Đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao PLC S7200
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.54 MB, 67 trang )
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................................05
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN..........................................................06
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................07
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG........................................................................08
1.1 Giới thiệu...............................................................................................................08
1.2 Các vấn đề đặt ra....................................................................................................10
1.3 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................10
1.4 Phạm vi giới hạn....................................................................................................11
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM...........12
2.1 Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm..............................................................12
2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành...............................12
2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.............................................17
2.2 Vật liệu chế tạo......................................................................................................19
2.3 Hệ thống truyền động.............................................................................................23
2.3.1 Động cơ điện một chiều.............................................................................23
2.3.2 Băng chuyền..............................................................................................27
2.4 Hệ thống điều khiển...............................................................................................29
2.4.1 Bộ điều khiển PLC.....................................................................................29
2.4.1.1 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC...............................29
2.4.1.2 Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200........................36
2.4.2 Piston xylanh đẩy sản phẩm.......................................................................42
2.4.3 Van đảo chiều.............................................................................................45
2.4.4 Cảm biến quang.........................................................................................47
2.4.5 Rơ le trung gian.........................................................................................50
2.4.6 Nút nhấn....................................................................................................54
CHƯƠNG III MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG...........................55
3.1 Mơ hình hóa hệ điện của động cơ điện một chiều..................................................55
3.2 Mô phỏng hệ thống................................................................................................57
3.2.1 Mơ phỏng hệ thống cơ khí.........................................................................57
1
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
3.2.2 Mơ phỏng hệ thống điều khiển..................................................................58
3.2.3 Mơ phỏng hệ thống khí nén.......................................................................59
CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG.......................................60
4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống.....................................................................................60
4.1.1 Tính tốn cơng suất động cơ......................................................................60
4.1.2 Tính tốn tốc độ của động cơ điện một chiều............................................61
4.1.3 Tính tốn tốc độ quay các trục...................................................................62
4.1.4 Tính cơng suất trên các trục.......................................................................62
4.1.5 Tính moment xoắn trên các trục.................................................................63
4.1.6 Tính tốn lựa chọn piston..........................................................................63
4.2 Thi cơng mơ hình hệ thống....................................................................................65
CHƯƠNG V KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ......................................................................66
5.1 Kết quả................................................................................................................... 66
5.2 Đánh giá................................................................................................................. 67
5.3 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục....................................................................68
5.4 Hướng phát triển....................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................69
2
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao...................................08
Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc...................................................12
Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao................................................14
Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng................................................15
Hình 2.4 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao...................................17
Hình 2.5 Gỗ tấm........................................................................................................... 19
Hình 2.6 Thép định hình..............................................................................................19
Hình 2.7 Nhơm ống hình hộp.......................................................................................20
Hình 2.8 Ổ bi...............................................................................................................21
Hình 2.9 Trục dẫn kéo băng chuyền.............................................................................21
Hình 2.10 Các phần tử ghép nối cơ khí........................................................................22
Hình 2.11 Sản phẩm cần được phân loại......................................................................22
Hình 2.12 Một số loại động cơ trên thực tế..................................................................23
Hình 2.13 Cấu tạo động cơ điện một chiều..................................................................24
Hình 2.14 Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo...............................................26
Hình 2.15 Cấu tạo chung của băng chuyền..................................................................28
Hình 2.16 Hình ảnh của bộ PLC S7-200 CPU 224.....................................................37
Hình 2.17 Sơ đồ nối dây PLC S7-200 CPU 224..........................................................39
Hình 2.18 Giao diện làm việc của phần mềm STEP7-MICROWIN............................40
Hình 2.19 Các loại xylanh thơng dụng.........................................................................42
Hình 2.20 Cấu tạo của piston tác dụng kép..................................................................43
Hình 2.21 Hình ảnh xylanh CDM2BZ25-125A...........................................................44
Hình 2.22 Hình ảnh van đảo chiều 5/2.........................................................................45
Hình 2.23 Van điện từ Airtac 4V210-08.......................................................................46
Hình 2.24 Cảm biến quang..........................................................................................47
Hình 2.25 Cấu trúc cảm biến quang.............................................................................48
Hình 2.26 Cảm biến quang E3F-DS10C4....................................................................49
Hình 2.27 Rơ le trung gian...........................................................................................51
Hình 2.28 Cấu tạo của rơ le trung gian........................................................................52
3
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Hình 2.29 Rơ le OMRON MY4N-J DC24...................................................................53
Hình 2.30 Nút nhấn......................................................................................................54
Hình 3.1 Hình dáng tổng quan mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm.........................57
Hình 3.2 Mơ phỏng hệ thống điều khiển......................................................................58
Hình 3.3 Mơ phỏng hệ thống khí nén...........................................................................59
Hình 4.1 Hình ảnh động cơ điện một chiều 57A-AM-18-A268...................................61
Hình 4.2 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được hồn thiện........65
Hình 5.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đã hoàn thành............66
4
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.................................................................................................................................
5
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Hà Nội, ngày… tháng…năm 2015
Giáo viên phản biện
LỜI MỞ ĐẦU
6
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất
nước ta đang đổi mới và bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng
cơ sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước. Điều đó địi hỏi phải
nghiên cứu và áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, có
khả năng tự động hóa cao để đưa công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong đó
ngành Cơ điện tử đóng một vai trị rất quan trọng trong quá trình phát triển của đất
nước. Để đáp ứng nhu cầu to lớn của việc phát triển ngành Cơ điện tử nói chung, địi
hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực và trình độ
chun mơn để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí, điện-điện
tử và kỹ thuật phần mềm.
Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện
Tử, từ những kiến thức đã được học, nhóm tác giả chúng tơi đã lựa chọn và thực hiện
đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản
phẩm”. Việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con người trong công việc là vấn
đề hết sức cần thiết.
Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã nhận được sự giúp đỡ của quý
thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Tuấn Anh để
nhóm có thể hồn thành đề tài này một cách tốt nhất. Nhóm tác giả xin chân thành cảm
ơn! Việc hoàn thành đề tài này sẽ khơng tránh được những sai lầm thiếu sót. Nhóm rất
mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cơ để nhóm có thể rút ra được kinh
nghiệm cũng như phát triển thêm đề tài.
Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2015
Nhóm tác giả thực hiện:
Trần Văn Phong
Bùi Duy Hà
Nguyễn Tài Hiếu
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
7
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
1.1 Giới thiệu
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… Do đó chúng ta phải
nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển
nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự
động nói riêng. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được
ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thơ sơ, với tốc độ
xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với
các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm
điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành cơng nghiệp ngày càng phát triển
các cơng ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây
chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết
kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng. Để đáp ứng yêu cầu
đó, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi cơng mơ hình hệ
thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 1.1).
Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
8
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
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.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những
chuyển động cần thiết:
- Chuyển động của băng chuyền. Để truyền chuyển động quay cho trục của
băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng
thẳng trung gian.
- Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao khác
nhau. Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén.
Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xylanh
đẩy vào băng chuyền. Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phân
loại với chiều cao khác nhau. Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyển
đến thùng hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản
phẩm.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn,
cụ thể như:
Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được
điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa
học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm,
cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó khơng
những thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số lượng công
nhân đến mức tối đa…
1.2 Các vấn đề đặt ra
9
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều
cao có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ
thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC. Ngồi ra cịn có các
vấn đề khác như là: vật liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết...
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
- Vấn đề cơ khí: phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thơng số kỹ thuật của
các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ
cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị
hỏng.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài “Phân loại sản phẩm theo chiều cao” đã được nhiều sinh viên của các
trường nghiên cứu và thực hiện. Đồng thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những
mơ hình đơn giản. Mơ hình này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số
nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong q trình làm đồ án, nhóm
tác giả đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:
* Phương pháp tuần tự và đồng thời
Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể là việc đầu tiên là nghiên
cứu mơ hình cụ thể sau đó xây dựng mơ hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong
thiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thơng số cơ bản.
Từ đó, áp dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài.
* Phương pháp thực nghiệm
Mơ hình hóa phần cơ, mơ phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi
chế tạo hoàn thiện.
Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa
có trên thị trường. Sau đó chế tạo thật mơ hình.
Cho chạy thử hết công suất, sau khi đã vận hành hết các chức năng cũng như
công suất của hệ thống để rút ra giới hạn của hệ thống từ đó đưa ra phương án cải tiến
hay thay thế từ đó đưa ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệ thống,
10
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
vận tốc của băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng, năng
suất của hệ thống...).
1.4 Phạm vi giới hạn
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 hoàn 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: (Dài x Rộng x Cao) 1700 x 700 x 400 (mm)
Khối lượng: 30 Kg
Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén.
Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston.
Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều.
Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.
Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V.
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
2.1 Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm
11
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành
Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản
phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong cơng việc phân
loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cơng việc. Một hệ thống hồn chỉnh có
thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời
gian trì hỗn hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những cơng việc địi hỏi sự tập trung cao
và có tính tuần hồn, nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng
việc. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất.
Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu
cầu cấp bách này.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong
các nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sản
phẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo chiều cao.
a) Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1).
Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Cấu tạo:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1) có cấu tạo chính gồm:
12
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
- Một băng chuyền.
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Cảm biến nhận biết màu sắc.
- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Các van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt
động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ đẩy
sản phẩm ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản
phẩm có màu sắc khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu
về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển
piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.
Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các
dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản
phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà
sản xuất tốn ít nhân cơng lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng
suất lao động.
b) Phân loại sản phẩm theo chiều cao
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 2.2).
13
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
Cấu tạo:
- Hai băng chuyền.
- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Ba cảm biến nhận biết chiều cao.
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Hai van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất
hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên
băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác
nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó
PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và
14
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền
và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động cơ một
chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản
phẩm thấp về vị trí tương ứng.
Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong các
ngành công nghiệp:
- 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.
c) Phân loại sản phẩm theo hình dạng
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng (Hình 2.3).
Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng.
Cấu tạo:
- Một băng chuyền.
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại.
- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera).
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
15
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
- Nút nhấn.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt
động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Trên băng chuyền sẽ
thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, Cảm
biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều
khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng
biệt.
Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiều
ngành cơng nghiệp:
- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng
khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.
- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.
Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta cịn thấy có
hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ như phân loại sản
phẩm theo trọng lượng, kích thước... Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là
xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại
cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay
camera phát hiện hình dạng vật thể).
2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọng
trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp. Hiện nay, Đất nước ta đang
trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra
không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà cịn địi hỏi phải có độ chính xác cao về
hình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu cơng nghiệp được hình
thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản xuất,
để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất. Một trong những thiết bị, máy
16
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
móc hiện đại đó phải kể đến hệ thống phân loại sản phẩm. Chính vì vậy, nhóm tác giả
đã quyết định thiết kế và thi công mô hình với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo
hệ thống phân loại sản phẩm” (Hình 2.4). Mơ hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn
về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong
hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển hệ thống.
Hình 2.4 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
(1) – Nguồn cấp 24VDC.
(2) – PLC.
(3) – Động cơ một chiều.
(4) – Nút nhấn.
(5) – Rơ le trung gian.
(6),(8),(14) – Cảm biến.
(7),(9) – Piston phân loại.
(10),(11),(12) – Van đảo chiều 5/2.
(13) – Dây dẫn khí.
(15) – Sản phẩm.
(17) – Khay đựng sản phẩm.
(18) – Khung đỡ cơ khí.
(19) – Hộp cấp sản phẩm.
(20) – Piston cấp sản phẩm.
(16) – Băng chuyền.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, động cơ một chiều quay truyền chuyển động cho băng
chuyền thông qua dây đai. Nguyên lý hoạt động được chia thành hai quá trình:
- Quá trình cấp sản phẩm vào băng chuyền: Khi có sản phẩm trong hộp, cảm
biến quang nhận biết và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu
tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm vào băng chuyền.
17
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Hai cảm biến quang thu phát được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo
thứ tự lần lượt cao và trung bình tính từ hộp cấp phơi (Hình 2.4).
- Q trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: tùy thuộc vào độ cao của
từng sản phẩm để có thể phân loại. Nếu sản phẩm cao trên băng chuyền đi qua sẽ che
cảm biến cao, lập tức gửi tín hiệu về PLC, bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác
động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vào khay chứa
tương ứng. Sản phẩm có chiều cao trung bình sẽ khơng che cảm biến cao và khi đi qua
cảm biến trung bình, cảm biến sẽ nhận biết và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử lý và
xuất tín hiệu đến đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản
phẩm trung bình vào khay chứa tương ứng. Sản phẩm thấp nhất sẽ được đi hết băng
chuyền và được phân loại vào khay chứa cuối cùng.
Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động.
Ứng dụng:
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 cơng nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả...
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.
2.2 Vật liệu chế tạo
Đế đỡ tồn bộ mơ hình: Sử dụng gỗ tấm (Hình 2.5).
Kích thước (Dài x Rộng x Cao) : 1700 x 700 x 20 (mm)
18
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Hình 2.5 Gỗ tấm.
Một số ưu điểm của gỗ tấm:
- Gia công đơn giản.
- Giá thành vừa phải.
- Khối lượng nhẹ hơn nhiều so với vật liệu khác.
- Khơng bị ăn mịn.
- Thuận tiện cho việc thiết kế và bắt vít cố định cho tồn bộ mơ hình hệ thống.
Khung đỡ: Sử dụng thép định hình (Hình 2.6). Thép định hình được sử dụng
rộng rãi trong các ngành công nghiệp và xây dựng dân dụng, kết cấu bộ phận…
Hình 2.6 Thép định hình.
Một số ưu điểm của thép định hình:
- Độ cứng vững cao.
- Chống ăn mòn tốt.
- Khả năng chịu nhiệt tốt.
- Chi phí sản xuất thấp.
Bộ phận đỡ băng chuyền, xylanh và cảm biến: Sử dụng nhơm ống hình hộp
(Hình 2.7). Trong mơ hình, nhơm ống hình hộp có chức năng vừa làm khung đỡ kết
19
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
cấu băng chuyền vừa làm cột đỡ xylanh và cảm biến. Nhơm ống hình hộp được sử
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cũng như xây dựng, kết cấu dân dụng,
khung cửa…
Hình 2.7 Nhơm ống hình hộp.
Một số ưu điểm của nhơm ống hình hộp:
- Gia cơng đơn giản hơn thép ống hình hộp.
- Khối lượng nhẹ hơn so với nhiều vật liệu khác.
- Giá thành vừa phải, tiết kiệm chi phí.
- Khả năng chống ăn mịn tốt.
Vịng bi: Sử dụng ổ bi có kích thước Φ16 mm (Hình 2.8). Ổ bi dùng để dẫn trục
quay nhẹ và giảm ma sát.
Hình 2.8 Ổ bi.
20
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Trục dẫn kéo băng chuyền: Sử dụng trục ren bằng thép có kích thước Φ8 mm,
dài 160mm (Hình 2.9):
Hình 2.9 Trục dẫn kéo băng chuyền.
Trục ren nằm ở hai đầu băng chuyền, vừa là trục dẫn động cho băng chuyền,
vừa có chức năng tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo của băng chuyền.
Một số ưu điểm của trục ren thép:
- Chống ăn mịn tốt.
- Đảm bảo độ cứng, vững cho tồn hệ thống.
- Trục rất phổ biến trên thị trường nên giá thành vừa phải.
- Khả năng ăn khớp với ổ bi và bánh răng dẫn động cao.
Phần tử ghép nối cơ khí: Sử dụng bulong-đai ốc, vít bắn, vít xốy, thép chữ V,
… (Hình 2.10). Các phần tử này có chức năng ghép nối các phần tử cơ khí với nhau.
21
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Hình 2.10 Các phần tử ghép nối cơ khí.
Ưu điểm của các phần tử ghép nối:
- Chi phí sử dụng phù hợp.
- Khả năng ghép nối cao.
- Chống ăn mòn tốt.
- Đảm bảo độ cứng, vững cho toàn hệ thống.
Sản phẩm: Sử dụng gỗ khối hình hộp với chiều cao khác nhau (Hình 2.11).
Hình 2.11 Sản phẩm cần được phân loại.
2.3 Hệ thống truyền động
2.3.1 Động cơ điện một chiều
22
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng chuyền dây đai và không yêu cầu
tải trọng lớn nên khơng cần động cơ có cơng suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của
băng chuyền như là:
- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có cơng suất nhỏ, khoảng 20-30 W,
điện áp một chiều 24 V.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị
cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động.
Động cơ một chiều trong dân dụng thường là các động cơ hoạt động với điện
áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử
dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng
phẳng và trong phạm vi rộng. Động cơ điện một chiều trong thực tế (Hình 2.12).
Hình 2.12 Một số loại động cơ trên thực tế.
a) Cấu tạo động cơ điện một chiều
23
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Hình
2.13 Cấu
tạo động cơ điện một chiều.
1- Cổ góp điện.
2- Chổi than.
3- Rotor.
4- Cực từ.
5- Cuộn cảm.
6- Stator.
7- Cuộn dây phần ứng.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13):
Thơng tin chi tiết về động cơ [1]
- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy.
Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
- Rotor (phần động): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm
bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Mỗi
phần tử của dây quấn phần động có nhiều vịng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai
cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong hai rãnh dưới hai cực khác tên.
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ,
gắn ở đầu trục rotor.
- Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lị xo và giá
chổi điện gắn trên nắp máy.
b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
24
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội
Khoa Cơ khí
Đồ án tốt nghiệp Khóa 6
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có dịng
điện. Các thanh dẫn có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho
Rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay
được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiều
dịng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt
từ trường sẽ cảm ứng sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn
tay phải. Ở động cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện nên còn
gọi là sức phản điện động.
c) Phân loại động cơ điện một chiều
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một
chiều được chia thành:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có dịng điện kích từ và từ thơng
động cơ khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng. Nguồn điện mạch kích từ riêng biệt
so với nguồn điện mạch phần ứng.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi nguồn điện một chiều có cơng
suất vô cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng khơng thì điện áp nguồn sẽ là
khơng đổi, khơng phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng động cơ. Loại động cơ một
chiều kích từ song song cũng được coi như kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch
phần ứng.
- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây quấn kích từ, dây quấn kích
từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủ
yếu.
d) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
25
