Đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng PLC S7 200 dùng cho sinh viên đại học hệ chính quy

Đồ án: Phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC S7 200 và giao diện giám sát WINCC Nội dung: Tìm hiểu các mô hình phân loại sản phẩm co trên thực tế thiết kế phần cơ của mô hình băng tải, động cơ băng tải, xylanh, cảm biến... Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát SCADA trên phần mềm WINCC. Giao tiếp truyền thông RS232

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

KHOA CƠ ĐIỆN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA 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 Hệ đào tạo: Chính quy

Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số:

Đề tài:

THIẾT KẾ MÔ 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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA Độ mật………

Số………

Phê chuẩn Ngày… tháng 8 năm 2021 Trưởng bộ môn NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

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 MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO DÙNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 11

GIẢI PHÁP YÊU CẦU THIẾT KẾ CỦA MÔ HÌNH 11

Yêu cầu 11

Giải pháp thiết kế 12

THIẾT KẾ MÔ HÌNH 13

Cấu trúc của mô hình 13

Thiết kế băng tải sử dụng trong mô 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

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH

29

YÊU CẦU CÔNG NGHỆ PHÂN LOẠI 29

Khởi động và dừng mô 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 7MICRO WIN 34

KẾT NỐI WINCC VÀ PLC QUA PHẦN MỀM PCACCESS 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

DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO KÍCH THƯỚC 6

HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG, ĐÓNG GÓI 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 MÔ HÌNH 14

LOẠI BĂNG TẢI SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 15

XY LANH DÙNG TRONG MÔ 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 D3FDS10C4 22

VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN 23

CÁC CỔNG CỦA VAN 5/2 24

CÁP KẾT NỐI PCADAPTERUSB 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 TOÁN CỦA MÔ HÌNH 30

SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 33

SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 34

PLC KẾT NỐI VỚI PHẦN MỀM STEP 7MICRO WIN 35

PCACCESS KẾT NỐI VỚI STEP 7MICRO WIN 36

THIẾT LẬP PLC DRIVER 37

CHO PHÉP ĐÈN KHI THAY ĐỔI TRẠNG THÁI SẼ ĐỔI MÀU 38

BẢNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÔ 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

BẢNG 2.1.THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XY LANH CDJ2D10-50-B 17

BẢNG 2.2.THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐÔNG 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 7MICRO WIN CHO WINCC 31

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay hệ thống điều khiển tự động không còn quá 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 đòi hỏi khả năng xử ly, mức độ hoàn 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 quá trình sản xuất nhóm chúng

em xin được chọn đề tài: “Thiết kế mô 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 không được thuật lợi Nên nếu có sai sót mong nhận được sự thông cảm từ các quý thầy cô giáo trong bộ môn

Qua đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong bộ môn 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, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông 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

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 hoàn toàn, chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, 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, yêu cầu

Tìm hiểu về nguyên tắc mô 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 công mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng PLC và được giám sát bởi phần mềm Wincc Từ đó cung cấp phần nào thông tin về ứng dụng của mô 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 mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng trong phòng thí nghiệm

Chương 3: Chế tạo hệ thống điều khiển và giám sát mô 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

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN

 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, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công 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 mô 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 yêu cầu phân loại phức tạp, còn 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

 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,…

 Ngoài ra dây chuyền này còn 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

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, nông

sản,…ngoài ra hệ thống còn 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

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 nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, sản xuất màu,…

 Hệ thống phân loại màu sắc còn có thể phân loại được các sản phẩm như thủy tinh, nhựa, than quặng,…

 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

 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,…

Hệ thống xử lí ảnh công 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

nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ kiểm soát 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 nông 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 công 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 thuê mướn nhân công cũng như giảm phụ thuộc vào con người dần dần đưa nhà máy vào quy trình tự động hóa, công nghệ hóa

Hệ thống phân loại bưu kiện bằng mã vạch

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

THEO CHIỀU CAO DÙNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

Giải pháp yêu cầu thiết kế của mô hình

 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 mô 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 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 sản phẩm phân loại: cao từ 3cm đến 15cm chiều rộng không quá 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 còn hạn hẹp nên chưa có hệ thống cấp phôi tự động cho mô hình, mà mô hình sẽ được cấp phôi bằng tay

• Sản phẩm sau khi phân loại sẽ dễ dàng đóng thùng Dễ dàng cho công tác vận

chuyển tiết kiệm thời gian và nhân công 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

Phân loại được sản phẩm đa dạng hơn, có thể cùng một phân khúc phân loại nhiều kích thước của sản phẩm

em được nghiên cứu dựa trên các mô hình cũ có trong phòng thí nghiệm của trường gồm các linh kiện chính sau

 Và 1 số thiết bị phát sinh đi kèm

Cấu trúc của mô hình

Cấu trúc mô 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 mô hình

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 mô hình Thiết kế băng tải sử dụng trong mô 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 không bị trùng trong quá 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 toán sơ bộ băng tải:

Chọn chiều rộng của băng tải: kích thước của phôi: h1 = 9cm, h2 = 6cm, h3 = 4cm

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 nhôm 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 mô hình nghiên cứu học tập trong phòng

thí nghiệm

Loại băng tải sử dụng trong mô hình

2.2.2.2 Nguyên 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 rulô 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 mô hình

Là bộ phận quan trọng được đặt ở giữa mô 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 phôi 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 mô hình Tính toán 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 công thức: F = P ∗ A = [N]

Trong đó:

P là áp suất khí nén [Pa]

A là diện tích bề mặt Piston [𝑚2]

F là lực tác dụng vuông 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

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 vòng 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

tỷ số truyền không đổi nhằm giảm vận tốc góc, tăng mô 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 mô men xoắn cao

 Nhỏ gọn tích hợp cả hộp số giảm tốc phù hợp với mô hình

 Công 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 đông cơ điện tích hợp hộp số

để cấp nguồn và điều chỉnh tốc độ cho động cơ kéo băng tải

Thông số kỹ thuật:

 Module nguồn không sử dụng cách ly

 Nguồn đầu vào từ 4V – 35V

 Nguồn đầu ra: 1V – 30V

 Dòng ra Max: 3A

 Kích thước: 53mm x 26mm

 Đầu vào: INPUT +, INPUT- - Đầu ra: OUTPUT+, OUTPUT-

Kết nối chân đầu vào và đầu ra của LM2596 Điều chỉnh điện áp đầu ra bằng cách vặn nút điều chỉnh trên biến trở của module và dùng đồng hồ đo điện áp đầu ra, sau đó hiệu chỉnh cho phù hợp (biến trở hỗ trợ tối đa

14 vòng)

Nút nhấn

 Khái niệm nhiệm vụ:

Là khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, thường được đặt ở bảng điều khiển, ở tủ điện, trên họp nút nhấn… Nhiệm vụ của nút nhấn là dùng để bật tắt

mô hình

 Cấu tạo:

Gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở, đóng và vỏ bảo vệ Khi tác động vào các nút nhấn, các tiếp điểm chuyển từ trạng thái, khi không có tác động nữa thì trở về vị trí ban đầu

Nhiệm vụ của cảm biến là xử lí tín hiệu đầu vào rồi đưa vào PLC để thực hiện các lệnh về phân loại và đếm sản phẩm

Thông số kỹ thuật:

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến dùng trong mô hình

Thông số kỹ thuật Cảm biến E3F DS10C4

Vật thể phát hiện tiêu chuẩn Giấy trắng 100x100mm

Đặc tính trễ Tối đa 20%khoảng cách phát hiện Nguồn sáng( bước sóng) LED hồng ngoại(860nm)

Điện áp nguồn cấp 12VDC- 24VDC+/-10% kể cả xung

Nhiệt độ mối trường

Hoạt động -250C tới 550C( không đóng băng hoặc ngưng tụ) Bảo quản -300C tới 700C ( không đóng băng hoặc ngưng tụ)