xây dựng hệ thống đếm và phân loại sản phẩm dài ngắn

1.2 Ứng dụng trong thực tế Là thiết bị vận chuyển và phân loại sản phẩm trong công nghiệp sản xuấthàng hóa, đưa nguyên liệu vào sản xuất như dây truyền sản xuất bánh kẹo , vậnchuyển nguy

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Lý do chọn đề tài 3

1.2 Ứng dụng trong thực tế 3

1.3.2 Phương hướng giải quyết 4

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG 5

2.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha 5

2.1.1 Đặc điểm của động cơ không đông bộ ba pha (ĐK) 5

2.1.2 Cấu tạo 5

2.1.3 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ 11

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG 21

3.1 Sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán của hệ thống 21

3.1.1 Sơ đồ khối 21

3.1.2 Sơ đồ thuật toán 23

3.2 Tính chọn các thiết bị cần thiết 24

3.2.1 Động cơ kéo băng tải 24

3.2.2 Cảm biến quang 24

3.3 Mạch điều khiển cho hệ thống 28

3.4 Sơ đồ mạch lực 30

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 31

4.1 Kết luận 31

4.2 Hướng phát triển 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay tự động hóa quá trình công nghiệp trong sản xuất và chế biến sảnphẩm là khá phổ biến và thông dụng và nó đóng góp một vai trò hết sức quantrọng trong cuộc sống Ví dụ từ những dây truyền tự động đóng gói sản phẩmđến việc sản xuất ô tô, máy bay đều ứng dụng những quá trình tự động Do vậyviệc hiểu biết những kiến thức về quá trình tự động hóa quá trình công nghiệpđối với sinh viên ngành điện là rất cần thiết Tự động hóa quá trình công nghiệpgiúp sinh viên có những kiến thức cơ bản về quá trình tự động hóa trong cônggnhiệp Giúp sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức đã học , nghiên cứu và làmquen với công việc thiết kế và xây dựng hệ thống , điều khiển máy điện trongthực tế hiện nay

Trong chương trình đào tạo cho sinh viên , thầy giáo đã tạo điều kiện cho

chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu “Hệ thống điều khiển đếm và phân loại sản phẩm theo kích thước” Do lần đầu làm quen với việc

thiết kế với khối lượng kiến thức tổng hợp, còn có những mảng chưa nắm vữngcho nên dù cố gắng nhưng trong bài làm của bọn em còn nhiều thiếu sót Chúng

em rất mong được sự góp ý kiến của thầy cô, giúp chúng em có được nhữngkiến thức cần thiết để sau này có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sảnxuất

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Toàn đãtận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành nhiệm vụ của mình!

Nhóm sinh viên thực hiện!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Lý do chọn đề tài

Nhiều cuộc cuộc cách mạng về công nghiệp hóa nhằm đáp ứng nhu cầucủa nhà sản xuất là làm ra được nhiều sản phẩm , giá thành hợp lý, chi phí cholao động hợp lý… đây là những yếu tố cơ bản khiến nhà sản xuất hàng hóa phảichuyên môn hóa cao về việc sản xuất để tạo ra được sản phẩm đồng nhất, hayphân loại nguyên liệu sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác nhất Hệthống đếm và phân loại sản phẩm theo kích thước là một trong những thànhphần quan trọng giúp sản xuất một cách chính xác, đáp ứng nhu cầu của nhà sảnxuất Nếu như việc này được làm bằng tay thì cần một số lượng công nhân cũngnhư đội ngũ quản lý lớn mới có thế làm được Vậy lên chúng em chọn đề tài

“Xây dựng hệ thống điều khiển đếm và phân loại sản phẩm theo kích thước”

với lý do công nghệ điều khiển tự động đơn giản, chính xác và rất rộng rãi

1.2 Ứng dụng trong thực tế

Là thiết bị vận chuyển và phân loại sản phẩm trong công nghiệp sản xuấthàng hóa, đưa nguyên liệu vào sản xuất như dây truyền sản xuất bánh kẹo , vậnchuyển nguyên liệu cho trong các hầm mỏ, ứng dụng việc sản xuất những sảnphẩm chính xác và đồng bộ …

1.3 Giới thiệu về yêu cầu công nghệ và phương hướng giải quyết

1.3.1 Yêu cầu công nghệ

Điều khiển hệ thống tự động phân loại sản phẩm, các sản phâm với đặctính dài ngắn khác nhau được phân loại qua dây truyền băng tải:

 Công nghệ: “Bấm nút START thì băng tải hoạt động, sản phẩm di chuyển trên băng tải gặp cảm biến, nếu sản phẩm là sản phẩm ngắn thì

động đẩy sản phẩm đó sang băng tải khác để đi đến địa điểm sản phẩm dài, ở gần cuối mỗi băng tải có một cảm biến quang có chức năng đếm số sản phẩm dài và ngắn muốn hệ thống dừng thì bấm nút STOP”.

1.3.2 Phương hướng giải quyết

Để gải quyết bài toán đã đặt ra chúng em chia làm 3 yếu tố quan trọng cầngiải quyết:

- Băng tải vận chuyển sản phẩm: Gồm 2 băng tải, một băng tải để vậnchuyển sản phẩm ngắn và 1 băng tả vận chuyển sản phầm dài

- Hệ thống cảm biến để phân loại sản phẩm

- Đếm số lượng từng loại sản phẩm dài và sản phẩm ngắn

Về vấn đề băng tải chúng em sử dụng động cơ 3 pha không đồng bộ rotolồng sóc để kéo băng tải Vì động cơ 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc có ưuđiểm nổi bật như: dễ sửa chữa, bảo dưỡng, giá thành rẻ, có thể điều khiển dễdàng nhờ biến tần

Về hệ thống cảm biến: chúng em sử dụng cảm biến quang để phát hiện,phân loại sản phẩm

Để đếm số lượng sản phẩm chúng em dùng 2 bộ counter để đếm số sảnphẩm dài và sản phẩm ngắn

Ngoài ra trong hệ thống còn sử dụng cơ cấu đẩy sản phẩm là van khí nén

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG

2.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha

2.1.1 Đặc điểm của động cơ không đông bộ ba pha (ĐK)

Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

từ công suất nhỏ đến công suất lớn hơn và chiếm tỷ lệ lớn so với các động cơkhác Do kết cấu đơn giản dễ chế tạo , vận hành an toàn và sử dụng nguồn cungcấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Trong công nghiệp thường sử dụngđộng cơ không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ ,động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhe v v

Tuy nhiên trước đây các hệ động cơ không đồng bộ ba pha có điều chỉnhtốc độ lại vô cùng hiếm hoi , chiếm tỷ lệ rất nhỏ là do điều chỉnh tốc độ do sựphát triển của ngành công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất kĩ thuật điện , điện

tử và tin học , mà động cơ ĐK mới khai thác được ưu điểm của mình Nó đã trởthành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với các hệ truyền động khác

Khác với động cơ điện một chiều , động cơ ĐK được cấu tạo phần cảm vàphần ứng không tách biệt Từ thông của động co cũng như mô men của động cơsinh ra phụ thuộc nhiều vào tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền đôngđiện cho động cơ ĐK là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.2.1.2 Cấu tạo

Giống như các loại máy điện khác , động cơ không đồng bộ ba pha gồmcác bộ phận chính sau :

+ Phần tĩnh hay còn gọi là stato

+ Phần quay hay còn gọi là roto

Hình 2.1: Đặc điểm động cơ không đồng bộ 3 pha

mm ép lại Khi đường kính của lõi thép nhỏ hơn 900 mm thì dùng cả tấm thép tròn ép lại Khi đường kính lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm thép hình rẻ quạt (hình 2.2) ghép lại thành khối tròn

Hình 2.2: Tấm thép hình rẻ quạt

Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm haotổn do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi thép ngắn thì có ghép thành một khốinếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8

cm đặt cách nhau 1cm để thông gió tốt Mặt trong của lá thép có sẻ rãnh để đặtdây quấn

 Dây quấn :

Dây quấn stator được đưa vào rãnh của lõi thép và được cách điện tốt vớilõi thép Dây quấn phần ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnhphần ứng và làm thành một hoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quantrọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi nănglượng từ điện năng thành cơ năng Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành củadây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy

+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một don điện nhấtđịnh chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ramột moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt

- Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn

- Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau :

+ Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp

+ Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp

Trong một số máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa dâyquấn xếp và song

2.1.2.2 Phần quay (hay ROTOR).

Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor :

- Lõi thép:

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator lõi thép được

ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy Phía ngoài là thép có sẻrãnh để đặt dây quấn

- Dây quấn rotor :

Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc :

Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn (hình 2.3) cũng giống nhưdây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator.Dây quấn kiểu nàyluôn đấu hình sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quayrotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ vành trượt này để dẫnđiện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điềuchỉnh tốc độ

Hình 2.3: Rô to kiểu dây quấn

Rotor kiểu long sóc (hình2.4) : Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặttrong rãnh và bị ngắn mạch bở hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ ,dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch , cánhtản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫnlàm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch

Khe hở :

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy điện khôngđồng bộ rất nhỏ (từ 0,2mm đến 1mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chếdòng điện từ hóa lấy từ lưới vào , và như vậy có thể làm cho hệ số công suất củamáy tăng cao

2.1.2.3 Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha.

Khi dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở khôngkhí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1= 60f1/p (f1 là tần số lưới điện ; p là

số cặp cực ; tốc độ từ trường quay ).Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha

tự ngắn mạch nen trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua Từ thông dodong điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe

hở Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ramoment Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor Trongnhững phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau

Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy

- Khi n=n1 thì s=0 , còn thì s=1 ; n > n1 , s < 0 và rotor quay ngượcchiều từ trường quay n < 0 thì s > 1

Rotor quay cùng chiều từ trường những tốc độ n < n1 (0 < s <1)

Giả thiết về chiều quay n1 của từ trường khe hở và của rotor n Theo quytắc bàn tay phải , xác định được chiều sức điện động E2 và I2 ; theo quy tắc bàntay trái , xác định được lực F và moment M Ta thấy F cùng chiều quay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tới stator , thông qua từ trường đã biến đổi thành cơnăng trên trục quay rotor theo chiều từ trường qua n1 , như vậy động cơ làm việc

ở chế độ động cơ điện

Rotor quay cùng chiều nhưng tốc độ n > n1 (s < 0 )

Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độđồng bộ n > n1 Lúc đó chiều từ trường quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại ,sức điện động và dong điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều của Mcũng ngược chiều n1 , nghĩa là ngược với chiều với rotor nên đó là moment hãm.Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điên , do động cơ sơ cấpkéo thành điện năng cũng cấp cho lưới điện , nghĩa là động cơ làm việc ở chế độmáy phát

Rotor quay ngược chiều với từ trường n < 0 ( s > 1)

Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điên quay ngược chiều từ trườngquay, lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ

Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại Trương hợp này máy lấy điện năng ở lưới điện vào , vừa lấy cơ năng từ động cơ

sơ cấp Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ

2.1.3 Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ.

Từ phương trình đặc tính cơ ĐK ta thấy các thông số ảnh hưởng đến đặc tính

cơ bao gồm :

2.1.3.1 Ảnh hưởng của sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ ĐK.

Khi điện áp lưới suy giảm thì theo (I-4) momen Mth tới hạn của động cơ sẽgiảm bình phường lần biên độ suy giảm của điện áp , theo (I-3) thì Sth vẫn khôngđổi

Hình 2.6: hưởng của sự suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ

2.1.3.2 Ảnh hưởng của điện trở kháng mạch stator

Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stator thì (I-3) và (I-4) cả

Sth và Mth đều giảm

Hình 2.7: Ảnh hưởng của điện trở kháng mạch stator

2.1.3.3 Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor

Đối với động cơ không đông bộ người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch roto

để hạn chế dòng khởi động thì theo (I-3) , (I-4) thi Sth thay đổi còn Mth = const

Hình 2.8 Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor

2.1.3.4 Ảnh hưởng của tần số

Xuất phát từ biểu thức trên ta thấy nếu tần số thay đổi sẽ làm thay đổi tốc

độ của từ trường quay và từ đó thay đổi tốc độ đông cơ

Từ (I-3) và (I-4) ta thấy : Nếu Xnm = ɷ1L cho nên khi thay đổi tần số thì Sth

và Mth sẽ thay đổi

Hình 2.9: Ảnh hưởng của tần số

2.1.3.5 Ảnh hưởng cúa số đôi cực p

Để thay đổi số cực ở stato người ta thường thay đổi cách đấu dây

Vì vậy khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ từ trường quay ɷ1 thay đổi dầnđến tốc độ ɷ thay đổi theo

2.1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK

2.1.4.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp lưới

Momen động cơ ĐK tỷ lệ với bình phương điện áp stato nên có thể điềuchỉnh được momen tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato khigiữ nguyên tần số

Để điều khiển được tốc độ động cơ ĐK phải dùng bộ biến đổi điện ápxoay chiều (ĐAXXC)

Nếu coi (ĐAXXC) là nguồn áp lý tưởng (Z=0) thì căn cú vào biểu thứcmoment tới hạn ta có quan hệ sau :

Hình 2.10: Phương pháp điều chỉnh điện áp lưới

Trong đó : Uđm : Điện áp định mức của động cơ

Ub : Điện áp đầu ra của bộ điều áp xung

Mtb : Moment tới hạn khi điện áp là Uđm

MthU : Moment tới hạn khi điện áp là Ub Phương pháp này được dùng điều chỉnh điện áp cho động cơ ĐK roto lồngsóc Khi thực hiện điều chỉnh điện áp cho động cơ ĐK roto dây quấn cầnphải nối thêm điện trở phụ vào mạch roto , khi ta thay đổi điện trở phụ vàomạch roto sẽ mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và M Và như vậy thì tổn thấtđiều chỉnh sẽ rất lơn

 Ưu điểm : của phương pháp này là chỉ thích hợp với truyền động vàmomen tải là hàm tăng tốc độ

 Nhược điểm : Do tính chất phức tạp của moment , điện áp , tốc độ nên tínhtoán người ta thường dùng các phương pháp đồ thị để xây dựng các đặctính điều chỉnh , công việc này khá phức tạp.

Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ như hình vẽ (hình I-10)

Phương trình đặc tính điều chỉnh :

Hình 2.11: Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto

Để điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK người ta mắc thêm điện trở phụ vàomạch roto , khi thay đổi điện trở phụ Rf thì Sth thay đổi còn Mth = sonst dẫn đếnđến thay đổi được tốc độ động cơ khi thay đổi R2f ta có hệ đặc tính cơ cố cùng

Mth nhưng khác Sth

 Ưu điểm : Đơn giản rẻ tiền , có khả năng hiện đại hóa bằng bán dẫn

 Nhược điểm : Tổn hao công suất khi điều chỉnh , hiệu suất thấp , phạm vi

điều chỉnh hẹp , điều chỉnh không triệt để

Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ ĐK

2.1.4.2 Đặc điểm làm việc khi thay đổi tần số

Như ta đã biết , tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từtrường quay trong máy điện , do đó băng tần thay đổi tần số dòng điện stato ta cóthể điều chỉnh được tốc độ động cơ

Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này ta dùng biến tần cung cấp chođộng cơ Hình 2.12:

Hình 2.12: Sơ đồ mạch điều khiển

Vì máy điện làm việc ở tần số định mức cho nên khi thay đổi tần số , chế độlàm việc của nó sẽ bị thay đổi Sở dĩ như vậy là vì tần số ảnh hưởng trực tiếpđến từ thông của máy điện