Đồ án môn học cơ điện tử phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hệ thống điện điều khiển Chương III : Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng tay gắp 3.1.. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao và màu sắc đ

- -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG TAY GẮP

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Sơn Nhóm sinh viên thực hiện:

Hà Nội - Năm 2023

- Nhận diện màu sắc phôi

- Tay gắp phân loại phôi theo màu sắc

2 Cấu trúc hệ thống

Thiết bị thu nhận ảnh phôi Webcam Dahua Z2+

Hệ thống cung cấp động lực tay gắp Hệ thống khí nén

Cảm biến xác định vị trí tay gắp Cảm biến tiệm cận tự cảm

Động cơ băng tải Động cơ điện 1 chiều

3 Đặc tính kỹ thuật

Phân loại các màu sắc theo dải màu HSV

Tốc độ băng tải

Min : 100mm/phút Max : 150mm/phút

1.2 Các vấn đề đặt ra

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu

1.5 Ý nghĩa thực tiễn

Chương II : Cơ sở lý thuyết

2.1 Hệ thống cơ khí

2.2 Hệ thống điện điều khiển

Chương III : Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng tay gắp

3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí

3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống điện, điều khiển

Chương IV: Kết Luận

MỤC LỤC

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 9

1.1 Lịch sử nghiên cứu 9

1.2 Các vấn đề đặt ra 9

1.3 Phương pháp nghiên cứu 14

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 14

1.5 Ý nghĩa thực tiễn 15

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16

2.1 Hệ thống cơ khí 16

2.1.1 Thân máy: 16

2.1.2 Bàn máy: 16

2.1.3 Cơ cấu chấp hành 16

2.2 Hệ thống điều khiển 21

2.2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200 21

2.2.2 Các loại van điều khiền 24

2.2.3 Động cơ DC 27

2.2.4 Cảm biến 29

2.2.5 Thiết bị thu nhận ảnh 31

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG TAY GẮP 32

3.1 Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí 32

3.1.1 Thiết kế cơ khí bằng Solidworks 32

3.1.2 Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí 34

3.1.2.1 Băng tải 34

3.1.2.2 Tính toán và lựa chọn xy lanh 38

3.1.2.3 Một số chi tiết và module khác 41

3.2 Tính toán hệ thống điện, điều khiển 43

3.2.1 Tính toán hệ thống điện, khí nén 43

3.2.1.1 Sơ đồ hệ thống khí nén 43

3.2.1.2 Sơ đồ đấu nối mạch 44

3.2.1.3 Tính chọn nguồn 45

3.2.2 Tính toán hệ thống điều khiển 46

3.2.2.1 Thiết kế giao diện xử lý ảnh 46

3.2.2.1.1 Xử lý ảnh trong Matlab 46

3.2.2.1.2 Lập trình giao diện GUIDE 50

3.2.2.1.3 Lập trình kết nối OPC giữa Matlab và PLC 54

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 59

4.1 Kết quả đạt được của đề tài 59

4.2 Hướng phát triển 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1:Hệ thống phân loại cà chua 9

Hình 2: Băng tải 18

Hình 3: Xy lanh khí nén 19

Hình 4: Xy lanh xoay khí nén 19

Hình 5: Xy lanh tay kẹp 20

Hình 6: CPU 1211C 21

Hình 7: Sơ đồ mặt PLC S7-1200 (CPU 1211C) 22

Hình 8: Module mở rộng của bộ lập trình PLC S7-1200 24

Hình 9: Vị trí đèn và cổng truyền thông trên PLC S7-1200 (CPU 1211C) 24

Hình 10: Van khí nén 3/2 25

Hình 11: Cấu tạo van khí nén 3/2 25

Hình 12: Van điện từ SMC 5/2 26

Hình 13: cấu tạo van điện từ SMC 5/2 26

Hình 14: Van hút chân không 27

Hình 15: Van tiết lưu 27

Hình 16: Động cơ DC 28

Hình 17: Mặt cắt ngang động cơ DC 28

Hình 18: Cấu tạo động cơ DC 28

Hình 19: Cấu tạo động cơ DC 29

Hình 20: Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều 29

Hình 21: Cảm biến từ Xy lanh Sensor SMC 30

Hình 22: Cảm biến quang E3F-DS30C4 30

Hình 23: Webcam Dahua Z2+ 31

Hình 24: Mô hình các bộ phận cơ khí 32

Hình 25: Mô hình băng tải 33

Hình 26: Mô hình cấp phôi 33

Hình 27:Mô hình tay gắp 34

Hình 28: Mô hình cơ khí hoàn thiện 34

Hình 29: Sơ đồ tác động lực của động cơ 35

Hình 30: Sơ đồ tác động lực của xy lanh khí nén tác động kép 38

Hình 31: Xy lanh khí nén SMC CDQSB16 - 125DCM 40

Hình 32: Sơ đồ khối hệ thống 43

Hình 33: Sơ đồ hệ thống khí nén 44

Hình 34: Sơ đồ đấu nối điện 44

Hình 35: Nguồn 24 VDC – 15 A 45

Hình 36: Ảnh từ camera 48

Hình 37: Ảnh sau khi chuyển sang không gian màu HSV 48

Hình 38: Ảnh nhị phân 49

Hình 39: Ảnh đối tượng sau khi phân loại 49

Hình 40: Cửa sổ GUIDE Quick Start khi mở GUI 51

Hình 41: Cửa sổ giao diện lập trình GUIDE 51

Hình 42: Hộp thoại Inspector 52

Hình 44: Giao diện điều khiển 53

Hình 45: Quan hệ giữa OPC Toolbox Object với OPC Server 54

Hình 46: OPC Data Access Explorer 55

Hình 47: Cửa sổ của OPC Data Access Explorer 55

Hình 48: Tạo Host liên kết với OPC Server 56

Hình 49: Tạo trong PC Access các biến sẽ sử dụng 56

Hình 50: Add Items địa chỉ 57

Hình 51: Cửa sổ PC Access 57

Hình 52: Thêm các item đến file lập trình PLC 58

Hình 53: Thực hiện Test Client 58

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng thông số các loại động cơ 37

Bảng 2: Thông số động cơ JM37-550 S550 Handson Technology .37

Bảng 3: Thông số chi tiết của Ru lô băng tải 42

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác, nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đòi sống xã hội Chính vì thế hiện nay hệ thống phân loại sản phẩm không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống con người

Những ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống ngày nay thì việc áp dụng hệ thống thông minh vào thực tế đã và đang được sử dụng một cách rộng rãi, được ứng dụng nhiều trong ngành cơ điện tử, tự động hóa Việc hiểu và ứng dụng sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người Để góp phần nhỏ vào việc này,

nhóm em đã thực hiện đề tài thiết kế “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

sử dụng tay gắp”

Thông qua đề tài này nhóm em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu bổ sung vào hành trang của mình trên con đường đã chọn Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc

biệt là sự hướng dẫn của thầy Ths.Nguyễn Văn Sơn để hoàn thành bài tập lớn

này

Trong quá trình thực hiện đề tài này còn nhiều sai sót hi vọng quý thầy cô thông cảm và chỉ dạy cho chúng em, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Lịch sử nghiên cứu

Phân loại sản phẩm là một lĩnh vực được nghiên cứu và phát triển từ rất lâu nó gắn liền với sự phát triển của lịch sử và sự phát triển của nền kinh tế Từ những việc phân loại thô sơ bằng tay như: phân loại thực phẩm sau khi thu hoạch tới phân loại sản phẩm bằng hệ thống thô sơ như hệ thống xay xát lúa gạo nhằm loại

bỏ tấm, cám, gạo vụn Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao và màu sắc được ứng dụng phổ biến trong dây chuyền sản xuất gạch, ngói, đá granite, các sản phẩm nhựa hoặc trong ngành nông nghiệp chế biến Nông sản (cà phê, gạo, hồ tiêu ) Hệ thống này giúp nhà sản xuất tiết kiệm công lao động, giảm thời gian lao động, nâng cao năng suất

Năm 1968, PLC (bộ điều khiển khả trình) ra đời đã đánh dấu mốc quan trọng trong lịch sử phát triển công nghiệp và hệ thống phân loại sản phẩm cũng được cải tiến và kết hợp với PLC để hệ thống hoàn thiện hơn Năm 1969, Vi điều khiển

ra đời cùng với sự phát triển của cảm biến khiến cho hệ thống phân loại sản phẩm càng được cải tiến rõ rệt, từ hệ thống bán tự động chuyển sang tự động hoàn toàn

và tối ưu Qua hiện trạng thực tế nêu trên, nước ta nảy sinh ra nhiều đề tài nghiên cứu về máy phân loại sản phẩm và một trong những đề tài đó được Viện Máy và Dụng Công Nghiệp thiết kế và chế tạo thành công máy phân loại cà chua theo màu sắc, cà chua sau khi được phân loại đạt chất lượng cao

Hình 1:Hệ thống phân loại cà chua

Đối với ngành xuất khẩu sản phẩm nông nghiệp ở Việt Nam các doanh nghiệp

đã đầu tư trang thiết bị máy móc nhằm tự động hóa sản xuất các sản phẩm như: gạo, ngô, cà phê, hồ tiêu, đã nâng cao năng suất thông qua các quy trình (Cánh đồng mẫu lớn >> Thu hoạch >> Nhà máy sấy >> Nhà máy xay xát >> Nhà máy tách hạt, tách màu >> Nhà máy đánh bóng >> Xuất khẩu) Những thành công ban đầu của quá trình liên kết một công nghệ hiện đại trong khoảng 10, 15 năm vừa qua đã khẳng định xu thế phát triển của nền sản xuất trí tuệ trong thể kỷ 21 trên

cơ sở của thiết bị thông minh

Đề có thể tiếp cận và ứng dụng dạng sản xuất tiên tiến này, nhóm quyết định

tìm hiều và nghiên cứu “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng tay gắp” có hệ thống vững chắc, phản ứng nhanh ,chính xác

1.2 Một số loại máy, hệ thống phân loại sản phẩm

Một số dây chuyền phân loại sản phẩm phổ biến hiện nay Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch

Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch được sử dụng rất phổ biến hiên nay Dây chuyền sorting này được sử dụng để phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã vạch barcode,

Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…

Các hộp, thùng hàng được đặt lên băng tải phân loại bởi công nhân hoặc cánh tay

robot cộng tác, robot xếp hàng lên pallet từ băng tải cấp hoặc xe tự hành AGV trong các nhà máy thông minh

Hệ thống phân loại sản phẩm có thể đạt công suất tới 10,000 sản phẩm/giờ Năng suất cao gấp 3-5 lần so với cách quét mã vạch và phân loại bởi công nhân truyền thống

Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng

Là hệ thống phân cỡ sản phẩm ứng dụng đa dạng các loại/kiểu sản phẩm theo nguyên tắc kiểm tra khối lượng online, sau đó phân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu

Phạm vi phân loại: 10g~5000g Tốc độ: 110 – 200 sản phẩm/ phút

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho ngành thực phẩm, thủy

hải sản, nông sản,…

Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc

Máy phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như ớt, cà chua, cà phê, nhựa màu, gạo, chè búp, các loại hạt…nhờ camera kiểm tra sản phẩm, công nghệ vision xử lý ảnh tự động

Năng suất: 0.8-15 tấn/ giờ (tùy vào mỗi loại model)

Tỉ lệ phân loại chính xác: >99%

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo màu sắc trong các ngành nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử, thiết bị y tế…

Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước

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 loại sản phẩm khác nhau

Năng suất: 3-5 tấn/ giờ ~ 1000-1100 sản phẩm/ phút Cấp phân loại: 4-10 cấp

Dây chuyền phân loại trứng, cà chua theo kích thước

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho ngành thực phẩm, nông sản, trái cây…

Trong ngành logistic, thương mại điện tử, các gói hàng được đóng trong các hộp với trọng lượng, màu sắc, kích thước khác nhau dễ dàng được phân loại nhờ hệ thống phân loại lựa với camera và thuật toán phân loại thông minh Hàng hóa được phân loại trên băng tải chính theo các băng tải xương cá di chuyển tới các vị trí tập kết

Phân loại sản phẩm tự động giúp giảm thiểu sức người và thời gian cho khâu phân loại vốn nhàm chán nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác ở tốc độ cao với năng suất vượt trội

Với các ngành chế biến, sản xuất bánh kẹo, thực phẩm, sản phẩm sau khi chế biến chạy trên băng tải hoàn toàn có thể được hệ thống chọn/bỏ theo các tiêu chí về hình dáng, màu sắc, giúp quá trình đóng gói diễn ra liền mạch và chất lượng sản phẩm được kiểm soát đồng đều hơn

1.2 Các vấn đề đặt ra

Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ bảo trì, sửa chữa, lắp đặt

Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và

hệ thống hoạt động tự hác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết động dựa trên lập trình và điều khiển của PLC Ngoài ra còn có các vấn đề khác

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền,

có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa

- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động

- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không

bị lỗi, hỏng

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc”, đã

được nhiều sinh viên của các trường nghiên cứu và thực hiện Đồng thời cũng đã

có nhiều sinh viên thiết kế những mô hình đơn giản Mô hình này cũng đã được thiết kế và đưa vào sử dụng trong một số nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:

a Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Để thiết kế được, chúng ta cần thiết kế hệ thống cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động tự động đựa vào lập trình và điều khiển

- Dựa và kiến thức đã được học, tham khảo, tìm hiểu qua internet, sách vở

để áp dụng vào đồ án

- Dựa vào các hệ thống phân loại ngoài thị trường

- Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính toán, phân tích, xử lí số liệu để xây dựng mô hình phù hợp với đề tài

- Tìm hiểu, lập trình điều khiển về PLC

b Phương pháp mô phỏng

Mô phỏng và đánh giá thiết bị trên máy tính:

- Phần thủy khí: PSIM,

- Phần mạch PLC: STEP 7, PLCSIM, WINCC,

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu

a) Giới hạn nghiên cứu:

• Hệ thống nhận dạng và phân loại theo màu sắc

• Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén

• Cơ cấu phân loại sản phẩm: Tay gắp phân loại sản phẩm

• Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều

• Hệ thống dẫn động: Băng chuyền

• Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V AC và điện áp một chiều 24V

DC

b) Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu chỉ ở việc thiết kế hệ thống cơ khí, xây dựng hệ thống điều khiển trên lý thuyết và đánh giá trên phầm mềm mô phỏng

1.5 Ý nghĩa thực tiễn

• Giảm thời gian chia chọn phân loại bưu kiện, nâng cao hiệu quả công việc

• Giảm số lượng nhân công thực hiện thao tác phân loại đến 70% Công suất phân loại tăng lên từ đó sẽ giúp cho doanh nghiệp giảm được chi phí Tỷ lệ phân loại bưu kiện có sai sót rất thấp (0.01%) Điều đó làm cho dịch vụ của doanh nghiệp có ưu thế vượt trội

• Tỷ lệ sai sót, hỏng, vỡ và móp méo hàng hóa cũng giảm Từ đó sẽ nâng cao chất lượng dịch vụ

• Hệ thống phân loại dần dần sẽ thay thế sức lao động của con người, đảm bảo chính xác việc chia chọn sản phẩm

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống cơ khí

- Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, nguồn điện và 1 số hệ thống khác

- Yêu cầu thân máy bao gồm:

Nó có nhiệm vụ vận chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống các con lăn Nguồn động lực của băng tải chính là động cơ điện, thường sử dụng kèm hộp giảm tốc để đảm bảo tốc độ và momen cần thiết cho băng tải hoạt động a.1) Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này

có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

Lựa chọn loại băng tải:

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau: Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này

có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

Lựa chọn loại băng tải : Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:

Loại băng tải

Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các

nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong

gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh đầy 50 - 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ

phận trên khoảng cách >50m

Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh

giữa các nguyên công với khoảng cách

<50m

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt

Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong

mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyền trong nhà máy với những lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

-Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

-Dễ dàng thiết kế chế tạo

-Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt

độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thời gian

Loại băng tải

Hình 2: Băng tải

b) Xy lanh khí nén

Xy lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành Nó có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động

Mỗi khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và truyền tải lực trên piston Do đó piston sẽ di chuyển bằng khí nén

- Đây là loại xy lanh có hai tác động, đệm giảm chấn bằng cao su ở 2 đầu

- Được làm bằng chất liệu tốt nên có thể chịu được các lực va đập nhẹ, chống oxi hóa và làm vệc trong nhiều môi trường có nhiệt cao

- Xy lanh hoạt động ổn định trong các môi trường có nhiệt độ, áp suất cao, thay đổi liên tục cho đến những môi trường làm việc yêu cầu đảm bảo vệ sinh cao, an toàn hoặc môi trường độc hại

* Nguyên lý hoạt động xy lanh xoay:

Xy lanh khí có vai trò tạo ra lực để chuyển đổi năng lượng có trong khí nén thành động năng để tạo ra các chuyển động Xy lanh xoay được vận hành bằng khí nén từ hệ thống máy nén khí Điều này đạt được là do sự chênh áp được tạo

ra bởi khí nén được ở áp suất lớn hơn áp suất của khí quyển Do đó làm cho các piston của xy lanh chuyển động theo hướng mong muốn qua đó làm cho thiết bị bên ngoài hoạt động

d) Xy lanh tay kẹp

Xy lanh MH là loại xi lanh kẹp và có hai loại là loại kep song song và loại kep điểm Về hoạt động thì loại xi lanh kẹp này có loại hoạt động đơn, có lò xo trở về, loại hoạt động kép và các loại khác Đường kính piston từ 6mm đến 40mm

Hình 5: Xy lanh tay kẹp

Đặc điểm: Đây là xi lanh có công tắc xoay (kẹp 2 ngón có thể xoay) Thay vì kết cấu ống pít tông thông thường, bên trong chiếc xi lanh này còn cả một hệ thống

bi trượt kết hợp những bánh răng rất nhỏ để thực hiện việc kẹp - nhả Đây là xi lanh có tác động kép (2 tác động) và không cần dầu bôi trơn Ứng dụng nguyên liệu khí

Hình 6: CPU 1211C

❖ Thông số PLC S7-1200 (CPU 1211C):

- Kích thước vật lý (mm): 90 x 100 x 75

- Đơn pha: 3 tại 100 kHz

- Vuông pha: 3 tại 80 kHz

❖ Các đèn báo và công tắc trên PLC S7-1200 (CPU 1211C):

• Các đèn báo trên PLC S7-1200 (CPU 1211C):

- SF (Đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống dính lỗi Đèn SF sáng lên khi PLC có lỗi

- RUN (Đèn xanh): Cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình của PLC

- STOP (Đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng Dừng chương trình đang thực hiện lại

- I x.x (Đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng (x.x = 0.0 - 1.5) Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

- Q y.y (Đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng (y.y = 0.0 - 1.1) Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

• Công tắc trên PLC S7-1200 (CPU 1211C):

- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC S7-200 sẽ chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP

- STOP: PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh, nạp và xóa một chương trình

- TERM: Cho phép người dùng từ máy tính điều khiển, chọn một trong hai chế độ làm việc cho PLC hoặc RUN hoặc STOP

❖ Cổng truyền thông:

S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp, được tích hợp sẵn các đầu vào/ra (DI/DO) Cung cấp một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển S7 - 1200 cung cấp cổng PROFINET – hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Phần mềm lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic – hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens Ngoài ra, Bộ lập trình PLC S7 1200 được thiết kế linh hoạt cho phép người dùng có thể mở rộng thêm các tính năng bằng cách lắp thêm các module mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

Hình 8: Module mở rộng của bộ lập trình PLC S7-1200

Hình 9: Vị trí đèn và cổng truyền thông trên PLC S7-1200 (CPU 1211C)

2.2.2 Các loại van điều khiền

a) Van điện từ khí nén:

Van điện từ khí nén AIRTAC 3V210-08 là loại van khí nén 3/2 có ba cổng hai

vị trí và một đầu coil điện, được điều khiển bằng điện, thường được dùng để điều khiển xy lanh khí nén

Hình 10: Van khí nén 3/2

- Kích thước các cổng: 1/4″ (ren 13)

- Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 MPa

- Loại van hơi: 3 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)

- Nhiệt độ hoạt động: -200 ~ 700C

- Xuất Xứ: AIRTAC (Đài Loan)

Hình 11: Cấu tạo van khí nén 3/2

b) Van điện từ SMC:

- Solenoid valve 5/2 tác động điện từ đầu 14, đầu 12 tác động bằng lò

xo, 5 cửa và 2 vị trí làm việc

- Áp suất tối đa: 0.7 Mpa

- Điện áp van điện từ: 24 VDC c) Van hút chân không:

Van hút chân không gồm có ba cổng: cổng cung cấp khí, cổng xả khí và cổng hút chân không Van hút chân không cùng với xylanh tay kẹp thực hiện hút giúp xylanh kẹp và thả phôi vào máng

Hình 14: Van hút chân không

d) Van tiết lưu

Hình 15: Van tiết lưu

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 vào sự thay đổi tiết diện Van tiết lưu có tiết diện thay đổi làm lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi được nhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở

2.2.3 Động cơ DC

Động cơ một chiều DC (DC là viết tắt của từ "Direct Current ") là Động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp một chiều Đầu ra của đông cơ thường gồm hai dây DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục

Đối với động cơ điện một chiều có loại không chổi than (Brussless DC Motor - BLDC) và động cơ có chổi than (Brush DC Motor - DC Motor) Do động cơ

BLDC thực chất là động cơ điện ba pha không đồng bộ Vì vậy mình chỉ xét động

cơ điện một chiều có chổi than

Hình 16: Động cơ DC

Hình 17: Mặt cắt ngang động cơ DC

Động cơ điện một chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau: kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp Cấu tạo gồm có ba phần chính: stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ góp - chỉnh lưu

Hình 18: Cấu tạo động cơ DC

Hình 19: Cấu tạo động cơ DC Stator của động cơ điện một chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện

Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Hình 20: Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều

Nguyên lý hoạt động:

- Pha một: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor

- Pha hai: Rotor tiếp tục quay

- Pha ba: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha một

2.2.4 Cảm biến

a) Cảm biến từ Xy lanh:

Cảm biến từ xy lanh Sensor SMC D-A93 là loại cảm biến sử dụng chuyên cho các dòng xy lanh khí nén, xy lanh thủy lực của hảng SMC Cảm biến được sử dụng để báo hành trình ra vào của xy lanh, hành trình quay theo góc của xy lanh

xoay, dạng cảm biến này là cảm biến từ, nhận tín hiệu nam châm được tích hợp trong xy lanh của SMC

Hình 21: Cảm biến từ Xy lanh Sensor SMC

Thông số cảm biến từ xy lanh Sensor SMC D-A93:

- Cảm biến thiết kế hơi đặc biệt có đi kèm connector M8 ba chân, đối với D-A93 thì chỉ xài 2 dây

- Sử dụng điện áp 24 VDC hoặc 100 VAC kiểu mắc tải nối tiếp 2 dây

- Tích hợp led báo ngõ ra khi có tác động

- Tải sử dụng là relay hoặc PLC (công suất tải 5 – 40 mA)

Hình 22: Cảm biến quang E3F-DS30C4

• Thông số cảm biến quang: