MỞ ĐẦU Hiện nay đất nước ta đang hội nhập vào sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng, nền kinh tế đã và đang phát triển này không chỉ đòi hỏi số lượng về nguồn nhân lực, nhân công khổng lồ, mà còn yêu cầu về trình độ tay nghề, kỹ thuật lao động và thiết bị sản xuất. Trên đà phát triển đó vấn đề tự động hóa trong sản xuất, trong các hoạt động sinh hoạt hằng ngày của con người đã trở thành nhu cầu cần thiết. Ngày nay với sự xuất hiện của các chip điện tử, PLC, máy tính, CNC…Cùng với việc sử dụng rộng rãi của nó đã thúc đẩy sự phát triển của tự động hóa lên một bước cao hơn. Do đó nhóm đồ án đã thực hiện đề tài: “Thiết kế điều khiển, giám sát mô hình tay máy gắp vật và phân loại sản phẩm” Đề tài này giúp nhóm tích lũy thêm nhiều kiến thức mới. Đặc biệt là những kinh nghiệm trong quá trình thiết kế nhóm được cọ xát nhiều hơn, tiếp xúc thực tế công việc bên ngoài nhiều hơn về cách lắp đặt và lập trình. Do thời gian và kiến thức có hạn, nên đề tài còn nhiều điểm thiếu sót.Nhóm đồ án rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để có thể năng cao chất lượng của đề tài và phát triển hơn.
Giới thiệu về hệ thống sản xuất tự động
Giới thiệu chung
Ngày nay cùng vớ sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện
Điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa và cung cấp thông tin Việc nắm bắt và ứng dụng hiệu quả các công nghệ này góp phần phát triển nền khoa học kỹ thuật toàn cầu, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển tự động Các kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC và vi mạch số đã thay thế các hệ thống điều khiển cơ khí sơ khai, chậm chạp và ít chính xác, bằng các hệ thống tự động lập trình trước với tốc độ và độ chính xác cao.
Trong các nhà xưởng và xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu cấp thiết để giảm chi phí vận hành Ngành công nghiệp ngày càng mở rộng, nhiều công ty đã ứng dụng tự động hóa trong sản xuất nhằm tối ưu hóa quản lý dây chuyền và sản phẩm, mang lại hiệu quả cao và dễ dàng kiểm soát Tự động hóa không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao năng suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
Tự động hóa là quá trình thực hiện các công việc mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người, giúp nâng cao hiệu quả và tiết kiệm thời gian Đây chủ yếu dựa vào mạch điện truyền động để thực hiện các nhiệm vụ đặc thù, đảm bảo tính chính xác và liên tục Áp dụng tự động hóa mang lại lợi ích rõ rệt trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là sản xuất, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất Các hệ thống tự động hóa đã chứng minh là giải pháp hiệu quả trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất và quản lý hàng hóa, vốn đầu tư Tự động hóa chính là chìa khóa để các doanh nghiệp nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.
Hệ thống tự động hóa là một hệ thống tích hợp cả điện – điện tử và cơ khí để vận hành hiệu quả Ví dụ, điều khiển băng tải phân loại sản phẩm bao gồm phần cơ khí như băng tải và cánh tay robot, cùng phần điện đảm nhận cấp điện cho động cơ hoạt động và hệ thống van khí mở đóng tự động Sự kết hợp của các thành phần này giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác của quá trình tự động hóa.
Tự động hóa là quá trình thay thế sức mạnh cơ bắp của con người bằng máy móc trong các quá trình công nghệ chính hoặc các chuyển động quan trọng, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công Vai trò của tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa sản xuất, nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm Việc ứng dụng tự động hóa không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp hiện đại.
Tự động hóa các quá trình sản xuất giúp giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, đóng vai trò quan trọng trong phát triển doanh nghiệp Trong mọi thời đại, các quá trình sản xuất đều phải tuân theo các quy luật kinh tế để đảm bảo tính cạnh tranh của sản phẩm Giá thành là yếu tố then chốt quyết định khả năng cạnh tranh của sản phẩm cùng loại trên thị trường, đặc biệt khi các sản phẩm có tính năng tương đương Trong bối cảnh kinh tế toàn cầu đang đối mặt với lạm phát và chi phí vật tư, lao động, quảng cáo ngày càng tăng, các ngành công nghiệp phải áp dụng các phương pháp sản xuất tối ưu để giảm chi phí sản xuất Đồng thời, nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm làm gia tăng độ phức tạp của quá trình gia công, trong khi các công việc đơn giản mất đi, dẫn đến giảm số lượng công việc trả lương thấp và tăng chi phí đào tạo, thiết bị Tất cả những yếu tố này đều thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của tự động hóa trong sản xuất.
Tự động hóa các quá trình sản xuất giúp cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao hiệu quả sản xuất Việc sử dụng tự động hóa giảm thiểu phụ thuộc vào lao động thủ công, hạn chế mất ổn định về giờ giấc, chất lượng gia công và năng suất lao động Các quy trình sản xuất tự động hóa góp phần loại bỏ những khuyết điểm của phương pháp truyền thống, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và điều hành sản xuất một cách hiệu quả hơn.
Tự động hóa các quy trình sản xuất giúp nâng cao năng suất và đáp ứng tốt yêu cầu của ngành công nghiệp hiện đại Đối với các sản phẩm số lượng lớn như đinh và bóng đèn điện, việc sử dụng hệ thống tự động là bắt buộc để đảm bảo sản lượng đạt yêu cầu một cách hiệu quả Điều này không thể thực hiện hiệu quả bằng các phương pháp thủ công khi sản lượng cần lớn, nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất và giảm thiểu chi phí.
Tự động hóa các quá trình sản xuất giúp thúc đẩy chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất, trong đó nhiều sản phẩm phức tạp như ô tô và máy bay không được chế tạo hoàn toàn bởi một nhà sản xuất duy nhất Thay vào đó, các hãng thường hợp tác với nhiều nhà thầu để cung cấp các bộ phận riêng lẻ, sau đó tiến hành liên kết và lắp ráp thành sản phẩm cuối cùng Các nhà thầu chuyên sâu vào từng lĩnh vực giúp nâng cao chất lượng và rút ngắn tiến độ nghiên cứu, cải tiến sản phẩm trong phạm vi chuyên môn hẹp Việc này còn cho phép các nhà thầu chuyển sang sản xuất hàng loạt, tăng khả năng tiêu chuẩn hóa sản phẩm, đặc biệt khi một nhà thầu có thể cung cấp cho nhiều hãng khác nhau Tuy nhiên, cần lưu ý rằng tiêu chuẩn hóa không phải là yếu tố quyết định duy nhất, vì thiếu tiêu chuẩn hóa có thể gây trở ngại cho quá trình hoán đổi và làm tăng thời gian sản xuất các sản phẩm phức tạp Cuối cùng, tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện tiêu chuẩn hóa, giúp chế tạo các sản phẩm có kích thước và đặc tính ổn định với số lượng lớn một cách hiệu quả nhất.
Tự động hóa các quá trình sản xuất giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh và đáp ứng yêu cầu của quá trình sản xuất Nhu cầu thị trường quyết định mức độ tự động hóa cần thiết, đặc biệt đối với các sản phẩm phức tạp như tàu biển, giàn khoan dầu và các sản phẩm kích cỡ lớn, trọng lượng lớn, thường có số lượng ít, thời gian chế tạo kéo dài từ vài tháng đến vài năm, và đòi hỏi khối lượng lao động lớn Trong những trường hợp này, việc sử dụng dây chuyền tự động cao cấp không mang lại hiệu quả kinh tế Ngược lại, các sản phẩm như bóng đèn điện, ôtô, dụng cụ điện dân dụng với nhu cầu cao, thị trường rộng, nhưng cạnh tranh gay gắt và lợi nhuận nhỏ bé cho mỗi đơn vị sản phẩm, lại cần sản xuất hàng loạt trên dây chuyền tự động nhằm giảm chi phí, tăng năng suất và đảm bảo hiệu quả kinh tế Việc áp dụng tự động hóa trình độ cao trong sản xuất giúp thúc đẩy cạnh tranh, loại bỏ các nhà sản xuất kém chất lượng và giá thành cao, buộc các doanh nghiệp phải cải tiến công nghệ để tạo ra sản phẩm tốt hơn với chi phí thấp hơn Nhiều doanh nghiệp thất bại trong thị trường vì không hoặc không muốn đầu tư vào tự động hóa và công nghệ mới.
Dây chuyền sản xuất tự động hóa
a) Khái niệm dây truyền sản xuất
Sản xuất dây chuyền là phương pháp tổ chức sản xuất dựa trên việc phân chia quá trình công nghệ thành các bước công việc có thời gian lao động bằng nhau hoặc theo bội số phù hợp, được xác định theo trình tự hợp lý Các nơi làm việc trong dây chuyền được sắp xếp theo nguyên tắc đối tượng và chuyên môn hóa cao, giúp tăng hiệu quả sản xuất Đối tượng lao động liên tục di chuyển theo một hướng nhất định và cùng lúc, đều được chế biến tại tất cả các địa điểm trong dây chuyền, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục và hợp lý.
Dây chuyền sản xuất tự động có những đặc điểm sau:
+ Là hệ thống thiết bị để sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với sản lượng lớn.
+ Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia công theo quy trình công nghệ đã định, chỉ cần người theo dõi và kiểm tra.
Trong quá trình tự động hóa sản xuất, nguyên liệu và bán thành phẩm thường xuyên di chuyển theo từng nhịp sản xuất từ vị trí gia công này đến vị trí gia công khác dựa trên một cơ cấu chuyển động nhất định Lịch sử phát triển của tự động hóa cho thấy các dây chuyền tự động đã xuất hiện và vận hành thực tế từ trước.
+ Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến.
+ Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng.
+ Dây chuyền gồm các máy tổ hợp.
+ Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hóa.
Dây chuyền gia công bao gồm các máy CNC hiện đại, đảm bảo hiệu suất và chính xác cao trong quá trình sản xuất Để vận chuyển phôi không quay khi gia công, hệ thống băng chuyền sử dụng các cơ cấu vận chuyển đặc biệt giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu thao tác thủ công Các cơ cấu này đảm bảo quán trình vận chuyển phôi diễn ra liên tục, chính xác, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật của dây chuyền gia công CNC.
+ Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy.
+ Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy.
+ Cơ cấu tay đòn có má kẹp nâng kiểu khớp.
+ Cơ cấu đẩy thủy lực.
Các hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay
a) Một số ví dụ về sản xuất tự động hiện nay
Hệ thống sản xuất cơm hộp tự động
Hiện nay, các thực phẩm được chế biến và đóng gói tự động đang trở thành xu hướng phổ biến, phục vụ ở nhiều nơi như canteen trường học, công ty và cửa hàng tiện lợi Tốc độ tiêu thụ các sản phẩm này ngày càng tăng đều đặn theo từng năm, phản ánh nhu cầu ngày càng cao của thị trường Đồng thời, công nghệ tự động trong lĩnh vực đóng gói và chế biến thực phẩm, như hệ thống hàn và cắt tự động, đang thu hút sự quan tâm lớn từ các đối tác quốc tế, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Hình 1 2 Cánh tay robot khí nén trong sản xuất ô tô
Dây chuyền sản xuất tự động trong công nghiệp ngày càng hiện đại với mức độ tự động hóa cao, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Vai trò của công nhân dần được thay thế bởi máy móc, từ đó tăng đáng kể hiệu quả làm việc Hiện nay, có nhiều mô hình phân loại sản phẩm tự động đang được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp.
Hệ Thống Phân Loại Theo Vật Liệu.
Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến từ trường để phát hiện các vật thể có tính kim loại hay không (đồng, thép và sắt ).
Hệ thống có khả năng phân biệt chính xác tính chất của sản phẩm ngay cả khi sản phẩm đã được đóng gói, giúp quá trình phân loại trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn Ứng dụng thực tế của hệ thống này bao gồm việc phân loại các hộp chứa gia vị và các loại vật liệu khác nhau, nâng cao năng suất và chính xác trong các quy trình xử lý hàng hóa.
Hệ Thống Phân Loại Theo Màu.
Hình 1 4 Hệ thống phân loại theo màu
Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến màu sắc để phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau.
Nhận xét: Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau.
Hình 1 trình bày 3 hệ thống phân loại dựa trên vật liệu, ứng dụng phổ biến trong các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc Các hệ thống này giúp nâng cao hiệu quả phân loại, phù hợp để xử lý nhiều loại sản phẩm với màu sắc đa dạng, như trong ngành công nghiệp dược phẩm và sản xuất hàng hóa Việc sử dụng các hệ thống phân loại dựa trên vật liệu mang lại lợi ích lớn trong việc nâng cao năng suất và chính xác của quá trình phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
Đặt vấn đề
Ngày nay, tự động hóa trong điều khiển sản xuất ngày càng phát triển và lan tỏa sâu vào từng khâu của quá trình sản xuất, mang lại hiệu quả vượt trội Một trong những ứng dụng nổi bật của công nghệ tự động hóa là hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, giúp nâng cao độ chính xác và năng suất trong quá trình kiểm tra chất lượng Việc áp dụng công nghệ phân loại này không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn giảm thiểu sai sót, góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường.
Các công nghệ phân loại sản phẩm như dựa trên màu sắc, tính chất vật liệu hoặc kích thước đang dần được tự động hóa theo dây chuyền hiện đại nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất Việc tự động hóa giúp nâng cao hiệu quả và chính xác trong quá trình phân loại sản phẩm, giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian Công nghệ này không chỉ đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng mà còn thúc đẩy doanh nghiệp tối ưu hóa nguồn lực và cạnh tranh trên thị trường.
+ Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động.
+ Giảm sự nặng nhọc cho người công nhân, tiết kiệm thời gian.
+ Giảm được chi phí sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm.
Dựa trên những yêu cầu thực tế, em đã chọn đề tài "Thiết kế điều khiển, giám sát mô hình tay máy gắp vật và phân loại sản phẩm" nhằm nâng cao hiệu quả tự động hóa trong sản xuất Trong quá trình thiết kế và chế tạo, tự động hóa được thể hiện qua hai quá trình chính là điều khiển chính xác của tay máy và giám sát hệ thống để đảm bảo hoạt động liên tục, hiệu quả Đề tài tập trung phát triển hệ thống điều khiển tự động để nâng cao năng suất, giảm thiểu sai sót, và tối ưu hóa quá trình phân loại sản phẩm.
+ Tự động hóa phân loại được sản phẩm có kích thước khác nhau.
+ Tự động hóa trong khâu nhận biết vật có kích thước khác nhau để đưa vào ngăn chứa đúng với ngăn chứa sản phẩm đó.
Mục tiêu thiết kế hệ thống
Hệ thống tự động phân loại sản phẩm dựa trên các kích thước khác nhau như cao, trung bình và thấp, giúp nâng cao năng suất làm việc và tối ưu hiệu quả sản xuất Mục tiêu kỹ thuật của hệ thống là phát triển mô hình có khả năng tự động hóa quy trình phân loại, đảm bảo độ chính xác cao và ứng dụng hiệu quả trong sản xuất công nghiệp Việc sử dụng công nghệ tự động hóa này giúp giảm thiểu sai sót, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất làm việc trong quy trình sản xuất.
Hệ thống hoạt động ổn định, đạt độ chính xác cao, yêu cầu các giải pháp thiết kế tổng hợp về cơ khí truyền động và điện để đảm bảo hiệu suất tối ưu Bên cạnh đó, việc đảm bảo an toàn lao động và khả năng thay thế dễ dàng cho công nhân là yếu tố quan trọng trong việc phát triển hệ thống Các yêu cầu của hệ thống bao gồm tính ổn định, độ chính xác cao và khả năng vận hành an toàn, tiện lợi trong quá trình sử dụng.
+ Có kích thước phù hợp, không gian làm việc hiệu quả.
+ Hệ thống dễ điều khiển và làm việc tin cậy.
+ Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động.
+ Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn.
Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, giúp nâng cao hiệu quả và khả năng cải tiến công nghệ Với vốn đầu tư phù hợp và chi phí vận hành thấp, các hệ thống này không những tối ưu về mặt kinh tế mà còn đảm bảo yếu tố thẩm mỹ, phù hợp với nhiều không gian khác nhau.
Phạm vi và nội dung thiết kế hệ thống
Dựa trên các môn học cơ sở chuyên ngành như Khí cụ điện, Máy điện, Truyền động điện và Điều khiển logic PLC, việc áp dụng kiến thức thực tế giúp lựa chọn phương pháp thiết kế tối ưu nhất Việc đưa ra các phương án khác nhau và xác định phương án phù hợp giúp giải quyết vấn đề hiệu quả và bền vững trong tương lai Các phương pháp thiết kế dựa trên lý thuyết và thực tiễn giúp nâng cao năng lực chuyên môn và đảm bảo hiệu quả trong các dự án kỹ thuật điện hiện nay.
Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao gồm các phần sau:
HMI dùng để giám sát và điều khiển mô hình.
PLC dùng để điều khiển các thiết bị trên hệ thống.
Băng chuyền dùng để di chuyển sản phẩm.
Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng chiều cao sản phẩm.
Cánh tay dùng để phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn. b) Nội dung thiết kế
+ Sản phẩm có kích thước thay đổi được chia làm ba loại: Cao, trung bình và thấp => dùng để phân loại theo chiều cao.
Trong quá trình thiết kế hệ thống điều khiển, việc tính toán và lựa chọn các cơ cấu, thiết kế kết cấu phù hợp là bước quan trọng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của mô hình Đồng thời, xây dựng lưu đồ Grafcet giúp phản ánh quá trình điều khiển một cách rõ ràng và logic, hỗ trợ trong việc lập trình và vận hành trên PLC Việc áp dụng phương pháp này không chỉ nâng cao độ chính xác của hệ thống mà còn tối ưu hóa quá trình vận hành, giúp hệ thống tự động hóa vận hành hiệu quả hơn.
+ Lắp ráp mô hình thiết kế và vận hành.
Tổng kết chương 1
Tự động hóa trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm giá thành sản phẩm Quá trình sản xuất tự động hoạt động theo trình tự chuẩn xác, giúp thay thế lao động chân tay và thúc đẩy chuyên môn hóa trong sản xuất Nhờ đó, tự động hóa góp phần vào sự phát triển công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước trong tương lai.
Hệ thống phân loại sản phẩm đa dạng và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế để mang lại hiệu quả cao, như hệ thống phân loại màu sắc và vật liệu Các hệ thống này liên tục được cải tiến nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người tiêu dùng.
Em tập trung vào đề tài "Thiết kế điều khiển và giám sát các thông số quan trọng của hệ thống như tốc độ, khối lượng, tải trọng," nhằm đảm bảo hiệu quả vận hành và tối ưu hóa quy trình Đề tài hướng đến phát triển mô hình phân loại sản phẩm dựa trên chiều cao, ứng dụng thực tiễn trong sản xuất Việc giám sát chính xác các tham số này giúp nâng cao chất lượng và độ chính xác của hệ thống phân loại sản phẩm Thiết kế hệ thống điều khiển tự động có khả năng thích ứng và kiểm soát các thông số một cách chính xác, góp phần cải thiện năng suất và giảm thiểu lỗi trong quá trình sản xuất.
Và thông qua đồ án nâng cao kỹ năng:
Tìm và tổng hợp tài liệu; kỹ năng phân tích lựa chọn giải pháp thiết kế phù hợp các điều kiện cho trước;
Kỹ năng gia công 1 số chi tiết cơ khí,
Thiết kế giao diện giám sát
Tập báo cáo trình bày chi tiết về cơ sở lý thuyết, quá trình phân tích thiết kế, thi công và đánh giá hệ thống.
Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao hoạt động đáp ứng những yêu cầu đặt ra ban đầu.
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG
Xây dựng quy trình công nghệ cho hệ thống
Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống
Hệ thống điều khiển sử dụng PLC FX3U làm bộ xử lý trung tâm để nhận và xử lý tín hiệu từ các cảm biến, từ đó điều khiển các cơ cấu chấp hành như van đảo chiều và động cơ qua các relay trung gian HMI đóng vai trò chính trong việc điều khiển và giám sát toàn bộ quy trình hoạt động của hệ thống.
Khi cấp nguồn vào PLC, cảm biến và động cơ bắt đầu hoạt động Động cơ sẽ chạy liên tục cho đến khi cảm biến phát hiện tín hiệu và truyền vào PLC Sau đó, PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển relay để dừng động cơ và kích hoạt relay của các van, trong đó van đảo chiều có điện để điều khiển xilanh hoạt động chính xác.
Hình 2 2 Bản vẽ quy trình công nghệ
- Vật cần gắp bằng nhựa có khối lượng 50-200 gam
- 3 sản phẩm có chiều cao 30mm, 55mm, 80mm
- Hình dạng vật thể: Tròn hình trụ đường kính 30mm
- Tốc độ phân loại : tối đa 15s/1 sản phẩm
Ý tưởng thiết kế
Thiết kế mô hình tổng quan của hệ thống
Hình 2 3 Mô hình tổng quan của hệ thống
Thiết kế Layout tủ điện
Hình 2 4 Thiết kế Layout tủ điện.
Thiết kế vật cần phân loại
Hình 2 5 Thiết kế kích thước các vật
Phân tích và chọn phương án thiết kế
Hệ thống băng tải
a) Giới thiệu về băng tải
Băng tải, hay còn gọi là băng truyền, là thiết bị vận chuyển liên tục với khả năng vận chuyển hàng hóa qua các khoảng cách lớn Nó được sử dụng phổ biến tại các công trường xây dựng, xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và các nhà máy công nghiệp Các loại băng tải đa dạng như băng tải PVC, cao su, xích inox, xích nhựa, con lăn tự do, con lăn truyền động, băng tải đứng, nghiêng, từ, gầu tải và vít tải giúp vận chuyển nhiều loại vật liệu rời, vụn như cát sỏi, đá, xi măng, sản phẩm ngành chè, cà phê, hóa chất, da giày, thực phẩm, nông sản, cũng như hàng đơn chiếc như bao bì, hộp, bưu kiện Những ưu điểm của băng tải bao gồm khả năng vận chuyển liên tục, tiết kiệm nhân lực, nâng cao năng suất và phù hợp với nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Thiết kế đơn giản, bền chắc và dễ dàng vận chuyển theo nhiều hướng như nằm ngang, nghiêng hoặc kết hợp cả hai, giúp linh hoạt trong quá trình sử dụng Vốn đầu tư ban đầu không lớn, có khả năng tự động hóa cao, vận hành đơn giản và bảo trì dễ dàng, đảm bảo hoạt động tin cậy và hiệu suất làm việc cao Ngoài ra, máy tiêu thụ năng lượng hợp lý, giúp giảm chi phí vận hành so với các loại máy vận chuyển khác.
Phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do tốc độ dốc tối đa và khả năng đi theo đường cong của chúng hạn chế Cấu tạo chung của băng tải gồm các bộ phần chính giúp đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả trong quá trình vận chuyển hàng hóa.
Hình 2 7 Cấu tạo băng tải.
1- Cơ cấu căng băng, 2- tang bị dẫn, 3-băng tải, 4- Cụm con lăn trên,
5- cụm con lăn dưới, 6- tang dẫn động, 7- khớp nối, 8- hộp giảm tốc,
9- bộ truyền đai, 10- động cơ, 11- khung đỡ băng tải.
+ Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
+ Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
+ Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
+ Hệ thống đở làm bộ phận trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. d) Các loại băng tải và phương án lựa chọn
Băng chuyền có nhiều loại, mỗi loại dùng để tải những vật liệu khác nhau.
Tùy vào mục đích sử dụng và vật cần tải mà ta chọn băng chuyền cho phù hợp.
Khi chọn mua băng tải, ngoài các lưu ý về kích thước và loại hình, bạn cần xem xét chất lượng bề mặt, lớp lõi, màu sắc, mùi hương của cao su, cũng như độ cứng và độ đàn hồi của sản phẩm để đảm bảo hiệu suất và độ bền cao nhất.
Bảng 2 1 Phân loại băng tải
Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, băng chuyền đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sản phẩm để phân loại hiệu quả Do sản phẩm và thùng chứa ở dạng rời rạc, phương án sử dụng băng tải đai là giải pháp tối ưu phù hợp với yêu cầu đặt ra Ưu điểm của việc dùng băng tải đai trong hệ thống bao gồm khả năng vận chuyển linh hoạt, độ bền cao và dễ dàng tích hợp vào các quy trình tự động hóa, giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình phân loại sản phẩm.
+ Sản phẩm được dẫn trực tiếp trên băng tải.
+ Tải trọng của băng tải không cần lớn.
+ Thiết kế dễ dàng, dễ thi công.
+ Vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ.
Phương án lựa chọn bộ điều khiển
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình, chuyên dùng trong tự động hóa công nghiệp Với khả năng lưu trữ chương trình trong bộ nhớ khả trình, PLC thực hiện các yêu cầu điều khiển một cách chính xác và tin cậy Được thiết kế giống như một máy tính nhỏ gọn, PLC hoạt động bền bỉ trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC có chi phí đầu tư cao hơn so với hệ thống dùng vi xử lý, nhưng đi kèm với đó là nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt nhờ chỉ số IP phù hợp, độ bền vững, độ tin cậy cao và tỷ lệ hư hỏng thấp Các dòng PLC còn được tích hợp sẵn chương trình điều khiển có thể dễ dàng hiệu chỉnh, sửa chữa hoặc thay đổi trong tương lai Về phần cứng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi và mở rộng số lượng đầu vào, đầu ra rất đơn giản và nhanh chóng, đây là yếu tố quan trọng cho bộ điều khiển trung tâm trong hệ thống tự động hóa Một lợi ích lớn nữa của PLC là khả năng trao đổi thông tin và kết nối linh hoạt với các thiết bị xung quanh như các PLC khác, máy tính hoặc thiết bị giám sát, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống.
Như vậy, từ các ưu điểm trên bộ điều khiển sử dụng trong hệ thống là bộ điều khiển logic PLC.
Để lựa chọn PLC phù hợp, cần chú ý đến các thông số như số tín hiệu đầu vào và đầu ra, dạng tín hiệu (tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự), và các yêu cầu về quy trình công nghệ đòi hỏi khắt khe về thời gian, trong đó đặc biệt quan tâm đến chu kỳ quét của PLC Ngoài ra, cổng truyền thông và chuẩn truyền thông cũng đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và đáp ứng đúng yêu cầu kỹ thuật.
PLC Mitsubishi FX3U 16M là dòng PLC nhỏ gọn phù hợp với các ứng dụng có số lượng I/O dưới 30, giúp giảm chi phí lao động và kích thước bảng điều khiển Với bộ nhớ EEPROM, dữ liệu chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ trong ngay cả khi mất nguồn đột ngột, giúp giảm thiểu thời gian bảo trì và sửa chữa Dòng FX3U tích hợp sẵn bộ đếm tốc độ cao và các bộ tạo ngắt, nâng cao khả năng xử lý các ứng dụng phức tạp một cách hiệu quả.
Dòng sản phẩm mới PLC FX3U của Mitsubishi Electric là thế hệ thứ ba trong gia đình FX-PLC, nổi bật với thiết kế nhỏ gọn, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp Sản phẩm này được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường quốc tế, với tính năng nổi bật là hệ thống “adapter bus” giúp mở rộng khả năng kết nối và tích hợp các tính năng đặc biệt Hệ thống mở rộng này còn hỗ trợ truyền thông mạng, mang lại độ linh hoạt cao cho hệ thống tự động hóa Với khả năng mở rộng tối đa, PLC FX3U đem lại giải pháp linh hoạt và hiệu quả cho các dự án tự động hóa quy mô từ nhỏ đến lớn.
10 khối trên bus mới này.
Dòng PLC mới nổi bật với tốc độ xử lý cực nhanh, chỉ 0.065 giây cho một lệnh đơn logic, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động 209 tập lệnh được tích hợp sẵn cùng với các cải tiến liên tục đặc biệt cho nghiệp vụ điều khiển vị trí, đảm bảo độ chính xác và linh hoạt trong vận hành Hệ thống còn mở rộng khả năng truyền thông bằng cổng USB, hỗ trợ cổng Ethernet và cổng lập trình RS-422 mini DIN, nâng cao khả năng kết nối Với tính năng mạng mở rộng, PLC này có thể mở rộng tối đa các I/O lên đến 384, bao gồm các khối I/O qua mạng, phù hợp cho các hệ thống tự động hóa phức tạp.
Dòng FX3U có nhược điểm chính là không thể mở rộng số lượng I/O đã được quản lý, hạn chế khả năng kết nối mạng và tích hợp các mô-đun chuyên dụng Thời gian thực hiện chương trình của FX3U cũng khá lâu, với thời gian chạy các lệnh cơ bản từ 1.6 giây đến 3.6 giây và các lệnh ứng dụng lớn có thể mất vài trăm giây Những hạn chế này ảnh hưởng đến khả năng mở rộng và hiệu suất của hệ thống tự động hóa sử dụng dòng PLC FX3U.
Bảng 2 2 Đặc tính kỹ thuật PLC Fx3U 16M
MỤC ĐẶC ĐIỂM GHI CHÚ
Dung lượng chương trình 64000 bước Sử dụng bộ nhớ EEPROM Cấu hình vào ra (I/O) Vào Tối đa 8 ngõ: X0 –
X7 Số ngõ theo mã sản phẩm
Chốt Số lượng: 1152 M384 -> M1535 Đặc biệt Số lượng: 512 M8000 -> M8511
Thông thường Số lượng: 36 C0 -> C15, C200 -> C219 Chốt Số lượng: 199 C16 -> C199, C220 -> C234
Bộ đếm tốc độ cao (HSC)
Thanh ghi dưc liệu D Thông thường Số lượng: 128 D0 – D127
Chốt Số lượng: 972 D128 – D1099 Đặc biệt Số lượng: 512 D8000 - D8511
Phương án lựa chọn động cơ
a) Tổng quan về động cơ
Băng tải dẫn động bằng động cơ điện DC Ta có thể chọn động cơ theo các phương án sau:
Hình 2 11 Động cơ bước Ưu điểm:
+ Điều khiển vị trí tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi.
+ Thường sử dụng trong các loại máy CNC.
Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ.
Để đáp ứng yêu cầu của băng tải không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng nhỏ và chi phí hợp lý, chúng tôi chọn động cơ điện một chiều làm nguồn dẫn động Động cơ này cần có moment lớn để phù hợp với tải trọng của băng tải, trong khi vận tốc chuyển động thấp của băng tải yêu cầu chọn động cơ có tốc độ thấp nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về tốc độ và tải trọng.
Hình 2 10 Động cơ DC KM3448A
Trong đề tài công nghệ, yêu cầu chính là vận chuyển các sản phẩm làm từ chất liệu dễ cháy như gỗ và bìa cứng, đòi hỏi hệ thống động cơ phải an toàn và không gây tia lửa điện khi hoạt động Động cơ sử dụng cần có hiệu suất làm việc cao để đảm bảo đáp ứng hiệu quả của quy trình vận chuyển An toàn cháy nổ là tiêu chí hàng đầu trong lựa chọn thiết bị, giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ trong quá trình vận hành Việc chọn động cơ phù hợp không chỉ đảm bảo an toàn mà còn nâng cao năng suất và hiệu quả của toàn bộ hệ thống công nghệ.
Động cơ kéo băng tải hoạt động theo chế độ liên tục, phù hợp với yêu cầu công nghiệp dài hạn Hệ truyền động đảm bảo khởi động đầy tải mà không cần điều chỉnh tốc độ nhiều cấp Mômen khởi động của động cơ thường đạt khoảng 1,6 đến 1,8 lần mômen định mức, vì vậy nên chọn động cơ có hệ số trượt lớn và rãnh Stator sâu để cung cấp mômen mở máy cao, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống băng tải.
Các thiết bị cấp nguồn cho động cơ truyền động cần đảm bảo dung lượng đủ lớn, đặc biệt đối với các động cơ có công suất trên 30 kW Việc này giúp mở máy một cách nhẹ nhàng và dễ dàng hơn, đồng thời không gây ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động của động cơ.
Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ được chọn làm giải pháp phù hợp nhờ vào kết cấu bền vững, đơn giản, kinh phí hợp lý và khả năng vận hành trực tiếp từ nguồn điện lưới Loại động cơ này dễ bảo quản, ít phải bảo dưỡng và đáp ứng tốt các yêu cầu của bài toán công nghệ trong đề tài Chính những ưu điểm trên đã giúp động cơ 3 pha không đồng bộ trở thành lựa chọn tối ưu cho dự án này.
Tính công suất và chọn động cơ băng tải
Trong việc chọn công suất động cơ truyền động cho băng tải, cần dựa trên công suất cản tĩnh để đảm bảo hoạt động hiệu quả Chế độ quá độ không được tính đến do số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng lớn đến chế độ tải của động cơ Phụ tải của truyền động băng tải thường ít thay đổi trong quá trình vận hành, do đó không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quả tải Tuy nhiên, trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, việc kiểm tra theo điều kiện mở máy là rất quan trọng để đảm bảo độ bền và an toàn cho hệ thống.
Để tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải chính xác, cần xác định các lực thiết yếu để băng tải hoạt động hiệu quả Phương pháp này bắt đầu bằng việc phân tích lực tác dụng, trong đó một lực ⃗ F theo phương thẳng đứng đặt trên mặt nghiêng có thể được chia thành hai thành phần chính, nhằm tính toán công suất phù hợp cho động cơ.
⃗ F t song song với mặt phẳng nghiêng
⃗ F n vuông góc với mặt phẳng nghiêng
Hình 2 12 Sơ đồ tính toán lực của băng tải [1]
Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường tính theo các thành phần sau:
+ Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu.
+ Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy.
+ Công suất P3 để nâng tải (nếu là bằng tải nghiêng).
Yêu cầu của bài toán:
Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu được tính như sau [1]:
F1 = L ∂ cosβ.k1.g = L’ ∂ k1.g Với β = 0 (băng tải nằm ngang)
Vì thành phần pháp tuyến ⃗ F n = L ∂ cosβ.g tạo ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và ma sát giữa băng tải và con lăn.
F1 = 0.4.500.0,05.10 = 100 (N) Trong đó: β : Góc nghiêng của băng tải
Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu trên băng tải được tính dựa trên khối lượng vật liệu trên băng tải (kg/m), hệ số lực cản khi vận chuyển (k1 = 0,05), và gia tốc trọng trường, nhằm đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả Công thức tính công suất phản ánh sự ảnh hưởng của trọng lượng vật chất và lực cản tới năng lượng tiêu thụ khi dịch chuyển vật liệu trên băng tải có chiều dài trên 0,4 mét Việc xác định chính xác công suất giúp tối ưu hóa hoạt động và giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình vận hành.
P1 : công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu (W) v : vận tốc của băng tải, v = 0,1 (m/s)
Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải được tính như sau [1]:
F2 = 2.L ∂ b.cosβ.k2.g = 2.L’ ∂ b.k2.g Với L = 0.4 (m); ∂ b = 800 ; g = 10 (m/s 2 ) ta tính được:
F2 = 2.0.4.800.0,005.10 = 32 (N) Trong đó: k2 : là hệ số tính đến lực cản khi không tải, k2 = 0,005
∂ b : là khối lượng băng tải trên 0.4m chiều dài băng (kg/m) Vậy công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát được tính như sau [1]:
Lực cần thiết để nâng vật được tính như sau [1]:
Dấu ( + ) là khi tải đi lên
Dấu ( - ) là tải đi xuống
Vậy công suất để nâng vật được tính như sau [1]:
Vì băng tải nằm ngang có góc nghiêng bằng 0 nên độ cao H = 0
Vậy công suất nâng vật P3 = 0 (W)
Công suất tĩnh của băng tải được tính như sau [1]:
P = P1 + P2 + P3 = 13.2 (W) Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được được tính như sau [1]:
Trong đó: k3 : là hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25) η : là hiệu suất truyền động, η = 0,94
Chọn động cơ KM-3448A là lựa chọn tối ưu nhờ vào thiết kế tích hợp bộ giảm tốc bên trong, giúp điều khiển tải trọng lớn một cách hiệu quả Động cơ KM-3448A có khả năng vận hành mạnh mẽ, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tải trọng cao Các thông số kỹ thuật của động cơ này được tối ưu nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe của các dự án công nghiệp.
+ Tốc độ quay n = 220 (Vòng/Phút).
+ Hệ số giảm tốc là 50:1.
Phương án lựa chọn bộ truyền dẫn động
Các loại bộ truyền dẫn cơ khí thường gặp như sau:
+ Bộ truyền trục vít – bánh vít.
+ Bộ truyền vít me- đai ốc.
Với yêu cầu của đề tài, ta chọn bộ truyền đai để truyền động kéo cho băng tải bởi vì bộ đai có những ưu điểm sau:
Tốc độ không đổi Không trượt, lệch hay xộc xệch.
Đai có hệ số đàn hồi lớn sẽ không bị kéo dãn.
Không cần căng đai Giảm tải và tăng tuổi thọ.
Nhỏ gọn, vành đai bánh răng cho phép pully nhỏ hơn, khoảng cách tâm ngắn hơn, đai hẹp hơn.
Hiệu suất cơ học cao cho tốc độ và sức mạnh ổn định.
Gọn nhẹ, tỷ lệ công suất trên khối lượng cao.
Khả năng tải tốc độ cao Tốc độ dây đai lên đến tối đa 30 m/s
Độ ồn thấp Không rung, không có hiện tượng va chạm răng
Phạm vi tải trọng rộng.
Ít tạo nhiệt hơn vì hầu như không có ma sát.
Ống lót côn giữ puly trên trục bằng kẹp như tạo áp lực
Nhanh chóng, dễ dàng lắp đặt hay tháo rời.
Hệ thống nhẹ, sạch sẽ và nhỏ gọn.
Một tỷ lệ được xác định trước luôn được duy trì.
Mối quan hệ góc liên tục giữa puly chủ động và puly bị động được duy trì vô thời hạn.
Chi phí cần cân nhắc và puly phải có rãnh răng phù hợp
Do lực đẩy nhẹ của dây đai trong chuyển động, một puly trong bộ truyền phải được gắn mặt bích.
Khi khoảng cách giữa hai tâm quay lớn hơn tám lần đường kính của puly nhỏ hoặc khi ổ đĩa hoạt động trên trục dọc, cần lắp đặt cả hai puly với mặt bích để đảm bảo an toàn và độ bền của hệ thống Việc sử dụng mặt bích giúp tăng cường độ cứng và ổn định của các puly trong quá trình vận hành Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và tránh các sự cố không mong muốn do trục quay bị lệch hoặc rung lắc Lắp mặt bích cho puly là bước quan trọng trong thiết kế hệ thống truyền động, góp phần nâng cao tuổi thọ và hiệu quả làm việc của thiết bị.
Phương án lựa chọn cơ cấu đẩy cho cánh tay
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học, giúp thực hiện các chuyển động chính xác và hiệu quả Trong đó, cơ cấu đẩy sản phẩm thường sử dụng xilanh để tạo ra chuyển động thẳng, phù hợp với yêu cầu của quá trình sản xuất Để thiết kế cơ cấu đẩy sản phẩm hiệu quả, có thể áp dụng các phương án tối ưu nhằm đảm bảo độ chính xác và tiết kiệm năng lượng trong quá trình hoạt động.
Dùng piston khí nén. Ưu điểm:
+ Tuổi thọ cao, chịu quá tải tốt.
+ Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động.
+ Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng, ít giật cục gây ấn suất động.
+ Thiết kế đảo chiều dễ dàng, chịu quá tải tốt.
+ Có thời gian trễ lớn.
+ Giá thành cao, chế tạo đòi hỏi chính xác cao.
+ Mức độ an toàn không cao khi vận hành.
+ Hiệu suất không cao do sự rò rỉ khí, mất mát từ ống dẫn khí.
Trong quá trình phân tích các phương án, tôi đã lựa chọn sử dụng xi lanh khí nén để tích hợp vào hệ thống nhờ vào tính linh hoạt trong điều khiển Việc sử dụng xi lanh khí nén giúp đáp ứng hiệu quả các yêu cầu đặt ra về độ chính xác và tốc độ hoạt động của hệ thống, đồng thời đảm bảo tính linh hoạt và dễ bảo trì Đây là giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu suất vận hành và đảm bảo sự linh hoạt trong quá trình điều khiển của hệ thống.
Phương án lựa chọn cảm biến sản phẩm
Có nhiều loại cảm biến như cảm biến điện dung, điện cảm và cảm biến quang học phù hợp để phân loại sản phẩm theo chiều cao Đối với những sản phẩm có kích thước lớn, cảm biến tiệm cận thường không đạt độ chính xác mong muốn Vì vậy, cảm biến quang là lựa chọn tối ưu nhất trong trường hợp này để đảm bảo độ chính xác cao khi phân loại sản phẩm dựa trên chiều cao.
Hình 2 thể hiện cảm biến quang thu phát chung, gồm phần phát và phần thu để nhận diện sản phẩm qua quang học Cảm biến hoạt động bằng cách phát ra ánh sáng hồng ngoại và thu ánh sáng hấp thụ từ vật thể, do đặc tính ít bị nhiễu của ánh sáng hồng ngoại Hai bộ phận này hoạt động cùng tần số, giúp đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình cảm biến Những ưu điểm nổi bật của cảm biến quang thu phát chung gồm khả năng nhận diện chính xác và ổn định trong các điều kiện môi trường khác nhau.
+ Không cần tiếp xúc với sản phẩm.
+ Có thể phát hiện ở vật khoảng cách xa.
+ Không bị hao mòn, có tuổi thọ cao.
+ Có thời gian đáp ứng nhanh.
+ Dễ bị cháy khi cấp nhầm điện áp.
Cảm biến quang E3F-DS10C4 có những thông số sau:
+ Gồm có 3 dây: Nâu, xanh và đen.
+ Khoảng cách phát hiện L = 10cm.
Phương án lựa chọn thiết bị trên hệ thống
Trong hệ thống điện tự động hóa, rơle là thiết bị không thể thiếu để cấp nguồn cho hệ thống hoạt động nhờ vào tín hiệu đầu vào từ thiết bị điều khiển, giúp đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả Ngoài ra, rơle còn được sử dụng để đảo cực tính của dòng điện một chiều, mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực tự động hóa khác nhau Chính vì vậy, rơle có vai trò quan trọng trong các hệ thống tự động, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện.
Hình 2 16 Relay trung gian 8C-24VAC.
+ Chân 13,14 là chân nối với nguồn điện.
+ Chân 1,9 và 4,12 là tiếp điểm thường đóng.
+ Chân 5,9 và 8,12 là tiếp điểm thường hở.
Van đảo chiều (Van khí nén 5/2).
Van đảo chiều đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát dòng năng lượng bằng cách đóng mở hoặc thay đổi vị trí các cửa van Việc điều chỉnh này cho phép thay đổi hướng của dòng khí nén một cách chính xác và hiệu quả Nhờ vào van đảo chiều, hệ thống vận hành trơn tru hơn, đảm bảo kiểm soát luồng khí nén theo yêu cầu của thiết bị Điều này giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của toàn bộ hệ thống khí nén.
Hình 2 17 a, Van khí nén 5/2 b, Kí hiêu van đảo chiều
Khi chưa cung cấp khí vào cửa điều khiển 14, van hoạt động ở vị trí bên phải do tác dụng của lực lò xo, khiến cửa sổ 1 thông với cửa sổ 2 và cửa 4 thông với cửa 5, trong khi cửa số 3 bị chặn Khi cấp khí vào cửa điều khiển 14, van 5/2 đảo trạng thái, làm cho cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3, và cửa số 5 bị chặn, giúp điều chỉnh luồng khí trong hệ thống.
Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành.
Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc
Hình 2 18 a,Van tiết lưu b, Kí hiệu van tiết lưu. vào sự thay đổi tiết diện.
Van tiết lưu có khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng chảy nhờ vào thiết kế tiết diện thay đổi Cơ cấu chính của van là một vít điều chỉnh, giúp thay đổi khe hở, từ đó kiểm soát dễ dàng lưu lượng nước hoặc chất lỏng qua hệ thống Thiết bị này thường được sử dụng để tối ưu hóa quá trình điều chỉnh lưu lượng, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống Việc điều chỉnh chính xác giúp tăng hiệu quả vận hành và tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng.
Nguồn tổ ong có thiết kế nhỏ, gọn nhẹ, giúp tiết kiệm diện tích so với các máy biến áp truyền thống cồng kềnh và trọng lượng nặng Trong khi đó, nguồn tuyến tính thường rất to và chiếm nhiều không gian hơn, gây hạn chế trong việc lắp đặt và sử dụng.
Dễ dàng liên kết với các thiết bị nhỏ gọn và như tủ điện, thiết bị giám sát, hệ thống đèn LED chiếu sáng
Giá thành rẻ hơn rất nhiều so với các bộ nguồn thông thường khác, đa dạng điện áp giúp đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng.
Hiệu suất cao: Khi nghiên cứu 2 máy biến áp thường và biến áp xung có cùng kích thước Các chuyên ra đã nhận ra rằng:
- Biến áp xung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần
- Nguồn xung có thể hoạt động tốt ở dải tần cao, biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần thấp
- Nguồn xung có thể hoạt động ở độ cao 5000m và môi trường khắc nghiệt -30 đến 70 độ C
Nút nhấn và đèn báo nguồn.
Nút nhấn là thiết bị có hệ thống lò xo cùng các tiếp điểm thường mở và thường đóng, được bảo vệ bằng vỏ chắc chắn Khi người dùng tác động vào nút, các tiếp điểm chuyển đổi trạng thái để kích hoạt thiết bị hoặc hệ thống điều khiển Sau khi rút lực tác động, các tiếp điểm tự động trở về trạng thái ban đầu nhờ hệ thống lò xo, đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn.
Cầu đấu dây điện trong sinh hoạt còn gọi là domino điện, còn trong công nghiệp được gọi là cầu đấu dây điện Đây là thiết bị dùng để kết nối dây điện đến các thiết bị điều khiển hoặc thiết bị động lực Cầu đấu dây điện đóng vai trò quan trọng trong việc giúp nối liền mạch hệ thống điện, đảm bảo quá trình vận hành ổn định và an toàn trong tủ điện hoặc hệ thống điện chung.
Hình 2 20 a, Nút nhấn b, Đèn báo nguồn
Hình 2 22 Dây điện và ống lồng
S là tiết diện dây dẫn (mm 2 )
J là mật độ dòng điện (A/ mm 2 )
Hình 2 23 ruột gà bọc dây
Thanh ray, máng đi dây
Hình 2 24 Thanh ray, máng nhựa
Thanh ray giúp cố định trên mặt gỗ, tạo điều kiện lắp đặt và bố trí linh kiện một cách dễ dàng và chính xác Máng nhựa kích thước 25x25 thiết kế thông minh, giúp đi dây điện nhanh chóng, gọn gàng, và nâng cao tính thẩm mỹ cho không gian.
Phương án lựa chọn HMI
HMI, viết tắt của Human Machine Interface, là thiết bị tích hợp trong các loại máy móc giúp người sử dụng giao tiếp dễ dàng thông qua màn hình cảm ứng hoặc nút bấm Đây là công cụ cho phép điều chỉnh, ra lệnh, và kiểm soát máy móc một cách trực quan và hiệu quả Hầu hết các thiết bị và máy móc hiện đại đều tích hợp HMI để nâng cao khả năng vận hành và tối ưu hóa quá trình tương tác giữa người và thiết bị.
Hình 2 25 Màn Simatic HMI Siemens
Hình 2 26 Màn HMI Got1000 Mitsubishi
Các thuật ngữ liên quan đến HMI rất quan trọng để hiểu rõ về hệ thống điều khiển và giao diện người-máy Việc nắm vững các khái niệm chuyên ngành này giúp bạn dễ dàng tiếp cận và tham khảo các thông tin liên quan một cách chính xác và hiệu quả Hiểu biết về các thuật ngữ HMI cũng hỗ trợ trong quá trình thiết kế, vận hành, và tối ưu hóa hệ thống tự động hóa Vì vậy, việc tìm hiểu các thuật ngữ cơ bản liên quan đến HMI là bước cần thiết để nâng cao kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.
HMI là thành phần của phần mềm ứng dụng được xây dựng dựa trên công cụ phát triển HMI, sau đó được nạp xuống thiết bị để vận hành Đây là nơi lưu trữ các đối tượng (Object), biến số (tags) và các chương trình dạng ngữ cảnh (script), góp phần tối ưu hóa hệ thống điều khiển tự động.
Các thẻ liên kết – biến số (Tags)
Các biến số nội tại trong hệ điều hành của thiết bị HMI đóng vai trò là biến trung gian phục vụ quá trình tính toán và điều khiển Trong mạng điều khiển, các biến quá trình xuất hiện trong PLC, thiết bị đo lường thông minh và các thiết bị nhúng controller khác, giúp đồng bộ và tối ưu hóa hoạt động hệ thống Thẻ Tags thường được sử dụng như đối tượng trung gian liên kết giữa HMI và PLC, đảm bảo truyền tải dữ liệu chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành hệ thống tự động hóa.
Chúng ta sẽ có các kiểu biến số (Tag type/Data type) như sau:
Các thành minh chính của HMI sẽ bao gồm 3 bộ phận cấu thành, cụ thể là:
- Phần cứng: bao gồm các loại màn hình, chíp, phím bấm, các loại thiết bị nhớ và lưu trữ như ROM,RAM, EPROM/Flash,…
Phần mềm gồm các đối tượng, hàm lệnh, phần mềm phát triển, công cụ xây dựng HMI, công cụ nạp xuất chương trình và kết nối, cũng như các phần mềm mô phỏng giúp tối ưu hóa quá trình lập trình và vận hành hệ thống tự động hóa.
- Truyền thông: Bao gồm các cổng kết nối quen thuộc như RS232, RS485, Ethernet, USB thông qua các giao thức Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus
Các thông số của HMI
Thông thường thì một hệ thống HMI sẽ có các thông số cơ bản như sau:
- Kích thước màn hình: chúng sẽ quyết định tới lượng thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.
Dung lượng bộ nhớ, bao gồm bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu và Flash dữ liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng mở rộng của hệ thống Nó ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng biến số tối đa có thể lưu trữ, số lượng màn hình (Screen) hiển thị và dung lượng lưu trữ cho các dữ liệu quan trọng như lịch sử (history data), công thức (Recipe), hình ảnh và các bản sao lưu (backup) Việc quản lý dung lượng bộ nhớ tối ưu giúp hệ thống hoạt động ổn định, linh hoạt và đáp ứng tốt các yêu cầu của người dùng.
- Số lượng các phím màn hình: có 2 loại là phím bấm là phím cảm ứng có khả năng mở rộng thao tác vận hành.
- Chuẩn truyền thông: bao gồm các giao thức hỗ trợ truyền thông tin hay tín hiệu qua lại.
- Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ.
- Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF card, SD card…
Dựa vào quá trình phát triển của chúng mà ta có thể phân chia chúng ra làm 2 nhóm, đó là HMI truyền thống và HMI hiện đại.
Các dạng HMI truyền thống thường gồm các thiết bị nhập thông tin như nút bấm, bàn phím và công tắc chuyển mạch, giúp người dùng điều khiển hệ thống một cách dễ dàng Đồng thời, các thiết bị xuất thông tin như còi báo, đèn báo và máy tự ghi trên giấy đóng vai trò quan trọng trong việc phản hồi và giám sát hoạt động của hệ thống HMI kiểu truyền thống chú trọng vào sự đơn giản và hiệu quả trong việc tương tác giữa người dùng và thiết bị công nghiệp.
Trong cuộc sống hiện đại, các loại máy móc đã được cải tiến đáng kể, góp phần nâng cao hiệu quả công việc Việc ứng dụng máy móc trong công việc trở thành lựa chọn hàng đầu và tối ưu nhất để tăng năng suất Chính vì vậy, HMI ngày càng phát triển và tối ưu hơn, hỗ trợ doanh nghiệp làm việc một cách hiệu quả và chính xác hơn.
HMI trên nền PC như Windows hoặc MacOS, bao gồm các hệ thống SCADA và Citect, giúp quản lý và giám sát hệ thống tự động hiệu quả Bên cạnh đó, HMI trên nền nhúng, sử dụng Hệ điều hành Windows CE 6.0, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ ổn định cao Ngoài ra, còn có các loại HMI dành cho điện thoại và các thiết bị cảm ứng khác, mở rộng khả năng điều khiển từ xa và linh hoạt trong sử dụng.
Ứng dụng của HMI ngày nay
HMI là thiết bị không thể thiếu giúp đẩy nhanh quá trình tự động hóa và nâng cao độ chính xác trong các quy trình sản xuất phức tạp HMI được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các công đoạn sản xuất của nhiều lĩnh vực khác nhau Việc sử dụng HMI giúp tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao tính linh hoạt cho các hệ thống tự động hóa công nghiệp Các doanh nghiệp có thể tham khảo các ứng dụng phổ biến của HMI để cải thiện hiệu quả sản xuất và quản lý quy trình.
Trong các ngành dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, ngành điện, ngành nước, ô tô, xe máy…
Trong các thiết bị điện tử hay kỹ thuật số như đầu đĩa, tivi, loa, âm li,…thông qua các nút bấm được tích hợp trên thiết bị.
Các loại thiết bị thông minh như điện thoại thông minh, ipad, máy tính bảng, laptop,… thông qua bàn phím và màn hình cảm ứng.
HMI được ứng dụng trong các loại lò viba, vi sóng giúp điều chỉnh nhiệt độ và thời gian.
HMI em chọn sử dụng trong đồ án của mình WeinTeik 6070IH
Hình 2 27 Màn HMI WeinTeik 6070IH
- Kích thước hiển thị: 7 inch TFT
- Độ phân giải (WxH dots): 800×480
- Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type
- Khe cắm thẻ SD: Không
- COM1 (RS-232,RS-485 2W/4W), COM2 (RS-232), COM3 (RS-232/RS-4852W)
Phương án lựa chọn máy bơm khí cho hệ thống
Tổng quan về máy bơm khí nén
Dụng cụ bơm khí nén, hay còn gọi là máy nén khí, là thiết bị chứa hệ thống cơ học giúp tăng áp suất của khí Việc nén khí này nhằm nâng cao năng lượng của dòng khí, đồng thời làm tăng nhiệt độ và áp suất của không khí Máy nén khí đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, nhờ khả năng tạo ra khí nén có áp suất cao để vận hành các thiết bị khác.
Hình 2 28 Máy bơm khí nén
Phân loại theo kết cấu
- Dụng cụ bơm khí nén piston
Bơm khí nén Piston còn được gọi với tên gọi khác đó chính là máy bơm nén khí chuyển động tịnh tiến Nó sử dụng piston để điều khiển.
Thiết bị có khả năng cố định tại chỗ hoặc di chuyển linh hoạt theo nhu cầu sử dụng Bạn có thể vận hành một chiếc máy đơn lẻ hoặc kết hợp nhiều máy khí nén để tối ưu hoá hiệu suất làm việc Động cơ của các máy nén khí này thường được trang bị động cơ Diesel hoặc động cơ điện, phù hợp với từng môi trường và mục đích sử dụng khác nhau.
- Thiết bị bơm khí nén trục vít
Thiết bị bơm khí nén trục vít hoạt động dựa trên sự chuyển động tròn của trục vít, giúp tạo ra lực đẩy khí hiệu quả Với cơ cấu sử dụng puli liên kết hai trục vít, máy bơm khí nén trục vít ép khí vào trong thể tích nhỏ hơn, tối ưu hóa quá trình nén khí Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất và chế biến, nhờ tính năng hoạt động ổn định và hiệu quả cao.
- Thiết bị bơm khí nén ly tâm
Máy bơm hơi khí nén lý tâm hoạt động dựa trên đĩa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy, giúp ép khí nén vào phần rìa của bánh đẩy để tăng tốc độ khí Bộ phận khuếch tán có vai trò chuyển đổi năng lượng từ tốc độ của khí thành áp suất cao hơn, nâng cao hiệu quả hoạt động của máy bơm Thiết bị này thường được sử dụng trong các hệ thống khí nén để đảm bảo dòng khí ổn định và mạnh mẽ, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi áp suất cao.
Máy bơm khí nén ly tâm được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp nặng đòi hỏi hoạt động liên tục và ổn định Loại máy này thường được lắp đặt cố định tại vị trí cố định để đảm bảo hiệu quả vận hành Điểm nổi bật của máy bơm khí nén ly tâm là công suất lớn, có thể lên đến hàng trăm, thậm chí hàng nghìn mã lực, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn.
Phân loại máy nén khí hiện nay
- Máy bơm khí nén cao áp
Thiết bị bơm khí nén cao áp là các sản phẩm bơm khí nén có áp lực tối thiểu từ 20 bar trở lên, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi công suất cao Hiện nay trên thị trường có các dòng máy bơm nén khí cao áp với áp lực lên tới 400 bar, đáp ứng nhu cầu công nghiệp ngày càng đa dạng Các dòng máy nén khí này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế tạo, dầu khí, thực phẩm, và y tế, giúp tối ưu năng suất và hiệu quả làm việc.
- Dụng cụ bơm khí nén mini
Máy bơm nén khí mini, hay còn gọi là máy bơm khí nén 12V, là thiết bị có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển và phù hợp cho các hoạt động kinh doanh và sản xuất nhỏ, cũng như sử dụng trong hộ gia đình Sản phẩm này mang lại tiện ích, linh hoạt trong quá trình sử dụng và đáp ứng nhu cầu bơm khí một cách hiệu quả cho các quy mô nhỏ.
Để đáp ứng yêu cầu của bài toán, tôi chọn sử dụng bơm mini 12V 10A, dễ dàng di chuyển và sử dụng linh hoạt Sản phẩm có giá thành tiết kiệm, phù hợp với ngân sách, đồng thời cho phép điều chỉnh áp suất theo mong muốn của người dùng để đạt hiệu quả cao nhất.
Hình 2 29 Bơm mini 12V Xiaomi 70 Mai TP03
Thiết kế phần cơ khí
Thiết kế băng tải
+ Đường kính bánh dẫn và bị dẫn: D = D1 = D2.
+ Khoảng cách giữa 2 trục là a = 80mm.
Hình 2 30 Sơ đ băng t iồ ải
+ Bề rộng của đai B = 60mm, B tùy thuộc vào kích thước của sản phẩm ta có bề rộng của sản phẩm Bsp = 30mm.
+ Khối lượng trung bình của vật (sản phẩm cao, sản phẩm trung bình, sản phẩm thấp) có trên băng chuyền là m = 0.2kg.
+ Để vật cân bằng trên băng tải khi chuyển động ta có tổng hợp lực của vật là:
+ Trọng lượng P của vật là:
+ Phản lực N của băng chuyền đối với sản phẩm là: N = P = 1,96 (N).
+ Lực ma sát Fms của bộ truyền là: Fms = k.N = 0,8.1,96 = 1,568 (N).
Trong đó: k là hệ số ma sát giữa vật và băng tải.
+ Công thực hiện của lực kéo là:
+ Tốc độ quay trên các trục ( vận tốc của băng tải ) là:
Hình 2 31 Thiết kế băng tải
Thiết kế hệ thống cánh tay
Hình 2 32 Thiết kế cánh tay khí nén a) Tính chọn xi lanh phù hợp với h ệ th ố ng cánh tay
Xi lanh 1 Giúp cánh tay xoay quanh trục.
Các yêu cầu để tính chọn xilanh đẩy là:
- Vật có khối lượng 2 (kg)
- Áp suất khí vào: 0,6 MPa
- Hành trình của xilanh: 70 mm
Lực cần thiết để đẩy được vật được tính như sau:
Vì di chuyển trong không khí nên coi Fms = 0 N
Ftd : Lực tác động (lực đẩy) của xilanh (N) m : khối lượng vật (kg) g : Gia tốc trọng trường, g = 10 m/s 2
Đường kính của piston được tính như sau:
Chọn áp suất khí vào trung bình là: 0,4 MPa
Vì chọn xilanh có 1 trục cùng hoạt động nên lực tác dụng cho 1 trục là:
F : Lực tác động (lực quay) của xilanh (N)
P : Áp suất khí nén cấp cho xi lanh (Pa)
A : Diện tích tác động của piston (m 2 )
D : Đường kính của xilanh (mm)
Lưu lượng khí cần thiết cho xilanh để đạt được tốc độ yêu cầu được tính như sau:
V : Vận tốc quay của xilanh (m/s)
S : Quãng đường di chuyển (hành trình của piston) (m) t : Thời gian đẩy (s)
Q : Lưu lượng khí cấp cần thiết cho xilanh quay (lít/phút)
A : Diện tích làm việc của xilanh i : Hệ số chuyển đổi áp suất i = 1,013+ P ¿ ¿ = 1,013+ 1,013 6 = 6,923
Xi lanh 2 Trục nâng hạ.
Các yêu cầu để tính chọn xilanh đẩy là:
- Vật có khối lượng 1 (kg)
- Áp suất khí vào: 0,6 MPa
- Hành trình của xilanh: 100 mm
Lực cần thiết để đẩy được vật được tính như sau :
Vì di chuyển trong không khí nên coi Fms = 0 N
Ftd : Lực tác động (lực đẩy) của xilanh (N) m : khối lượng vật (kg) g : Gia tốc trọng trường, g = 10 m/s 2
Đường kính của piston được tính như sau:
Chọn áp suất khí vào trung bình là: 0,4 Mpa
Vì chọn xilanh có 1 trục cùng hoạt động nên lực tác dụng cho 1 trục là:
F : Lực tác động của xilanh (N)
P : Áp suất khí nén cấp cho xi lanh (Pa)
A : Diện tích tác động của piston (m 2 )
D : Đường kính của xilanh (mm)
Chọn xilanh có đường kính piston là 20 mm.
Lưu lượng khí cần thiết cho xilanh để đạt được tốc độ yêu cầu được tính như sau:
V : Vận tốc quay của xilanh (m/s)
S : Quãng đường di chuyển (hành trình của piston) (m) t : Thời gian đẩy (s)
Q : Lưu lượng khí cấp cần thiết cho xilanh quay (lít/phút)
A : Diện tích làm việc của xilanh i : Hệ số chuyển đổi áp suất i = 1,013+ P ¿ ¿ = 1,013+ 1,013 6 = 6,923
Xi lanh 3 Xi lanh đẩy tay gắp.
- Áp suất khí vào: 0,6 MPa
- Hành trình của xilanh: 70 mm
Lực cần thiết để đẩy được vật được tính như sau:
Vì di chuyển trong không khí nên coi Fms = 0 N
Ftd : Lực tác động (lực đẩy) của xilanh (N) m : khối lượng vật (kg) g : Gia tốc trọng trường, g = 10 m/s 2
Đường kính của piston được tính như sau:
Chọn áp suất khí vào trung bình là: 0,4 MPa
Vì chọn xilanh có 1 trục cùng hoạt động nên lực tác dụng cho 1 trục là:
F : Lực tác động (lực quay) của xilanh (N)
P : Áp suất khí nén cấp cho xi lanh (Pa)
A : Diện tích tác động của piston (m 2 )
D : Đường kính của xilanh (mm)
Chọn xilanh có đường kính piston là 10 mm.
Lưu lượng khí cần thiết cho xilanh để đạt được tốc độ yêu cầu được tính như sau:
V : Vận tốc quay của xilanh (m/s)
S : Quãng đường di chuyển (hành trình của piston) (m) t : Thời gian đẩy (s)
Q : Lưu lượng khí cấp cần thiết cho xilanh quay (lít/phút)
A : Diện tích làm việc của xilanh i : Hệ số chuyển đổi áp suất i = 1,013+ P ¿ ¿ = 1,013+ 1,013 6 = 6,923
Xi lanh 4 Xi lanh tay gắp.
Các yêu cầu để tính chọn xilanh đẩy là:
- Vật có khối lượng 0.5 (kg)
- Áp suất khí vào: 0,6 MPa
- Hành trình của xilanh: 40 mm
Lực cần thiết để đẩy được vật được tính như sau:
Vì di chuyển trong không khí nên coi Fms = 0 N
Ftd : Lực tác động (lực đẩy) của xilanh (N) m : khối lượng vật (kg) g : Gia tốc trọng trường, g = 10 m/s 2
Đường kính của piston được tính như sau:
Chọn áp suất khí vào trung bình là: 0,4 MPa
Vì chọn xilanh có 1 trục cùng hoạt động nên lực tác dụng cho 1 trục là:
F : Lực tác động (lực quay) của xilanh (N)
P : Áp suất khí nén cấp cho xi lanh (Pa)
A : Diện tích tác động của piston (m 2 )
D : Đường kính của xilanh (mm)
Chọn xilanh có đường kính piston là 5 mm.
Lưu lượng khí cần thiết cho xilanh để đạt được tốc độ yêu cầu được tính như sau:
V : Vận tốc quay của xilanh (m/s)
S : Quãng đường di chuyển (hành trình của piston) (m) t : Thời gian đẩy (s)
Q : Lưu lượng khí cấp cần thiết cho xilanh quay (lít/phút)
A : Diện tích làm việc của xilanh i : Hệ số chuyển đổi áp suất i = 1,013+ P ¿ ¿ = 1,013+ 1,013 6 = 6,923
Xi lanh 5 Xi lanh đẩy vật cần phân loại trên khay.
Các yêu cầu để tính chọn xilanh đẩy là:
- Vật có khối lượng 0.5 (kg)
- Áp suất khí vào: 0,6 MPa
- Hành trình của xilanh: 100 mm
Lực cần thiết để đẩy được vật được tính như sau:
Vì di chuyển trong không khí nên coi Fms = 0 N
Ftd : Lực tác động (lực đẩy) của xilanh (N) m : khối lượng vật (kg) g : Gia tốc trọng trường, g = 10 m/s 2
Đường kính của piston được tính như sau:
Chọn áp suất khí vào trung bình là: 0,4 MPa
Vì chọn xilanh có 1 trục cùng hoạt động nên lực tác dụng cho 1 trục là:
F : Lực tác động (lực quay) của xilanh (N)
P : Áp suất khí nén cấp cho xi lanh (Pa)
A : Diện tích tác động của piston (m 2 )
D : Đường kính của xilanh (mm)
Chọn xilanh có đường kính piston là 10 mm.
Lưu lượng khí cần thiết cho xilanh để đạt được tốc độ yêu cầu được tính như sau:
V = S t = 0.1 2 = 0,05 (m/s)Trong đó: t : Thời gian đẩy (s)
Q : Lưu lượng khí cấp cần thiết cho xilanh quay (lít/phút)
A : Diện tích làm việc của xilanh i : Hệ số chuyển đổi áp suất i = 1,013+ P ¿ ¿ = 1,013+ 1,013 6 = 6,923 b) Thiết kế hệ thống khí nén
Hình 2 33 Thiết kế hệ thống van, xi lanh khí nén
Thiết kế sơ đồ mạch động lực
Hình 2 34 Sơ đồ mạch lực
Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2 35 Bản vẽ thiết kế Input PLC
Hình 2 36 Bản vẽ thiết kế Output PLC
Hình 2 37 Bản vẽ thiết kế điều khiển qua relay
Thiết kế thuật toán và chương trình điều khiển
Chọn thiết bị cho hệ thống
Trong hệ thống này, tất cả các thiết bị đều sử dụng nguồn 24VDC để phù hợp với điện áp cấp cho PLC, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn Qua các phân tích và nhận xét ở chương 2, chúng ta đã xác định được các thiết bị phù hợp nhất để tích hợp vào hệ thống, góp phần nâng cao hiệu suất vận hành và độ bền của toàn bộ hệ thống tự động hóa.
Hệ thống cảm biến quang E3F – DS10C4
Màn hình HMI Weintek 6070IH
Đèn báo 24V (đỏ, xanh, vàng)
Van đảo chiều 5/2 24V để đảo chiều cho xi lanh.
Hệ thống rơle trung gian
Động cơ 1 chiều DC KM3448A
Sơ đồ Grafcet
Ban đầu, hệ thống không hoạt động và đèn báo đỏ sáng, cho thấy có sự cố hoặc trạng thái không bình thường Khi nhấn nút start ở chế độ tự động trên màn hình HMI hoặc bên ngoài nút cơ tại tủ điện, hệ thống sẽ bắt đầu quá trình vận hành tự động, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
- Với nút cơ ngoài mặt tủ điện: 1s đầu reset đưa các van và động cơ về trạng thái 0, sau 2s tiếp theo thì băng tải chạy, đèn báo xanh sáng.
Để vận hành hệ thống băng tải bằng nút bấm ảo trên màn hình HMI, người dùng cần giữ nút Ready trong vòng 2 giây để reset và đưa các van cùng động cơ về trạng thái ban đầu Sau đó, nhấn nút Start sau 3 giây để khởi động băng tải, đồng thời đèn báo xanh sẽ sáng để xác nhận hoạt động đang diễn ra.
Khi có sản phẩm cần đẩy trong khay, đèn vàng sẽ sáng báo hiệu Sau 4 giây, xi lanh đẩy vật hoạt động để đưa sản phẩm ra băng tải, sau đó thu lại sau 1 giây Khi vật chạm cảm biến trung bình, thấp hoặc cao, băng tải sẽ dừng lại và hệ thống bắt đầu hoạt động theo từng chu trình.
Quá trình tự động của hệ thống bắt đầu khi vật đạt cảm biến cao, kích hoạt xi lanh tay gắp mở sau 1.5 giây để đẩy tay gắp tịnh tiến về phía vật Sau đó, xi lanh tay gắp đóng lại sau 1.5 giây và thu tay gắp về sau 1.5 giây tiếp theo Tiếp theo, xi lanh xoay đảm nhiệm việc đẩy khung tay 90 độ sang nơi xếp vật, nâng vật lên khay trên trong vòng 1 giây, rồi đẩy vật vào khay phân loại bằng xi lanh đẩy tay gắp trong 1 giây Vật được thả vào khay phân loại, sau đó xi lanh tay gắp mở để thả vật, rồi thu lại và đóng lại trong các lần thực hiện liên tiếp Kết thúc quá trình, xi lanh nâng hạ và xoay trục cánh tay sẽ trở về trạng thái ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.
Vật đến cảm biến thấp hoặc trung bình, xi lanh tay gắp mở sau 1.5 giây để đẩy tay gắp tịnh tiến về phía vật Sau đó, xi lanh tay gắp đóng lại sau 1.5 giây và thu tay gắp về sau 1.5 giây tiếp theo Tiếp theo, xi lanh xoay ON đẩy khung tay 90 độ để xếp vật vào khay dưới Trong 1 giây, xi lanh đẩy tay gắp đưa vật cần phân loại vào khay, sau đó mở để thả vật vào khay phân loại cao trong 1 giây Quá trình thả vật hoàn tất sau 1 giây, xi lanh đẩy tay gắp thu lại, rồi đóng lại sau 1 giây Cuối cùng, xi lanh xoay OFF để quay trục cánh tay về vị trí ban đầu.
Sau khi hoàn thành một trong hai trường hợp trên, băng tải tiếp tục vận hành và quá trình phân loại diễn ra liên tục Hệ thống sẽ hiển thị đèn vàng báo hiệu hoạt động bình thường khi vật nằm trong khay cần phân loại Trong trường hợp vật không có trong khay, hệ thống sẽ nhấp nháy đèn vàng năm lần mỗi chu kỳ 0.5 giây sau 7 giây, rồi tự động tắt toàn bộ để trở về trạng thái chờ sẵn sàng cho lần phân loại tiếp theo.
Khi hệ thống đang thực hiện quá trình phân loại, người dùng có thể nhấn nút Stop để ngưng lại Sau khi hệ thống hoàn thành một chu trình phân loại (cao, trung bình/thấp), nó sẽ dừng lại và chuyển về trạng thái chờ Trong trạng thái chờ, đèn hệ thống sẽ báo đỏ để thông báo về tình trạng sẵn sàng hoặc ngưng hoạt động Việc biết cách thao tác và hiểu ý nghĩa của đèn báo giúp vận hành hệ thống hiệu quả, đảm bảo quá trình phân loại diễn ra chính xác và an toàn.
Khi hệ thống dừng hoạt động, các vật xuất hiện ở khay sẽ được phân loại tự động Trong quá trình này, hệ thống sẽ hiển thị cảnh báo Alarm trên màn hình HMI để thông báo cho người vận hành biết có vật cần được phân loại Điều này giúp đảm bảo quá trình phân loại diễn ra chính xác và hiệu quả hơn, đồng thời tăng cường khả năng kiểm soát hệ thống.
Trên màn hình HMI, hệ thống được tích hợp chế độ Manual cho phép điều khiển bằng tay, mang lại sự linh hoạt cho người vận hành Khi chế độ Manual được kích hoạt, chế độ Auto sẽ tạm thời tắt để đảm bảo an toàn và tránh xung đột trong quá trình vận hành Ngược lại, khi chuyển sang chế độ Auto, hệ thống tự động điều khiển và chế độ Manual sẽ hoàn toàn bị vô hiệu hóa, đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác theo thiết lập tự động.
Màn hình HMI cho phép giám sát hiệu quả trạng thái hoạt động của các thiết bị, đảm bảo quá trình vận hành diễn ra trơn tru Ngoài ra, thiết bị còn hỗ trợ theo dõi chu kỳ phân loại sản phẩm của các vật, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng suất Việc sử dụng màn hình HMI là giải pháp thông minh, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và kiểm soát trong các dây chuyền công nghiệp.
ON XL đẩy tay gắp
OFF XL đẩy tay gắp 26
Chạy băng tải, đèn xanh sáng
Sau 1s RS các thiết bị về trạng thái 0 Sau 3s
Xi lanh khay đẩy Sau 1.5s
CB Cao CB TB/Thấp
ON XL đẩy tay gắp
Sau 1.5s 9.1 OFF XL tay gắp
Sau 1.5s 10.1 OFF XL đẩy tay gắp
ON XL Đẩy tay gắp 13.1
Sau 1s OFF XL Đẩy tay gắp 15.1
Sau 1s OFF XL Tay gắp 16.1
Sau 1s OFF XL Nâng hạ 17.1
8.2 ON XL đẩy tay gắp Sau 1s
Sau 1.5s 9.2 OFF XL tay gắp Sau 1.5s
10.2 OFF XL đẩy tay gắp Sau 1s
ON XL Đẩy tay gắp
14.2 Sau 1s OFF XL Đẩy tay gắp
Không bấm Stop Bấm Stop
0 Chờ ( Đèn đỏ sáng) AutoMode
CB khay OFF Sau 7s Đen vàng nháy 5 lần (T=0.5ms)