau nên linh động cho từng bài tập, điều này khắc phục nhược điểm lớn nhất của các mô hình trước đây là mô hình lớn, được gắn cố định nên việc tháo lắp cho từng bài tập cụ thể là rất khó khăn.
- Mô hình có thể nâng cấp dễ dàng, đây cũng là một trong những ưu điểm của mô hình khắc phục được nhược điểm của các mô hình sẵn có, bằng cách gia công các chi tiết bổ sung, lắp đặt thêm các cảm biến, bộ xử lý hình ảnh, xy lanh, nâng cấp cánh tay robot…
- Các bạn sinh viên có thể lắp ráp, cài đặt tùy theo sự sáng tạo của mình: Mô hình cánh tay robot, mô hình robot dò đường…
- Mô hình tự động hóa điều điều khiển bằng nguồn năng lượng mặt trời thông qua ắc quy giúp sinh viên có thể tính toán công suất nguồn phù hợp cung cấp cho mô hình, mô hình sử dụng nguồn độc lập nên dễ dàng di chuyển kể cả ở phòng học lý thuyết.
Hiệu quả kinh tế - xã hội:
Thiết bị sử dụng các vật tư dễ tìm, kết hợp với sự sáng tạo của tác giả trong việc ứng dụng hiệu quả các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong quá trình thiết kế, sản xuất thiết bị đào tạo. Điều này đem đến tính khả thi cao trong việc nhân rộng kết quả tự làm thiết bị, nâng cao chất lượng và khả năng ứng dụng của thiết bị; tăng hiệu quả sử dụng cũng như hiệu quả kinh tế trong việc đầu tư trang thiết bị đào tạo tại các cơ sở.
Tác giả cũng quan tâm đến tính thẩm mỹ và kinh tế của thiết bị. Do vậy thiết bị dự thi có kết cấu, hình thức đẹp, giá thành rẻ hơn so với giá của những thiết bị có sẵn bán ngoài thị trường.
Thiết bị còn thể hiện xu hướng tích hợp các thiết bị, mô hình và xu hướng kết hợp sử dụng cho nhiều nghề trên một thiết bị.
Khả năng áp dụng:
Theo chương trình đào tạo đang ban hành và quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội, mô hình có thể áp dụng được nhiều môn học và mô dun trong các trường nghề trong toàn quốc.
Tình hình áp dụng, triển vọng áp dụng giải pháp:
Mô hình đã được áp dụng giảng dạy lý thuyết và thực hành từ đầu học kỳ II năm học 2022-2023 (các môn học được áp dụng: PLC cơ bản, PC nâng cao, điều khiển lập trình cỡ nhỏ và tòa nhà thông minh, robot công nghiệp…). Khả năng tiếp tục được sử dụng ở các năm học tiếp theo.
Tuyết Mai
Ban Thư ký Hội thi