Thiết kế công nghệ tự động phân loại sản phẩm

1
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
MỤC LỤC
MỤC LỤC...........................................................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................................................2
Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ...........................................................................................................3
1.1. Tìm hiểu công nghệ tự động phân loại sản phẩm.................................................................................3
1.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý .......................................................................................................................4
1.2.1.Nguyên lý hoạt động :.....................................................................................................................4
1.2.2.Phương pháp ma trận trạng thái.....................................................................................................4
1.2.3.Đặt biến logic cho hệ thống :...........................................................................................................5
1.2.4.Tổng hợp mạch điều khiển:.............................................................................................................6
1.2.5. Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống sử dụng thiết bị điện – khí nén:............................................9
Chương 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ.....................................................................................................................12
3.1. Chọn thiết bị khí nén...........................................................................................................................12
3.1.1. Nguồn khí nén: .............................................................................................................................12
3.1.2. Chọn xilanh : ................................................................................................................................13
3.1.2. Chọn đầu nối ống.........................................................................................................................15
3.2.Chọn các thiết bị điện:..........................................................................................................................16
3.2.1. Chọn cầu dao và cầ̀u chì:..............................................................................................................16
3.2.2. Chọn công tăc hành trình :...........................................................................................................16
3.2.3. Chọn transistor điếu khiển cuộn hút của các van phán phối điện khí.........................................17
3.2.4. Chọn nút ấn..................................................................................................................................17
3.2.5. Chọn TRIGƠ, AND và OR...............................................................................................................17
3.2.7.Nguồn switching một chiều 200W 5V/12V/24V...........................................................................18
Chương IV: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ LẮP RÁP.............................................................................................................19
4.1 .Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị ............................................................................................................19
4.2.Sơ đồ lắp ráp của mạch điểu khiển hệ thống......................................................................................19
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
2
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức

LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, có thể nói một
trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ
tự động hóa trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng suất sản xuất và
chất lượng sản phẩm làm ra .
Ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đây
cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới
thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hóa các
quá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất
xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức .
Ngày nay tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng
ngõ ngách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm .Một trong
những ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là công nghệ tự động phân loại sản
phẩm .Đây là quá trình lựa chọn sản phẩm theo tiêu trí cho trước .
Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thời
gian xác định do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điều
khiển cho hệ thống .Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhưng
ở đây ta sử dụng phương pháp “Ma trận trạng thái” .
Trong quá trình làm đồ án, được sự giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình của thầy
giáo hướng dẫn DƯƠNG MINH ĐỨC, em đã hoàn thành được bản đồ án này .Tuy
nhiên do trình độ có hạn, bản đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót .
Em mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo và các bạn .
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
3
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
1.1. Tìm hiểu công nghệ tự động phân loại sản phẩm
Ban đầu, ta cấp nguồn điện cho hệ thống rồi ấn nút khởi động .Các piton A,
B, C đang ở vị trí ban đầu ( như hình vẽ ) .Khi có sản phẩm được đưa vào máng
đẩy thì nó tác động vào công tắc hành trình d, công tắc hành trình bị tác động

chứng tỏ đã có sản phẩm đi vào máng đẩy,pitton A thực hiện chuyển động sang
phải (nguyên công A+ ) .Khi sản phẩm được dẩy đến vị trí để xác định chất lượng
thì nó tác động vào công tắc hành trình a1 làm cho piton A chuyển động sang trái
(nguyên công A-), đồng thời bộ đo lường chất lượng sản phẩm được kích hoạt để
xác định chất lượng của sản phẩm .Khi pitton A đi về đến vị trí tận cùng bên trái,
nó tác động vào công tắc hành trình a0 kết hợp với thông tin về chất lượng sản
phẩm ( đã được xử lý ) được dung để điều khiển cơ cấu phân loại :
Nếu sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng thì có các tín hiệu đầu vào: p0=1,
p1=0 pitton B thực hiện chuyển động đẩy sản phẩm theo máng trượt xuống ngăn
chứa sản phẩm đạt yêu cầu ( nguyên công B+ ) .Khi pitton B đi sang vị trí tận cùng
bên trái của hành trình-nơi mà sản phẩm được phân loại đã chắc chắn xuống đến
ngăn chứa sản phẩm có chất lượng tốt thì nó tác động vào công tắc hành trình b1:
có tín hiệu b1=1, nhờ vậy pitton B được thu về ( nguyên công B- ) .Khi pitton B đi
về đến vị trí ban đầu thì tác động vào công tắc hành trình b0: có tín hiệu b0=1, kết
thúc quá trình phân loại sản phẩm đầu tiên.
Nếu sản phẩm không đạt tiêu chuẩn chất lượng thì có các tín hiệu đầu vào
p0=0, p1=1, pitton C thực hiện chuyển động đẩy sản phẩm theo máng trượt xuống
ngăn chứa sản phẩm không đạt yêu cầu chất lượng ( nguyên công C+ ) .Khi pitton
C đi sang vị trí tận cùng bên trái của hành trình-nơi mà sản phẩm được phân loại
đã chắc chắn xuống đến ngăn chứa sản phẩm có chất lượng xấu thì nó tác động
vào công tắc hành trình c1: có tín hiệu c1=1, nhờ vậy pitton C được thu về
( nguyên công C- ) .Khi pitton C đi về đến vị trí ban đầu thì tác động vào công tắc
hành trình c0: có tín hiệu c0=1, kết thúc quá trình phân loại sản phẩm đầu tiên .
Sau khi phân loại xong sản phẩm đầu tiên, các pitton cũng như các công tắc
hành trình đều quay trở lại trạng thái ban đầu, chờ sản phẩm khác được đưa vào
máng để phân loại .Và như vậy là hệ thống hoạt động một cách tự động .
Trong trường hợp có sự cố cần phải dừng hoạt động của hệ thống gấp cũng
như khi kết thúc một giai đoạn sản xuất, người vận hành muốn dừng việc hoạt
động của hệ thống thì có thể thực hiện dễ dàng với các thao tác đơn giản .
Kết luận:

Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
4
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
Theo chu trình hoạt động của thiết bị như quá trình công nghệ đã nêu thì
chúng ta thấy đối tượng điều khiển ở đây là các xi lanh A, B, C.
1.2. Thiết kế sơ đồ nguyên lý
1.2.1.Nguyên lý hoạt động :
Đầu tiên sản phẩm cần phân loại được đưa tới dây truyền phân loại, tác động
vào nút điều khiển p làm cho piton A chuyển động đẩy sản phẩm ra khu vực phân
loại .Khi đó tùy thuộc vào chất lượng sản phẩm sẽ kích hoạt một trong hai piton B
hoặc C chuyển động đẩy sản phẩm về nơi đã được phân loại, hoàn thành công
đoạn phân loại và tách riêng các sản phẩm có cùng chất lượng.
1.2.2.Phương pháp ma trận trạng thái
Khi gặp những đối tượng công nghệ mới, người đặt hàng thường chỉ nêu
những yêu cầu của đối tượng cần được thỏa mãn .Những yêu cầu đó thể hiện các
trạng thái của hệ thống cần có theo công nghệ .Vì vậy một cách tốt nhất và ít sai
sót nhất là ghe chép lại tất cả các yêu cầu đặt hàng đó thành một bảng kèm theo sự
sắp xếp hợp lí, khoa học .Bảng thống kê đó gọi là bảng trạng thái, nó thể hiện mối
quan hệ giữa các tín hiệu vào ở các trạng thái bất kì nào của hệ .Trong bảng bao
gồm các cột:
Trạng thái của hệ biểu thị các mệnh đề nói rõ về công nghệ hoặc những nguyên
công mà máy cần thỏa mãn .Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái của hệ
Cột các tín hiệu vào bao gồm những cột chứa các tổ hợp logic các tín hiệu đưa
vào hệ điều khiển .Những tín hiệu này bao gồm những tín hiệu phát lệnh điều
khiển của mạch vận hành của thiết bị, chương trình hoặc những tín hiệu phát ra từ
các đối tượng công nghệ .
Phương pháp tổng hợp mạch điểu khiển sử dụng bảng trạng thái được gọi là
phương pháp ma trận trạng thái .Sau đây ta sẽ xây dựng bảng trạng thái cho hệ
điều khiển công nghệ máy tự động phân loại sản phẩm và từng bước tổng hợp
mạch điều khiển .

Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
5
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
1.2.3.Đặt biến logic cho hệ thống :
Các tín hiệu vào :
a0 : tín hiệu điều khiển piton A chuyển động sang phải
a1 : tín hiệu điều khiển pitong A chuyển động sang trái
b0 : tín hiệu điều khiển pitong B chuyển động đẩy xuống
b1 : tín hiệu điều khiển pitong B chuyển động đi lên
c0 : tín hiệu điều khiển pitong C chuyển động đẩy lên
c1 : tín hiệu điều khiển pitong C chuyển động đi xuống
Để bớt phức tạp ta có thể rút gọn số biến vào:
a = 0 từ khi a0 = 1 đến khi a1 = 1
a = 1 từ khi a1 = 1 đến khi a0 = 1
b = 0 từ khi b0 = 1 đến khi b1 = 1
b = 1 từ khi b1 = 1 đến khi b0 = 1
c = 0 từ khi c0 = 1 đến khi c1 = 1
c = 1 từ khi c1 = 1 đến khi c0 = 1
Ta dùng thêm biến d:
d = 1 khi có sản phẩm rơi xuống chờ
d = 0 khi chưa có sản phẩm rơi xuống
Các tín hiệu đều chọn là dạng xung, giá trị của tín hiệu là 0 ứng với không hoạt
động, là 1 ứng với hoạt động.
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
6
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
1.2.4.Tổng hợp mạch điều khiển:
Để thực hiện bài toán trên ta phân thành hai bài toán như sau:
Nếu sản phẩm tốt, hệ thống thực hiện theo công nghệ:
Nếu sản phẩm xấu, hệ thống sẽ thực hiện theo công nghệ:

Do hai bài toán trên là tương đương nên ta chỉ cần giải bài toán 1, sau đó suy ra kết
quả.
Giải bài toán 1:

Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
7
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
• Xác định biến vào ra:
( )
( )
àov
abd
A A B B ra
+ − + −
=
• Graph chuyển trạng thái:

000
0000

001
1000
100
0100
000
0010
010
0001
(1) (2) (3) (4)

Trạng
thái
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
000 001 011 010 110 111 101 100 A+ A- B+ B-
(1) (1) 2 1 0 0 0
(2) 3 (2) 0 1 0 0
(3) (3) 4 0 0 1 0
(4) 1 (4) 0 0 0 1
1+2+3+4 (3) (1) (4) (2)

• Xác định hàm điều khiển các biến ra:
Cho biến
A
+
:
0 1 0 0
A abd
+
⇒ =
Cho biến
A
−
:
0 0 0 1
A a
−
⇒ =
Cho biến
B
+

:
1 0 0 0
B abd
+
⇒ =

Cho biến
B
−
:
0 0 1 0
B b
−
⇒ =
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
8
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
Tương tự phương pháp như trên ta giải bài toán 2 được kết quả như sau:
A acd
+
=
A a
−
=
C acd
+
=

C c
−

=
Ta tổng hợp với kết quả bài toán 1 và hiệu chỉnh thêm cảm biến phân loại sản
phẩm p theo yêu cầu của công nghệ được hàm điều khiển cho các biến như sau:
0 0 0 1
( ) ( . . . ). .F A a b c d a p a
+
= +
1 0
( ) ( ).F A a a a
− −
= +
0 0 1
( ) ( . ).F B p a b b
+ +
= +
1 0
( ) ( ).F B b b b
− −
= +
1 0 1
( ) ( . ).F C p a c c
+ +
= +
1 0
( ) ( ).F C c c c
− −
= +
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
9
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức

Sơ đồ cấu trúc:
b
1
b
0
B
-
b
-
p
0
b
1
B
+
b
+
a
1
a
0
A
-
a
-
a
0
a
1
A

+
a
+
c
1
c
0
C
-
c
-
p
1
c
1
C
+
c
+
b
0
c
0
d
a
0
a
0
p
1.2.5. Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống sử dụng thiết bị điện – khí nén:

Trong hệ thống ta sử dụng thiết bị chấp hành là khí nén và thiết bị điều
khiển là thiết bị điện như đã chọn sơ bộ ở phần trước. Từ các hàm điều khiển đã
lập được, ta xây dựng được sơ đồ nguyên lý điều khiển như hình sau:

Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023
10
Đồ án môn Điều Khiển Logic Gv hướng dẫn: Dương Minh Đức
Thuyết minh sơ đồ nguyên lý điều khiển:
Ban đầu ta phải cấp điện cho hệ thống điều khiển cũng như cấp khí nén vào các
van phân phối, rồi ấn nút x thì tạo ra tín hiệu xác lập cho các môđun trạng thái,
các đầu ra của chúng có tín hiệu ở mức 0:
MD0=MD1=MD2=MD3=MD4=MD5=MD6=0.
Sau đó ấn nút m để xác lập trạng thái ban đầu và khởi động : môđun trạng
thái 0 được xác lập có đầu ra ở mức logic cao MD0=1 ( trạng thái ban đầu đc xác
lập).
Tín hiệu MD0 được đưa đến để mở các Transistor T2,T4,T6 cho phép dòng
điện đi qua các cuộn dây A
-
, B
-
, C
-
làm cho các van phân phối xác định ở trạng thái
0 điều khiển dòng khí nén vào các xilanh A, B, C khiến các piston A, B, C lần lượt
được đưa về vị trí a
0
, b
0
, c
0

tức : a
0
= b
0
= c
0
= 1 ; a
1
= b
1
= c
1
= 0. Đây chính là
trạng thái ban đầu mong muốn để chuẩn bị cho hoạt động phân loại sau đó.
Khi có sản phẩm vào d=1, trigơ 1 được thiết lập ở mức cao, do đó đầu ra của
nó được thiết lập : MD1 = 1, đầu ra của môđun 1(MD1) được nối với cực bazơ của
transistor T1 nên khi MD1=1 thì van T1 mở đặt điện áp lên hai đầu cuộn hút A
+
kích hoạt van 7/5/2 điện khí nén làm cho nó ở mức 1. Nhờ đó khí nén được đưa
vào xilanh A làm cho piston A chuyển động sang phải( thực hiện nguyên công A
+
).
Chuyển động A
+
của piston A đẩy sản phẩm sang phải.
Khi sản phẩm đã đến vị trí để thiết bị đo lường xác định chất lượng thì nó
tác động vào công tắc hành trình a
1
làm xuất hiện tín hiệu a
1

= 1. Tín hiệu này
được kết hợp với MD1 đưa tín hiệu đầu vào thiết lập trigơ 2 là mức cao. Dẫn tới
đầu vào ra của trigơ 2 thiết lập mức cao MD2 =1. Vì tín hiệu a
1
được đưa trở về
đầu vào xóa của trigơ 1 làm cho đầu ra của nó thiết lập lại ở mức thấp MD1 = 0
làm cho van T1 bị khóa lại. Đồng thời, vì đầu ra của môđun 2(MD2) được nối với
cực bazơ của transistor T2 nên khi MD2 = 1 thì van T2 mở đặt điện áp lên hai đầu
cuộn hút A
-
kích hoạt 7/5/2 điện – khí nén làm cho nó ở mức logic thấp (0). Nhờ
đó đưa khí nén vào xilanh làm cho piston A chuyển động sang trái( thực hiện
nguyên công A
-
).
Khi piston A chuyển động tới vị trí ban đầu ( tận cùng bên trái – như hình
vẽ) thì tác động vào công tắc hành trình a
0
làm xuất hiện tín hiệu a
0
= 1, tín hiệu
này được đưa trở về đầu vào xóa của trigơ 2 làm cho đầu ra của nó thiết lập lại ở
mức thấp 2 MD2 = 0 làm cho van T2 bị khóa lại. Cảm biến p được đưa vào đầu
xóa của MD2 để chắc chắn A
+
không làm việc khi còn sản phẩm đang chờ xử lý.
Lúc này xảy ra hai khả năng:
+ Nếu cảm biến chẩt lượng sản phẩm báo sản phẩm kiểm tra là tốt , tức tín hiệu
p
0

= l (p
1
= 0) thì tín hiệu này được AND với tín hiệu a
0
= 1 làm cho đầu vào thiết
lập của trigơ 3 là mức logic cao làm cho đầu ra của trigơ này được thiết lập ở mức
cao MD3 = l. Vì đầu ra của môđun 3 (MD3) được nối với cực bazơ của transistor
T3 nên khi MD3 = 1 thì van T3 mở đạt điện lên hai đầu cuộn hút B
+
kích hoạt van
7/5/2 điện - khí nén B làm cho nó ở mức logic cao (1). Nhờ đó, khí nén được đưa
vào xilanh B làm cho piston B chuyển động đẩy sản phẩm vào ngăn chứa sản
phẩm tốt ( thực hiện nguyên công B
+
). Khi sản phẩm đã chắc chắn được đưa vào
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Cường TC06 - 4023