Đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng PLC S7 200 dùng cho sinh viên đại học hệ chính quy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.79 MB, 56 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA CƠ ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HĨA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ
---------***---------
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
THIẾT KẾ MƠ HÌNH BĂNG TẢI PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TH.S. ĐÀO HIẾU
SINH VIÊN THỰC HIỆN
ĐOÀN THẾ TRUNG
PHẠM ĐĂNG THIỆN
Hà Nội 08/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA CƠ ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HĨA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ
---------***---------
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Sinh viên thực hiện: Đoàn Thế Trung
Ngày sinh: 18/01/1997
Mã số sinh viên:1521060257
Khóa: 60
Mã số:
Chuyên ngành: Tự động hóa
Hệ đào tạo: Chính quy
Đề tài:
THIẾT KẾ MƠ HÌNH BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO CHIỀU CAO
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC KHOÁT
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S ĐÀO HIẾU
Hà Nội 8/2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA
Độ mật………………………………………
Số…………………………………………...
Phê chuẩn
Ngày…..tháng 8 năm 2021
Trưởng bộ môn
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ 7
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM TRONG THỰC TẾ. ...................................................................................... 4
CÁC KHÁI NIỆM .................................................................................................. 4
CÁC HÌNH THỨC DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TRONG THỰC TẾ. ............... 4
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước ( cao – thấp, ngắn – dài.) 5
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng sản phẩm ........................ 6
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc ............................................ 7
Dây chuyền phân loại theo hình ảnh sản phẩm. .......................................... 8
Dây chuyền phân loại theo mã vạch của sản phẩm. .................................... 9
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU THIẾT KẾ MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO DÙNG TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM............................ 11
GIẢI PHÁP U CẦU THIẾT KẾ CỦA MƠ HÌNH. ..................................................... 11
u cầu. .................................................................................................... 11
Giải pháp thiết kế ..................................................................................... 12
THIẾT KẾ MÔ HÌNH. ........................................................................................... 13
Cấu trúc của mơ hình ............................................................................... 13
Thiết kế băng tải sử dụng trong mơ hình. .................................................. 14
Xy lanh khí nén. ........................................................................................ 16
Động cơ điện ............................................................................................ 17
Module LM 2596 ...................................................................................... 19
Nút nhấn ................................................................................................... 19
Cảm biến .................................................................................................. 20
Van điện từ khí nén ................................................................................... 22
Cáp kết nối PC ADAPTER USB................................................................ 25
Sơ đồ van điều khiển khí nén................................................................... 25
Thiết kế tủ điều khiển .............................................................................. 26
CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH
.................................................................................................................................. 29
U CẦU CÔNG NGHỆ PHÂN LOẠI. ..................................................................... 29
Khởi động và dừng mơ hình trên WINCC ................................................. 29
Phân loại sản phẩm .................................................................................. 29
Đếm sản phẩm .......................................................................................... 29
XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ...................................................................... 29
BẢNG I/O ......................................................................................................... 31
LỰA CHỌN PLC ................................................................................................ 32
SƠ ĐỒ KẾT NỐI VỚI PLC.................................................................................... 33
CHƯƠNG TRÌNH PLC TRÊN STEP 7 MICRO WIN ................................................. 34
KẾT NỐI WINCC VÀ PLC QUA PHẦN MỀM PC ACCESS ................................... 35
THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ( SCADA) TRÊN WINCC .......... 36
KẾT QUẢ CHẠY THỰC TẾ VÀ TRÊN WINCC ....................................................... 42
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 45
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 46
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO KÍCH THƯỚC ............................. 6
HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG, ĐĨNG GĨI VÀ PHÂN LOẠI BAO XI MĂNG ..... 7
PHÂN LOẠI TRÁI CÂY THEO MÀU SẮC ......................................................... 8
HỆ THỐNG XỬ LÍ ẢNH CÔNG NGHIỆP .......................................................... 9
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI BƯU KIỆN BẰNG MÃ VẠCH .................................... 10
CẤU TRÚC MƠ HÌNH .................................................................................. 14
LOẠI BĂNG TẢI SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH. .............................................. 15
XY LANH DÙNG TRONG MƠ HÌNH.............................................................. 16
ÁP SUẤT P VÀ LỰC F TRONG XI LANH....................................................... 16
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ HỘP SỐ GIẢM TỐC.................................... 18
KẾT NỐI CHÂN ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RA CỦA LM2596 .................................. 19
NÚT NHẤN ................................................................................................. 20
CẢM BIẾN D3F DS10C4 ........................................................................... 22
VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN .............................................................................. 23
CÁC CỔNG CỦA VAN 5/2 .......................................................................... 24
CÁP KẾT NỐI PC ADAPTER USB ......................................................... 25
SƠ ĐỒ VAN ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN ............................................................ 25
APTOMAT 15A, 220V .............................................................................. 26
RELAY KÍNH 8 CHÂN ............................................................................... 27
BỘ NGUỒN 24VDC ( NGUỒN TỔ ONG)..................................................... 27
CẦU ĐẤU DÂY 12 MẮT ............................................................................. 28
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRONG TỦ ĐIỆN.................................................. 28
LƯU ĐỒ THUẬT TỐN CỦA MƠ HÌNH ......................................................... 30
SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC ................................................................................. 33
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH .......................................................... 34
PLC KẾT NỐI VỚI PHẦN MỀM STEP 7 MICRO WIN................................... 35
PC ACCESS KẾT NỐI VỚI STEP 7 MICRO WIN........................................ 36
THIẾT LẬP PLC DRIVER ........................................................................... 37
CHO PHÉP ĐÈN KHI THAY ĐỔI TRẠNG THÁI SẼ ĐỔI MÀU .......................... 38
BẢNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MƠ HÌNH TRÊN WINCC .................................... 39
ĐỘNG CƠ, BĂNG TẢI TRÊN GIAO DIỆN WINCC ........................................ 40
CẢM BIẾN VÀ XY LANH TRÊN WINCC................................................... 40
GIAO DIỆN CHỮ TRÊN HỆ THỐNG WINCC ............................................. 41
GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WINCC .................................. 42
GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRÊN WINCC ............................. 42
MÔ HÌNH TRONG THỰC TẾ...................................................................... 43
DANH MỤC BẢNG BIỂU
BẢNG 2.1. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XY LANH CDJ2D10-50-B .............................. 17
BẢNG 2.2. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐƠNG CƠ ĐIỆN TÍCH HỢP HỘP SỐ .................. 18
BẢNG 2.3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẢM BIẾN DÙNG TRONG MÔ HÌNH ......................... 20
BẢNG 3.1. BẢNG KHAI BÁO ĐẦU VÀO ........................................................................ 31
BẢNG 3.2. BẢNG KHAI BÁO ĐẦU RA .......................................................................... 31
BẢNG 3.3. TAG THÔNG TIN TRÊN STEP 7 MICRO WIN CHO WIN CC ...................... 31
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay hệ thống điều khiển tự động khơng cịn q xa lạ với chúng ta. Nó được
ra đời từ rất sớm, nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người. Và
đặc biệt trong sản xuất, công nghệ tự động hóa rất phát triển và nó giải quyết được rất
nhiều vấn đề mà một người bình thường khó có thể làm được. Ngày càng nhiều các
thiết bị tiên tiến địi hỏi khả năng xử ly, mức độ hồn hảo, sự chính xác của các hệ
thống sản xuất ngày càng một cao hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất về số lượng, chất
lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội. Vì vậy điều khiển tự động đã trở thành một
ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của ngày điều khiển tự động
và ứng dụng của nghành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt
của con người.
Bên cạnh đó PLC được ra đời và nó ngày càng phát triển vì những tính năng ưu việt
mà nó có được. Từ khi PLC ra đời nó đã thay thế một số phương pháp cũ, nhờ khả
năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình dựa trên các tập
lệnh logic cơ bản. Để tìm hiểu rõ hơn về tự động hóa q trình sản xuất nhóm chúng
em xin được chọn đề tài: “Thiết kế mơ hình băng tải và hệ thống điều khiển giám sát
cho dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao”.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi, nhưng vì
thời gian hạn chế và tình hình thực tiển khơng được thuật lợi. Nên nếu có sai sót mong
nhận được sự thơng cảm từ các q thầy cô giáo trong bộ môn.
Qua đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong bộ mơn Tự động
hóa trường Đại học Mỏ Địa Chất, đặc biệt là thầy giáo Th.S Đào Hiếu đã hỗ trợ hết
sức để chúng em thực hiện đồ án này.
1. Tính cấp thiết
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử
mà trong đó có điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin…do đó chúng
ta phải nắm bắt và vận dụng một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển
nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự
SVTH: Đoàn Thế Trung
1
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
động nói riêng. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa
đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống
xy lanh phân loại sản phẩm.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn tồn,
chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn cịn sử dụng nhân
cơng, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều
đã nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà chúng em được học ở
trường muốn tạo hiệu suất lao động lên nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ
chính xác cao về vật liệu.
Ngày nay với đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng PLC được ứng dụng
hầu hết ở mọi nơi. Vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra có chiều cao
khác nhau, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với
sự phát triển của thế giới.
2. Mục đích, u cầu
Tìm hiểu về ngun tắc mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng PLC cũng
như ứng dụng quan trọng trong quá trình sản xuất và đặc biệt là trong cuộc sống con
người.
Yêu cầu của đề tài này là thiết kế, lập trình điều khiển giám sát cho hệ thống phân
loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC.
3. Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này là thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản
phẩm theo chiều cao dùng PLC và được giám sát bởi phần mềm Wincc. Từ đó cung
cấp phần nào thơng tin về ứng dụng của mơ hình này vào thực tế.
Các nội dung chính trong đồ án
Chương 1: Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế
Chương 2: Tìm hiểu thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng trong
phịng thí nghiệm
SVTH: Đồn Thế Trung
2
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
Chương 3: Chế tạo hệ thống điều khiển và giám sát mơ hình.
4. Phương pháp và đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu từ sách, báo, tài liệu và các thông tin trên internet. Trực tiếp học hỏi
từ giáo viên hướng dẫn.
Các tài liệu liên quan đến PLC
Tài liệu kỹ thuật về cấu trúc, nguyên lý hoạt động.
Tài liệu về trang thiết bị điệu tử
Hà Nội, ngày…..tháng……năm 2021
Sinh viên
Đoàn Thế Trung
Phạm Đăng Thiện
SVTH: Đoàn Thế Trung
3
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM TRONG THỰC TẾ.
Các khái niệm
Dây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó có các bộ phận, thiết bị
được thực hiện kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước.
Dây chuyền phân loại sản phẩm là loại dây chuyền mà trong đó sản phẩm sẽ
được phân theo từng loại riêng biệt theo yêu cầu của bài toán ( phân theo kích
thức, khối lượng, màu sắc,…)
Băng tải phân loại sản phẩm là cơ cấu được sử dụng để vận chuyển sản phẩm đi
từ điểm này sang điểm khác cách đó một khoảng cách vật lí nhất định.
Các hình thức dây chuyền phân loại sản phẩm trong thực tế.
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực
tế hiện nay. Dùng sức người, cơng việc này địi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại,
nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng việc. Chưa kể đến có
những kiểu phân loại dựa trên chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận
ra. Điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản
xuất. Vì vây, hệ thống tự động nhận dạng 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 mơ lớn, nhỏ khác nhau.
Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này là khá lớn, đặc biệt
là với điều kiện của nước ta. Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa
phần mới chỉ được áp dụng trong hệ thống có u cầu phân loại phức tạp, cịn 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. Có rất nhiều dạng phân loại sản
phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất, sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số hệ thống
chủ yếu
Phân loại theo kích thước ( cao – thấp, ngắn – dài).
Phân loại theo khối lượng sản phẩm.
Phân loại theo màu sắc sản phẩm.
SVTH: Đoàn Thế Trung
4
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
Phân loại theo hình ảnh sản phẩm.
Phân loại theo mã vạch của sản phẩm.
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước ( cao – thấp, ngắn – dài.)
1.2.1.1 Cấu tạo và hoạt động.
Là hệ thống phân loại tự động cho sản phẩm hàng hóa, trái cây và rau quả trên
cơ sở kích thước bao gồm bộ phận cấp, phân loại, thả và thu hồi sản phẩm. Máy
phân loại sản phẩm theo kích thước điều khiển tự động, độ chính xác cao, hoạt
động ổn định, phù hợp cho nhiều sản phẩm khác nhau.
Kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến quang ( cảm biến hồng ngoại) ... để
phát hiện và so sánh kích thước của sản phẩm, sau đó đưa tín hiệu về bộ điều
khiển chính (PLC, Vi điều khiển,…) và bộ điều khiển thực hiện chức năng phân
loại sản phẩm nhờ các cơ cấu chấp hành có trong dây chuyền.
Giả sử khi phân loại các sản phẩm cao thấp hay to nhỏ thì khi sản phẩm được
băng tải chuyển tới vị trí cảm biến, nếu là sản phẩm cao – to thì cảm biến có tín
hiệu và truyền tới bộ phận xử lí ngay lập tức các cơ cấu kẹp, đẩy vật hoạt động
đưa sản phẩm vào thùng chứa.
Hệ thống này thường dùng các loại băng tải con lăn hoặc băng tải cao su.
1.2.1.2 Ứng dụng trong thực tế
Dây chuyền này thường được áp dụng cho các kiểu phân loại trong thực tế như
là phân loại hàng nông sản: phân loại trứng, phân loại cà chua, phân loại rau
củ,…
Ngồi ra dây chuyền này cịn được áp dụng trong ngành logictics, ngành
thương mại điện tử,…
Kiểu phân loại này được sử dụng khá phổ biến vì chi phí khá thấp so với các
hình thức khác, vận hành và sửa chữa khá đơn giản.
SVTH: Đoàn Thế Trung
5
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
Dây chuyền phân loại cà chua theo kích thước
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng sản phẩm
1.2.2.1 Cấu tạo và hoạt động
Phân loại sản phẩm theo khối lượng cũng có cấu tạo khá giống với dây chuyền
phân loại sản phẩm theo kích thược.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng là loại dây chuyền phân cở sản
phẩm ứng dụng đa dạng các loại kiểu sản phẩm. Hệ thống này hoạt động theo
nguyên tắc kiểm tra khối lượng online, sau đó phân ra từng trọng lượng theo
yêu cầu. Dây chuyền đc thiết kế khoa học, tốc độ cao, độ chính xác tối ưu nhất.
Hệ thống sẽ xác định khối lượng toàn tải khi chạy qua băng tải bằng cảm biến
trọng lượng và đầu cân điện tử, hệ thống tủ điện điều khiển bằng PLC sẽ so
sánh giá trị cân với giá trị đặt sau đó đưa ra tín hiệu điềm khiển cho bộ phận
đẩy, kẹp sản phẩm
Hệ thồng có thể kết hợp với màn hình HMI và tín hiệu đèn báo, còi hú,… để
giúp phát hiện sản phẩm lỗi.
1.2.2.2 Ứng dụng trong thực tế
Hệ thống này còn phân loại được các loại thực phẩm, thủy hải sản, nơng
sản,…ngồi ra hệ thống cịn phân loại được các sản phẩm trái cây tươi, đông
lạnh, hải sản, thực phẩm tươi sống,…
Hệ thống này được sử dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất phân bón, xin
măng, gạo,… nói chung là các sản phẩm cần đóng gói bao bì, thùng hộp,… cần
SVTH: Đoàn Thế Trung
6
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
khối lượng chính xác
Hệ thống cân định lượng, đóng gói và phân loại bao xi măng
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc
1.2.3.1 Cấu tạo và hoạt động
Sử dụng những cảm biến có khả năng phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng
tải, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nhận biết được màu sắc nào sẽ
được cựa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng. Phát hiện
màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỉ lệ phải chiếu của một màu chính,
được phản xạ bởi các màu khác nhau theo màu của đối tượng. Bằng cách sử
dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi tắt là FAO (góc quang tự do), cảm biến
E3MC phát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sang trên một trục quang học
đơn. E3MC sẽ thu ánh sang phản chiếu của các cảm biến nhận và xử lí tỷ lệ các
màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần
cảm nhận.
Các cảm biến màu sẽ được cung cấp ánh sáng để tránh bị nhiễu do môi trường.
1.2.3.2 Ứng dụng trong thự tế.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể sử dụng trong các ngành
nơng nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, cơng nghiệp dược phẩm, sản xuất
màu,…
Hệ thống phân loại màu sắc cịn có thể phân loại được các sản phẩm như thủy
tinh, nhựa, than quặng,…
SVTH: Đoàn Thế Trung
7
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
So với kiểu phân loại truyền thống phân loại theo màu sắc hiệu quả hơn, tốc độ
nhanh hơn, chi phí thấp, đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt hơn
Phân loại trái cây theo màu sắc
Dây chuyền phân loại theo hình ảnh sản phẩm.
1.2.4.1 Cấu tạo và hoạt động.
Hệ thống phân loại bằng hình ảnh sử dụng camera và cảm biến sensor là một
máy phân loại quang học với các camera, cảm biến sensor có độ phân giải cao
nhất để kiểm tra sản phẩm trên băng chuyền.
Vision camera: nhiệm vụ chụp hình đối tượng cần kiểm tra, camera này giống
như camera bình thường nhưng có thêm chức năng trigger chỉ chụp hình khi có
tín hiệu kích thích từ cảm biến hoặc từ phần mềm.
Đèn chiếu sáng: đây có thể xem là phần quan trọng không thể thiếu của hệ
thống ngoại quan, có nhiệm vụ làm nổi bật các lỗi cần kiểm tra và loại bỏ các
nhiễu không cần thiết giúp quá trình xử lí ổn định hơn. Đèn có nhiều loại với
hình dạng kích thước khác nhau, tùy theo ứng dụng sẽ chọn các đèn phù hợp.
Sensor ( cảm biến ): phát hiện vật đã vào vùng nhìn của camera và kích ( tạo tín
hiệu trigger) cho camera chụp. Tín hiệu trigger được tạo ra khi sản phẩm chạy
qua cảm biến nhận biết vật thể ( laser, quang, tiệm cận,…), cảm biến này có
nhiệm vụ báo cho camera biết là sản phẩm đã vào vùng chụp và chụp ảnh lại.
Bộ xử lí: chứa các thư viện xử lí ảnh, chức năng dùng các hàm trong thư viện
để xử lí ảnh thu được từ camera. Bộ xử lí này có thể tích hợp trên camera, một
bộ phận tách rời hoặc có thể là một PC bình thường. trên bộ xử lí có các tín
hiệu I/O nhằm giao tiếp với PLC hoặc cơ cấu chấp hành.
SVTH: Đoàn Thế Trung
8
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
Ngoài ra hệ thống kiểm tra ngoại quan sẽ thường phối hợp với các cơ cấu chấp
hành phân loại sản phẩm sau khi kiểm tra. Nếu sản phẩm sai lỗi sẽ được loại ra
khỏi dây chuyền và sẽ được giữ lại. Cơ cấu này tùy theo dây chuyền sản xuất có
thể là robot gắp vật, cơ cấu gạt, bộ đẩy khí nén,…
1.2.4.2 Ứng dụng trong thực tế.
Hệ thống kiểm tra phân loại bằng hình ảnh, camera ứng dụng trong ngành cơng
nghiệp, thực phẩm, đồ uống, mày móc cơng nghiệp,…
Ưu điểm của hệ thống này là:Đảm bảo chất lượng sản phẩm không đổi, đáp ứng
mong đợi của tiêu dùng, đánh giá và phân loại chất lượng sản phẩm, ví dụ như
hình thức bên ngồi, tính hồn chỉnh, tính ngun vẹn, độ lệch màu bằng hệ
thống kiểm tra bằng hình ảnh – vision inspection system, tăng năng suất nhờ
các quy trình tự động
Hệ thống xử lí ảnh cơng nghiệp
Dây chuyền phân loại theo mã vạch của sản phẩm.
1.2.5.1 Cấu tạo và hoạt động.
Hệ thống này sử dụng máy quét mã vạch để quét các mã vạch được in, dán trên
sản phẩm.
Hàng được tự động đo kích thước và mã quét mã vạch khi băng chuyền chuyển
hàng qua hệ thống cảm biến đo kích thước, quét mã vạch.
Các băng tải được lắp trên băng chuyền sẽ điều hướng các kiện hàng đến đúng
nơi quy định sau khi được quét cảm biến.
Các cảm biến của băng chuyền được lắp tích hợp với con lăn truyền động có
SVTH: Đồn Thế Trung
9
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ kiểm sốt các kiện hàng để tránh tình trạng ùn ứ.
1.2.5.2 Ứng dụng trong thực tế.
Độ chính xác của dây chuyền này khá cao nên được ứng dụng khá phổ biến
trong các ngành công nghiệp thương mại như:Với sản phẩm điện tử, công nghệ
phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model,… với các bưu phẩm, đơn
hàng chuyển phát nhanh phân loại theo ngày lên đơn, cách thức đóng gói, địa
điểm giao hàng, hàng chuyển nhanh, tiêu chuẩn,…với các sản phẩm nơng sản
đóng gói phân loại theo hạn sử dụng, số lo chế biến, cấp sản phẩm,…
Hệ thống này còn giúp nhận biết được mặt hàng, số lượng sản phẩm, địa điểm
cần phân phối đến hoặc sản phẩm được đặt riêng cho các khách hàng thân thiết.
Tất cả cơng đoạn đóng gói và phân loại sản phẩm đều được thực hiện nhanh
chóng nhờ giải pháp mã vạch giúp doanh nghiệp tiết kiệm được tối đa chi phí
th mướn nhân cơng cũng như giảm phụ thuộc vào con người dần dần đưa nhà
máy vào quy trình tự động hóa, cơng nghệ hóa.
Hệ thống phân loại bưu kiện bằng mã vạch
SVTH: Đoàn Thế Trung
10
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU THIẾT KẾ MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO DÙNG TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM
Giải pháp u cầu thiết kế của mơ hình.
u cầu.
Mơ hình xây xựng được phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
Cơ chế làm việc
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác
định chiều cao của sản phẩm. Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao
khác nhau.
Đối tượng phân loại
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng để phân loại các sản
phẩm có chiều cao khác nhau với độ chính xác cao. Hệ thống được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành công nghiệp như: Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất gạch ngói,
ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả, ứng dụng
trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.
Phạm vi giới hạn của mơ hình
Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu.
Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hồn thiện cả về chất
lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới
hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau:
•
Kích thước sản phẩm phân loại: cao từ 3cm đến 15cm chiều rộng khơng q
5cm
•
Khối lượng sản phẩm phân loại : nhỏ hơn 1Kg
•
Hệ thống điều khiển bằng PLC
•
Hệ thống dẫn động là băng chuyền tuy nhiên vì lí do kiến thức và kinh phí cịn
hạn hẹp nên chưa có hệ thống cấp phơi tự động cho mơ hình, mà mơ hình sẽ
được cấp phơi bằng tay.
•
Sản phẩm sau khi phân loại sẽ dễ dàng đóng thùng. Dễ dàng cho cơng tác vận
SVTH: Đồn Thế Trung
11
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
chuyển tiết kiệm thời gian và nhân cơng qua đó giúp tiết kiệm chi phí cho
doanh nghiệp
Giải pháp thiết kế
2.1.2.1 Phương án 1.
Sử dụng một băng tải để vận chuyển sản phẩm, một công tắc hành trình được đặt ở
phía trên băng tải để xác định các sản phẩm có chiều cao vượt quá cho phép. Một xy
lanh để đẩy phế phẩm ra khỏi băng tải. Một cảm biến để đếm sản phẩm, sử dụng van
tiết lưu năm cựa hai vị trí để điều khiển xy lanh.
a) Ưu điểm
Phương án này có cơ chế hoạt động và giới hạn của đối tượng nêu trên yêu cầu, vận
hành dễ dành tiết kiệm chi phí làm mơ hình...
Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử dụng ít pittong
hơn, ít băng tải nên giá thành chế tạo thấp, ít dùng cảm biến nên dễ dàng cho việc điều
khiển.
b) Nhược điểm
Chỉ phân loại được các sản phẩm có chiều cao khác nhau, chưa có tính năng linh
hoạt trong khâu phân loại và đóng gói.
2.1.2.2 Phương án 2
Sử dụng hai băng tải để vận chuyển sản phẩm, một dùng để vận chuyển sản phẩm
đến để phân loại, một để vận chuyển các sản phẩm đã được phân loại đi đóng thùng,
sử dụng 2 xy lanh để đẩy các sản phẩm đạt chất lượng từ băng tải 1 sang băng tải 2, sử
dụng công tắc hành trình ở băng tải 1 để phân loại sản phẩm. Bộ cảm biến để đếm sản
phẩm, sử dụng van tiết lưu 5/2 để điều khiển xy lanh. Cơ chế và đối tượng phân loại
trong phương án này tuy vận hành liên tục và tự động hoàn toàn hơn đa dạng hơn
nhưng lại khó điều khiển hơn, chi phí cao hơn.
a) Ưu điểm
Phân loại được sản phẩm đa dạng hơn, có thể cùng một phân khúc phân loại nhiều
kích thước của sản phẩm.
SVTH: Đoàn Thế Trung
12
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
b) Nhược điểm
Sử dụng nhiều xy lanh và băng tải hơn nên tốn kém hơn trong việc chế tạo, sử dụng
nhiều cảm biến nên khó khăn trong việc điều khiển, tốn nhiều thời gian.
Thiết kế mơ hình.
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao là kiểu phân loại theo kích thước
của sản phẩm, mà cụ thể ở đây là căn cứ theo chiều cao của sản phẩm mà phân ra các
loại sản phẩm khác nhau ( loại sản phẩm cao, thấp hay trung bình…). Như đã nói ở
trên thì dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng nhiều trong việc
phân loại các sản phẩm đóng chai, lọ… như: bia, rượu, nước đóng chai... Và đây là
cơng đoạn cuối trong dây chuyền sản xuất, có chức năng phân loại sản phẩm và đưa
vào các thùng chứa tương ứng. Mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao của chúng
em được nghiên cứu dựa trên các mơ hình cũ có trong phịng thí nghiệm của trường
gồm các linh kiện chính sau.
Một băng tải
Một động cơ một chiều kéo băng tải
Xy lanh khí nén
Các cảm biến
Van điện từ
Nút nhấn
PLC S7 – 200 hãng Siemens
Và 1 số thiết bị phát sinh đi kèm
Cấu trúc của mơ hình
Cấu trúc mơ hình gồm:
Một băng tải cao xu
Ba cảm biến nhận biết chiều cao sản phẩm
Hai xy lanh để phân loại sản phẩm.
Một động cơ điện một chiều để kéo băng tải
Nguyên lí hoạt động của mơ hình
SVTH: Đồn Thế Trung
13
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp trên băng tải. Bên cạnh băng
tải có đặt các cảm biến, phụ thuộc vào kích thước sản phẩm mà chúng có tác động vào
cảm biến hay không, khi sản phẩm tác động vào cảm biến chúng sẽ được đẩy sang các
máng phân phân loại. Thông qua hệ thống tự động cho đến khi đủ số lượng yêu cầu,
Các chuyển động chính của hệ thống:
Chuyển động của băng tải để mang sản phẩm đi phân loại.
Chuyển tịnh tiến của piston nhằm đẩy sản phẩm vào máng phân loại.
Cấu trúc mơ hình
Thiết kế băng tải sử dụng trong mơ hình.
Băng tải được thiết kế khá đơn giản gồm các bộ phận chính như: khung băng tải,
dây băng, con lăn, động cơ, biến tần, tang chủ động, tang bị động,…Trong đó tang chủ
động giữ vai trò truyền dẫn trong hệ thống băng tải.
Băng tải hoạt động nhờ hệ thống dẫn động được gắn với động cơ. Sử dụng con lăn
giúp đỡ dây băng tải khơng bị trùng trong q trình vận chuyển. Tùy vào nhu cầu vận
chuyển và yêu cầu mà thiết kế hệ thống băng tải phù hợp với nhu cầu sản xuất.
2.2.2.1 Tính tốn sơ bộ băng tải:
Chọn chiều rộng của băng tải: kích thước của phơi: h1 = 9cm, h2 = 6cm, h3 = 4cm
SVTH: Đoàn Thế Trung
14
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
d1 = d2 = d3 = Ø21. Khối lượng phôi M = 0,05g Dựa vào kích thước của sản phẩm
chúng ta chọn sử dụng loại băng tải PVC chiều rộng 6cm chiều dài 45cm để tối ưu hóa
cho hệ thống. Loại băng tải sử dụng là băng tải có khung nhơm định hình kết hợp với
dây băng tải PVC nhằm giảm thiểu tối đa trọng lượng bên cạnh đó dễ dàng lắp ráp
cũng như tính thẩm mĩ cao rất thích hợp làm mơ hình nghiên cứu học tập trong phịng
thí nghiệm.
Loại băng tải sử dụng trong mơ hình.
2.2.2.2 Ngun lí hoạt động của băng tải.
Khi động cơ bật, rulô quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa
rulô và dây băng băng tải. Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tải khi dây băng
tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulơ bị động để dây băng tải căng ra tạo lực ma sát
giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băng tải và Rulô sẽ làm cho
băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó
sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển động của băng tải. Để tránh băng tải bị võng, người
ta dùng các con lăn đặt ở phía dưới bề mặt băng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma
sát trên đường đi của băng tải. Băng tải cao su được bao bọc bởi chất liệu cao su chất
lượng cao, bên trong làm bằng chất liệu polyester, một loại sợi tổng hợp và sợi
poliamit, có đặc tính rất bền, chịu được nước, chịu được thời tiết ẩm, dây băng tải đòi
hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma sát cao. Một yếu tố rất quan trọng là hệ số
giãn dây băng tải phải rất thấp, vận chuyển được nhiều, có thể chuyển được vật liệu ở
khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao
2.2.2.3 Nhiệm vụ của băng tải trong mơ hình
SVTH: Đồn Thế Trung
15
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
Là bộ phận quan trọng được đặt ở giữa mơ hình dùng để vận chuyển các sản phẩm
qua hệ thống phân loại.
Xy lanh khí nén.
Với điều kiện lực đẩy xy lanh thắng được ma sát nghỉ của phôi trượt xuống máng
phân loại phôi. Khối lượng của phơi gồm có 3 loại với khối lượng hoàn toàn khác
nhau.
Là cơ cấu chấp hành để thực hiện đẩy sản phẩm khi có tín hiệu từ cảm biến.
Xy lanh dùng trong mơ hình
Tính tốn xy lanh khí nén:
Lực đẩy hay kéo của xi lanh:
Áp suất P và lực F trong xi lanh
Lực đẩy hay kéo của piston gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính
theo cơng thức:
F = P ∗ A = [N]
Trong đó:
P là áp suất khí nén [Pa]
SVTH: Đồn Thế Trung
16
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
A là diện tích bề mặt Piston [𝑚2]
F là lực tác dụng vng góc với bề mặt Piston [N]
Theo tính ta chọn xy lanh CDJ2D10-50-B làm thiết bị vận hành cho hệ thống.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của xy lanh CDJ2D10-50-B
Thông số
Số liệu
Ứng dụng
Khí nén
Đường kính
10mm /0.4 inch
Độ dài làm việc
50mm/ 2 inch
Áp suất
1Mpa
Nhiệt độ
-5 ˚C - 70˚C
Trọng lượng
37 gam
Kiểu tác động
Hai tác động một trục
Tốc độ piston
50 đến 750 mm/s
Áp suất hoạt động tối đa
0,7 MPa = 7 Bar
Áp suất hoạt động tối thiệu
0,06 MPa = 0,6 Bar
Động cơ điện
Là thiết bị được đặt ở đâu băng tải có nhiệm vụ kéo băng tải chạy theo chiều nhất
định từ khối lượng và yêu cầu của bài toán ta chọn động cơ điện một chiều tích hợp
hộp số giảm tốc:
Hộp số giảm tốc, hộp giảm tốc là một thiết bị về cơ học. Bên trong hộp giảm
tốc có rất nhiều bánh răng, trục vít,… giúp chuyển động nhằm giảm tốc độ
vịng quay của động cơ điện (tuy nhiên tốc độ ở đây không phải là tốc độ dài).
Hộp giảm tốc hoạt động trên nguyên lý cơ cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có
SVTH: Đồn Thế Trung
17
MSSV: 1521060257
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: Th.S Đào Hiếu
tỷ số truyền không đổi nhằm giảm vận tốc góc, tăng mơ men xoắn. Hộp giảm
tốc được đặt nằm giữa động cơ điện và tải, tức là cốt của động cơ điện sẽ gắn
với hộp giảm tốc, và cốt của hộp giảm tốc sẽ gắn với tải (xích, đai, nối cứng).
Động cơ điện một chiều có hộp số giảm tốc
Ưu điểm khi sử dụng động cơ tích hợp hộp số giảm tốc:
Động cơ có mơ men xoắn cao
Nhỏ gọn tích hợp cả hộp số giảm tốc phù hợp với mơ hình
Cơng suất cao có thể điều khiển được tốc độ và chiều của động cơ.
Giá thành khá rẻ dễ tìm kiếm, dễ lắp ráp sử dụng và thay thế
Thông số kĩ thuật của động cơ.
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của đơng cơ điện tích hợp hộp số
Thơng số
Số liệu
Kích thước
37*58mm
Hộp số
4mm
Chiều dài trục
15mm
Điện áp
12VDC
Dòng định mức
0.15A
Tốc độ quay
50 vòng/phút
SVTH: Đoàn Thế Trung
18
MSSV: 1521060257
