Thiết kế hệ thống chiết rót tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG

Trưởng bộ môn

: TS. Trần Trọng Minh

Giáo viên hướng dẫn

: Th.s Phan Thị Huyền Châu

Sinh viên thực hiện

: Phan Đức Huy

Lớp

: CN ĐK&TĐH2 - K57

MSSV

: 20125567

Hà Nội, 06-2016

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình chiết rót tự động do
em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của Th.S Phan Thị Huyền Châu và Th.S Đào Quý
Thịnh. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu
phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Phan Đức Huy


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.........................................................................................................ii
MỤC LỤC..................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU..................................................................................iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................................iv
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 1
Chương 1...................................................................................................................... 2
TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG.................2
1.1. Giới thiệu chung về các dây chuyền chiết rót tự động.........................................2
1.2. Vai trò của hệ thống chiết rót tự động...................................................................2
Các hệ thống chiết rót tự động xuất hiện trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công
nghiệp, y tế, dân sinh,… và là một nhân tố không thể thiếu trong đời sống. Như
chúng ta cũng đã biết việc sản xuất của các doanh nghiệp yêu cầu đòi hỏi độ chính
xác cao và năng xuất cũng phải cao nhưng vẫn đảm bảo an toàn và giảm thiểu sức

lao động của con người. Nếu không có một dây chuyền như vậy thì chúng ta sẽ phải
cần một lượng lao động lớn để làm việc chiết rót vào chai như vậy sẽ mất nhiều thời
gian và lượng sản phẩm có thể hao hụt do chiết rót bằng tay. Như vậy doanh nghiệp
sẽ tốn nhiều chi phí để cho sản xuất ra một sản phẩm lúc đó giá thành sẽ tăng điều
này thì không có lợi cho cả doanh nghiệp cũng như là người tiêu dùng. Dây chuyền
sản xuất tự động là phương án tốt cho doanh nghiệp cũng như là người lao động lúc
đó doanh nghiệp sẽ giảm thiểu được sự hao tổn do nguyên liệu được chiết rót hoàn
toàn bằng máy...............................................................................................................3
1.3. Nhu cầu thực tế xây dựng, tìm hiểu mô hình chiết rót tự động............................3
1.4. Mô hình chiết rót tự động......................................................................................4
Chương 2...................................................................................................................... 5
THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ................................................5
2.1. Các yêu cầu trong mô hình chiết rót tự động.......................................................5
2.2. Xây dựng hệ truyền động.....................................................................................5
2.2.1. Phân tích lựa chọn băng tải...........................................................................5
2.2.2. Tính toán lựa chọn động cơ...........................................................................7
2.3. Xây dựng hệ thống điện - điều khiển...................................................................9
2.3.1. Khối cơ cấu chấp hành................................................................................10


2.3.2. Khối vào/ra (I/O).........................................................................................13
16
2.3.3. Khối nguồn..................................................................................................17
b) Modun điều chỉnh nguồn....................................................................................17
2.3.4. Khối xử lý trung tâm (CPU)........................................................................18
Chương 3.................................................................................................................... 20
GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC ROCKWELL COMPACT LOGIX L32E
..................................................................................................................................... 20
3.1. Tổng quan về PLC ALLEN-BRADLEY ( PLC AB)........................................20
3.2. PLC Rockwell Compact Logix L32E................................................................25

3.2.1. Module CPU................................................................................................26
3.2.2. Module nguồn..............................................................................................27
3.2.3. Module nối mạng DeviceNet......................................................................27
3.2.4. I/O Module...................................................................................................28
3.3. Giới thiệu về bộ phần mềm lập trình cho PLC Rockwell..................................29
3.3.1. Giới thiệu phần mềm RSLinx 2.57.............................................................29
3.3.2. Giới thiệu về phần mềm RSLogix 5000......................................................32
3.3.3. Lập trình bằng giản đồ thang (Ladder).......................................................40
Chương 4.................................................................................................................... 42
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỆN - CHƯƠNG TRÌNH PLC..............................................42
4.1. Sơ đồ điện động lực............................................................................................42
4.2. Sơ đồ điện điều khiển – kết nối PLC.................................................................43
4.3. Thiết kế chương trình PLC.................................................................................44
4.3.1. Yêu cầu công nghệ......................................................................................44
4.3.2. Xây dựng sơ đồ Grafcet...............................................................................45
4.3.3. Sơ đồ nguyên lý...........................................................................................47
4.3.4 Chương trình Ladder trên RSLogix5000......................................................48
b) Chương trình viết bằng ngôn ngữ Ladder với RSLogix5000...............................49
4.4. Mô hình thực tế...................................................................................................50
KẾT LUẬN................................................................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................54



Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mô hình chiết rót nước tinh khiết – chiết rót nước ngọt..........................2
Hình 1.2. Mô hình chiết rót tự động...........................................................................4
Hình 2.1. Băng tải dây đai sử dụng trong mô hình....................................................7

Hình 2.2. Động cơ 1 chiều 24V....................................................................................8
Hình 2.4. Sơ đồ các khối............................................................................................10
Hình 2.5. Cấu trúc chung của relay..........................................................................11
Hình 2.6. Rơ le MY4N của OMRON........................................................................13
Hình 2.7. Cảm biến quang E3F DS30C4 của OMRON...........................................14
Hình 2.8. Nút nhấn.....................................................................................................15
Hình 2.9. Aptomat LS................................................................................................16
Hình 2.10. Khối nguồn 24V.......................................................................................17
Hình 2.11. Modun điều chỉnh nguồn........................................................................18
Hình 2.12. PLC Rockwell PLC compact Logix L32E.............................................19
Hình 3.1. Hỉnh ảnh SLC 500.....................................................................................20
Hình 3.2. Micrologix 1500.........................................................................................21
Hình 3.3. Micrologix 1200.........................................................................................21
Hình 3.4. Micrologix 1100.........................................................................................22
Hình 3.5. Micrologix 1000.........................................................................................22
Hình 3.6. PLC PICO..................................................................................................23
Hình 3.7. FlexLogix....................................................................................................24
Hình 3.8. PLC ALLEN-BRADLEY dòng SLC 500.................................................24
Hình 3.9. PAC Compactlogix....................................................................................25
Hình 3.10. Compact Logix L32E..............................................................................25
Hình 3.11. Module CPU.............................................................................................26
Hình 3.12. Module nguồn..........................................................................................27
Hình 3.13. Module truyền thông...............................................................................27
Hình 3.14. Module vào số..........................................................................................28
Hình 3.15. Module ra số............................................................................................28
Hình 3.16. Module vào Analog..................................................................................29
Hình 3.17. Module ra Analog....................................................................................29
Hình 3.18. Menu bar của RS Linx............................................................................30
Hình 3.19. Thanh công cụ của RS Linx....................................................................30
Hình 3.20. Ý nghĩa thanh công cụ của RS Linx.......................................................31

Hình 3.21. Name of the new driver...........................................................................31
i


Danh mục hình vẽ

Hình 3.22. Địa chỉ IP của bộ điều khiển...................................................................32
Hình 3.23. Driver đã được cấu hình.........................................................................32
Hình 3.24. Phần mềm RS Logix................................................................................32
Hình 3.25. Tạo New Project RS Logix......................................................................33
Hình 3.26. Cấu hình bộ điều khiển...........................................................................34
Hình 3.27. Add thêm Module cho PLC....................................................................35
Hình 3.28. Chọn loại Module....................................................................................36
Hình 3.29. Chọn phiên bản cho Module...................................................................36
Hình 3.30. Cấu hình cho Module..............................................................................37
Hình 3.31. Thêm Module vào số...............................................................................38
Hình 3.32. Thêm Module ra số..................................................................................39
Hình 3.33. Các Module đã được thêm......................................................................39
Hình 3.34. Vào menu MainRoutine..........................................................................40
Hình 4.1. Sơ đồ điện động lực sử dụng trong mô hình............................................42
Hình 4.2. Sơ đồ điện điều khiển – kết nối PLC........................................................43
Hình 4.3. Mô tả công nghệ.........................................................................................44
Hình 4.4. Lưu đồ trạng thái làm việc........................................................................45
Hình 4.5. Lưu đồ Grafcet hệ thống chiết rót tự động..............................................46
Hình 4.6. Lưu đồ nguyên lý.......................................................................................47
Hình 4.7. Hình ảnh thực tế phân cổng vào ra khi lập trình....................................49
Hình 4.8. Chương trình Ladder với RSLogix5000..................................................49
Hình 4.9. Mô hình hoàn thiện...................................................................................50
Hình 4.10. Bật nguồn cho PLC.................................................................................51
Hình 4.11. Bật aptomat cấp nguồn cho mô hình......................................................51

Hình 4.12. Nhấn nút START.....................................................................................52

ii


Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2.1. Phân loại các loại băng tải..........................................................................6
Bảng 2.2. Thông số động cơ DC 24V..........................................................................8
Bảng 2.3. Thông số động cơ bươm nước DC 12V......................................................9
Bảng 2.4. Thông số của Relay OMRON MY4N.......................................................12
Bảng 2.5. Thông số cảm biến E3F-DS10C4..............................................................14
Bảng 2.6. Nút ấn IDEC loại AL6M-M24G...............................................................15
Bảng 2.7. Thông số của Aptomat..............................................................................15
Bảng 2.8. Thông số nguồn 24V..................................................................................17
Bảng 2.9. Bảng thông số Modun điều chỉnh nguồn.................................................17
Bảng 4.1. Bảng địa chỉ vào ra và trạng thái chuyển tiếp.........................................48

iii


Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PLC

Programmable Logic Controller

Thiết bị điều khiển khả trình

I/O

In put/Out put

Đầu vào/Đầu ra

RL

Relay

Rơ le trung gian

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

iv


Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong các ngành công nghiệp sản xuất, yêu cầu ứng dụng các hệ thống
tự động là hướng phát triển tất yếu. Sự phát triển của ngành tự động hóa ngày càng đa
dạng và chuyên sâu hơn cho các lĩnh vực riêng biệt. Nhu cầu nâng cấp, cải tiến công
nghệ sản xuất nhằm đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp và đời sống ngày càng
phát triển.

Do vậy trong các hệ thống sản xuất hiện nay, ứng dụng hệ điều khiển chương
trình hóa PLC và máy tính trở nên cần thiết. Qua đồ án “Thiết kế mô hình chiết rót tự
động” do Th.S Phan Thị Huyền Châu và Th.S Đào Quý Thịnh hướng dẫn đã thực hiện.
Em sẽ giới thiệu một trong những ứng dụng của PLC vào hệ thống chiết rót tự động.
Đề tài gồm những nội dung chính:
•
•
•
•

Chương 1: Tìm hiểu hệ thống chiết rót tự động.
Chương 2: Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị.
Chương 3: Giới thiệu bộ điều khiển PLC Rockwell Compact Logix L32E
Chương 4: Thiết kế sơ đồ điện-chương trình PLC
Trong quá trình thực hiện đồ án còn gặp nhiều khó khăn về tài liệu tham

khảo,các hiểu biết và kinh nghiệm về các hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế.
Dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên
không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy
cô giáo để đồ án này được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Phan Đức Huy

1


Chương 1. Tìm hiểu về hệ thống dây chuyền chiết rót tự động

Chương 1
TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT
TỰ ĐỘNG
1.1.

Giới thiệu chung về các dây chuyền chiết rót tự động
Hiện nay với quá trình phát triển của các ngành công nghiệp sản xuất, năng suất

được nâng lên nhiều lần. Khối lượng công việc chân tay vì vậy cũng được giảm đi
nhiều lần. Hệ thống chiết rót tự động ra đời cũng vì mục tiêu đó.
Với các yêu cầu chiết rót sản phẩm với số lượng lớn, độ chính xác cao và đảm
bảo năng suất. Do vậy các hệ thống chiết rót sản phẩm ứng dụng các công nghệ điều
khiển tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi với nhiều sản phẩm đa dạng, từ chiết
rót nước tinh khiển phục vụ đến đời sống đến các ứng dụng khác trong công nghiệp
như: chiết rót thuốc, chiết rót bia, chiết rót dầu nhớt,…

Hình 1.1. Mô hình chiết rót nước tinh khiết – chiết rót nước ngọt

1.2.

Vai trò của hệ thống chiết rót tự động

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử
mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…. do đó chúng
ta phải nắm bắt và vận dụng nó 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
động nói riêng. Và các hệ thống tự động hóa ngày càng cho thấy vai trò to lớn của nó.
2

Chương 1. Tìm hiểu về hệ thống dây chuyền chiết rót tự động

Các hệ thống chiết rót tự động xuất hiện trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:
công nghiệp, y tế, dân sinh,… và là một nhân tố không thể thiếu trong đời sống. Như
chúng ta cũng đã biết việc sản xuất của các doanh nghiệp yêu cầu đòi hỏi độ chính xác
cao và năng xuất cũng phải cao nhưng vẫn đảm bảo an toàn và giảm thiểu sức lao động
của con người. Nếu không có một dây chuyền như vậy thì chúng ta sẽ phải cần một
lượng lao động lớn để làm việc chiết rót vào chai như vậy sẽ mất nhiều thời gian và
lượng sản phẩm có thể hao hụt do chiết rót bằng tay. Như vậy doanh nghiệp sẽ tốn
nhiều chi phí để cho sản xuất ra một sản phẩm lúc đó giá thành sẽ tăng điều này thì
không có lợi cho cả doanh nghiệp cũng như là người tiêu dùng. Dây chuyền sản xuất tự
động là phương án tốt cho doanh nghiệp cũng như là người lao động lúc đó doanh
nghiệp sẽ giảm thiểu được sự hao tổn do nguyên liệu được chiết rót hoàn toàn bằng
máy.

1.3.

Nhu cầu thực tế xây dựng, tìm hiểu mô hình chiết rót tự động
Hiện nay tại đại học Bách Khoa Hà Nội các môn học liên quan đến PLC như :

PLC trong công nghiệp, PLC và mạng công nghiệp, điều khiển Logic và PLC, điều
khiển PLC, … đang nặng về lý thuyết. Chưa có đầy đủ các trang thiết bị để thí nghiệm
nhằm giúp sinh viên kiểm tra lý thuyết được học cũng như tiếp xúc với các thiết bị có
trong thực tế. Lấy tiền đề từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu
công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều
khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong
dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là chiết rót các chất lỏng theo yêu cầu định
trước. Để thỏa mãn nhu cầu đó, em đã xây dựng mô hình “ Hệ thống chiết rót tự động”

một mặt giúp em tổng hợp được những kiến thức đã học, mặt khác giúp các em khóa
sau có thêm mô hình để thí nghiệm trong quá trình học tập và có cơ sở để phục vụ cho
việc đi làm sau này. Và có thể phát triển thêm mô hình để ứng dụng trong thực tế sau
này.
Ưu điểm của mô hình em xây dựng là vận hành và sửa chửa dễ dàng, thiết kế và
lắp ghép dựa trên các vật liệu dễ tìm. Đảm bảo việc tương tác giữa người và mô hình
dễ dàng. Dễ dàng mở rộng và phát triển thêm mô hình theo yêu cầu mới, nhưng vẫn
đảm bảo được vận hành trơn tru và yêu cầu kỹ thuật đưa ra.

3


Chương 1. Tìm hiểu về hệ thống dây chuyền chiết rót tự động

1.4.

Mô hình chiết rót tự động
Với yêu cầu xây dựng mô hình phân chiết rót tự động có cấu tạo không quá phức

tạp và có chức năng gần tương tự với thực tế nên em định hướng xây dựng mô hình có
các cơ cấu như trong hình vẽ.

Hình 1.2. Mô hình chiết rót tự động
Mô hình gồm có:
-

Hai băng tải dùng để vận chuyển sản phẩm theo chiều ngang.

-

Một đĩa tròn di chuyển sản phẩm theo cung tròn trong quá trình chiết rót.

-

Hệ thống cột rót nước.

-

Hai động cơ sử dụng dây cu-roa để truyển động kéo băng tải.

-

Một động cơ dùng cơ cấu bánh răng để kéo trục giữa.

-

Một động cơ để bơm nước.

-

Một cảm biến dùng để bắt vật.

-

Hệ thống điện điều khiển các cơ cấu
4


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Chương 2
THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
2.1. Các yêu cầu trong mô hình chiết rót tự động
Với mô hình có các cơ cấu như đã trình bày trong chương 1 thì mô hình cần đáp
ứng các yêu cầu:
-

Yêu cầu truyền động: xây dựng hệ truyền động cho băng tải đáp ứng nhu cầu
vận chuyển sản phẩm có khối lượng bé, đảm bảo độ ổn định của mô hình.

-

Yêu cầu hệ thống điện điều khiển: xây dựng hệ thống điện điều khiển đáp ứng
đúng nhu cầu công nghệ, độ chính xác cao, có khả năng nâng cấp và phát triển.

2.2. Xây dựng hệ truyền động.
Yêu cầu truyền động: xây dựng hệ truyền động cho các băng tải đáp ứng nhu cầu
vận chuyển sản phẩm có khối lượng bé, đảm bảo độ ổn định của mô hình.
2.2.1. Phân tích lựa chọn băng tải
a) Các loại băng tải hiện nay
Băng tải thường được dùng để di cuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo
phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này
được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các
xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò, trên các trạm thủy
điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại
hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm khác. Trong một số ngành công
nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã
hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng
dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được.
Ưu điểm:

-

Cấu tạo đơn giản, bền, có thể vận chuyển theo phương nằm ngang, nghiêng
hoặc có thể kết hợp giữa vận chuyển theo cả phương ngang và phương nghiêng.

5


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

-

Dễ dàng thay thế, sửa chữa và tự động hóa được, năng suất tiêu hao so với các
máy công nghiệp khác không lớn. Vận chuyển hàng hóa liên tục, tiết kiệm sức
lao động, năng suất cao.

Nhược điểm:
-

Khó thay đổi vị trí công tác, thiết kế chỉ để phục vụ cho công việc có khối
lượng đã định sẵn.

-

Có thể chọn các loại băng tải khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản
phẩm đến vị trí phân loại.
Bảng 2.1. Phân loại các loại băng tải

Loại băng tải Tải trọng

Phạm vi ứng dụng

Vận chuyển chi tiết, thùng
Dây đai

< 50 Kg

chứa giữa các nguyên công
trong gia công lắp ráp

Vận chuyển chi tiết trên vệ
Băng tải lá

25 - 125 Kg tinh trong gia công chuẩn bị
phôi trong lắp ráp

50 - 250 Kg Vận chuyển các chi tiết lớn
Thanh đẩy

giữa

các

bộ

phận trên

khoảng cách >50 m

6

Hình Ảnh


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Vận chuyển chi tiết trên các
Con lăn

30 - 500 Kg vệ tinh giữa các nguyên
công với khoảng cách <50 m

b) Lựa chọn băng tải dùng cho mô hình
Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm, nên trong
mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyền
nhờ các đăc điểm:
-

Tải trọng băng tải nhẹ

-

Kết cấu cơ khí đơn giản

-

Dễ dàng thiết kế và chế tạo

-

Có thể dễ dàng hiệu chỉnh

Hình 2.1. Băng tải dây đai sử dụng trong mô hình
2.2.2. Tính toán lựa chọn động cơ
Trong mô hình với lựa chọn sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu
cầu tải trọng quá lớn nên không cần động cơ có công suất quá lớn. Băng tải có yêu cầu
đơn giản là:
•
•
•
•

Băng tải chạy liên tục.
Không cần đòi hỏi độ chính xác quá cao, tải trọng băng tải nhẹ.
Dễ điều khiển, có thể dừng khi cần.
Giá thành rẻ.
7


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Vì vậy chỉ cần sử dùng loại động cơ 1 chiều có công suất nhỏ, khoảng 20 – 40
W, điện áp vào là 12 - 24 V.
Động cơ điện 1 chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện 1 chiều. Động cơ
điện 1 chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều
chỉnh tốc độ quay liên tục trong 1 phạm vi hoạt động.
Động cơ điện 1 chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với
điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện 1 chiều được
sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng và trong phạm vi rộng.

Để phù hợp với yêu cầu của mô hình ta lựa chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập
bằng nam châm vĩnh cửu, có giảm tốc, chịu điện áp 12-24V.
a) Động cơ băng tải và động cơ trục giữa

Hình 2.2. Động cơ 1 chiều 24V
Bảng 2.2. Thông số động cơ DC 24V
Điện áp

24V

Tốc độ

150 v/ph

Dòng định mức

0.15-0.45A

Lực truyền động

5kg*cm

Công suất

20W

8


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

b) Động cơ bơm nước

Hình 2.3. Động cơ bơm nước DC 12V
Bảng 2.3. Thông số động cơ bươm nước DC 12V
Điện áp

6-12V

Lưu lượng

150 L/h

Dòng định mức

700 mA

Đường kính ống hút

13,5 mm

Đường kính ống mồi

4 mm

Đường kính ống đẩy

6mm

2.3. Xây dựng hệ thống điện - điều khiển.

Yêu cầu hệ thống điện điều khiển: xây dựng hệ thống điện điều khiển đáp ứng
đúng nhu cầu công nghệ, độ chính xác cao, có khả năng nâng cấp và phát triển
Sơ đồ khối của hệ thống:

9


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Hình 2.4. Sơ đồ các khối
2.3.1. Khối cơ cấu chấp hành
a) Yêu cầu
Với hệ truyền động đã xây dựng ta có các cơ cấu chấp hành sau:
-

2 động cơ điện 1 chiều 24 VDC truyền động băng tải

-

1 động cơ điện 1 chiều 24 VDC truyền động trục giữa

Với cơ cấu chấp hành đơn giản ta có thể chọn relay trung gian làm cơ cấu điều
khiển trực tiếp cho các thiết bị này.
Relay trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và
các sơ đồ điều khiển tự động. Đặc điểm của relay trung gian là số lượng tiếp
điểm lớn, với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộn dây bé nên nó được
dùng để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của relay chính đến nhiều
bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ.

10

Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

b) Nguyên lý làm việc của relay trung gian như sau

Hình 2.5. Cấu trúc chung của relay
Nếu cuộn dây của relay được cấp điện áp định mức ( qua tiếp điểm của relay
chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong mạch từ
từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng
mở ra. Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các tiếp điểm về vị trí ban
đầu. Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ ( 5A ) nên hồ quang khi chuyển
mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.
Relay trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thường đóng và
thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V AC, 28V DC, hệ số nhả của relay
nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt 106 ± 107 lần đóng cắt, cho
phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.
c) Các thông số kỹ thuật và lựa chọn relay trung gian
Dòng điện định mức trên relay trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép relay
làm việc trong thời gian dài mà không bị hư hỏng. Khi chọn relay trung gian thì dòng
điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng tính toán của phụ tải.
-

Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của relay trung gian quyết định.
Iđm = (1,2 ÷ 1,5)Itt

-

Điện áp làm việc của relay trung gian là mực điện áp mà relay có khả năng
đóng cắt.

11


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Ulv > U1 = 380V
-

Dòng làm việc của relay trung gian phải lớn hơn dòng điện định mức của
cơ cấu

I lv > I ĐmĐc > 0.45 A
Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của relay là mức điện áp mà khi đó relay
sẽ hoạt động. Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn
hút là 24V DC.
Trong mô hình sử dụng relay trung gian MY4N của OMRON.
Bảng 2.4. Thông số của Relay OMRON MY4N
Hãng sản xuất

OMRON

Dòng định mức

5A

Điện áp hoạt động lớn nhất

AC110/220

Đế cắm

PYF14A-N

Tải định mức

3-5 A

Công suất

36W

Tiếp điểm

Bạc

Điện áp

24V

Điện trở cuộn dây

650 Ω.

Dòng điện định mức đi qua

36,9mA

cuộn dây

12


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Hình 2.6. Rơ le MY4N của OMRON
2.3.2. Khối vào/ra (I/O)
Với mô hình sơ bộ như trong chương 1 chúng ta cần các đầu vào/ra
-

Đầu vào: 1 cảm biến nhận biết vật, nút nhấn Start, Stop

-

Đầu ra: 4 cuộn hút của relay

a) Cảm biến dùng trong hệ thống
Trong quá trình chiết rót ta cần bắt vị trí của sản phẩm để tiến hành chiết rót. Khi
gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều khiển. Với
yêu cầu sử dụng trong mô hình chúng ta sử dụng cảm biến quang điện.
Cảm biến quang điện :
-

Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang. Nguồn
quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy
theo bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang. Ta đặt
bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh
sáng khi vật xuất hiện.

-

Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính. Ở phần thu ánh sáng từ
thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia
sẽ không tác động đến bộ thu được. Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ
ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và
sáng theo tần số mạch dao động. Phương pháp sử dụng mạch dao động làm
cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.

13


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch
điều khiển. Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của cảm
biến là 24 VDC.

Hình 2.7. Cảm biến quang E3F DS30C4 của OMRON
Đặc tính kỹ thuật của sensor E3F-DS10C4: cảm biến quang điện hình trụ chống
nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC. Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều
khiển độ nhạy cho bộ khuếch tán.
Bảng 2.5. Thông số cảm biến E3F-DS10C4
Khoảng cách phát hiện

100 mm

Đặc tính trễ

Tối đa 20% khoảng cách phát hiện

Đầu ra

DC 3 - dây NPN NC

Vật nhỏ nhất phát hiện

10x10mm

Chỉ số LED

Red LED

Nguồn sáng

LED hồng ngoại (880nm).

Kích thước

22 X 70mm / 0,86 x 2,8 (D * L).

Chiều dài cáp

115cm.

Điện áp cung cấp

10 – 30 VDC.

Điện áp làm việc

10 – 30 VDC

Dòng hiện tại

300 mA.
14


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Tần số

500 Hz

Màu

Màu đen, vàng, xám

Thời gian đáp ứng

Tối đa 2,5 ms.

Nhiệt độ môi trường

o
o
25 C - 55 C

Trọng lượng (cả vỏ)

60 g

b) Nút nhấn, đèn báo
Bảng 2.6. Nút ấn IDEC loại AL6M-M24G
Hãng sản xuất

IDEC

Kiểu tiếp điểm

Không tự duy trì

Kiểu nút nhấn

FLUSH

Dòng điện tối đa

10A

Điện áp làm việc

24VDC

Nhiệt độ hoạt động

-25 - 50°C

Đường kính

Phi 16

Hình 2.8. Nút nhấn
c) Aptomat
Ta chọn Aptomat của hang LS có mã sản phẩm LS BKN-2P C10 có thông số
như sau:
Bảng 2.7. Thông số của Aptomat
15


Chương 2. Thiết kế mô hình và tính toán thiết bị

Hãng sản xuất

LS

Xuất xứ

Hàn Quốc

Số pha

2

Số cực

2

Dòng định mức(A)

6A,16A,20A

Dòng cắt định mức(KA)

4,5 KA

Điện áp định mức(V)

220V,415V

Hình 2.9. Aptomat LS

16