Đồ án môn học đề tài thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có được năng suất lao động cao, giảm thiểu sức lao động của con người, đo đó áp dụng các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp là một giải pháp thiết thực

J VIEN THONG

BAI HOC

DO AN MON HOC

DE TAI

THIET KE HE THONG PHAN LOAI SAN PHAM THEO

CHIEU CAO

Giáo viên hướng dẫn : TS GV Đặng Thái Việt

Sinh viên thực hiện : Trần Hạo Nam - 20195116

Lớp : Cơ điện tử 01 — K64

MUC LUC

LOI NOI DAU

Với mục tiêu đưa đất nước ngày càng phát triển giàu mạnh, hiện đại tiến tới hội nhập cùng thế giới thì phát triển trong công nghiệp đóng vai trò quyết định trong quá trình đó Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có được năng suất lao động cao, giảm thiểu sức lao động của con người, đo đó áp dụng các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp là một giải pháp thiết thực

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại dé điều khiến tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hoá ở mức độ cao đối với sản xuất hàng hoạt nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng hưởng đến chất lượng hàng hoá đầu ra là hệ thống phân loại sản phâm

Đồ án thiết kế hệ thống sản xuất tự động với để tài là “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” được nghiên cứu cứu nhằm củng cổ những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế Đề tài có nhiều ứng đụng quan trọn trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm san phẩm, phân loại sản phẩm Với hệ thóng tự động hoá này chúng ta có thể giám thiểu nhân công đi kèm với giảm chỉ phí sản xuất

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Thái Việt đã hướng dẫn tận tình, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em tìm hiểu, nghiên cứu cũng như phát triển

và hoàn thiện đề tài này.

CHUONG 1: TONG QUAN HE THONG PHAN LOAI SAN PHAM

1.1 Khai niệm và ứng dụng

Đặt vấn đề

Ở nước ta hiện nay tuy có nhiều sức lao động và việc thuê nhân công rẻ nhưng bên cạnh đó do là con người thủ công nên có thê sai xót và không được

ổn định Tuy vậy việc công nhân đồi dao nhưng nguồn lực chất lượng cao còn hạn chế, tác phong làm việc còn hạn chế Năm 2010, có đến 19,5 triệu

lao động Việt Nam đang làm việc trong các ngành nghề không đòi hỏi về trình độ chuyên môn hoặc chuyên môn thấp Phần lớn các doanh nghiệp đều phải đào tạo nghề cho công nhân Công nhân không lành nghè dẫn đến sản phâm chất lượng thấp, năng suất không cao, sản phẩm làm ra sẽ không nhiều trong cùng một đơn vị thời gian

Các hoạt động thủ công của thương ta nói chung và các hoạt động phân loại sản phẩm thủ công nói riêng thì vẫn còn tốn khá nhiều công sức của nhân

công Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại như phân loại rác hoặc phân loại những chất hóa học độc hại thì công nhân tham ø1a hoạt động

phân loại khá nguy hiểm đến sức khỏe và cũng như ảnh hưởng đến năng xuất của quá trình

Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có định hướng phát triển rõ rệt Phan lớn các doanh nghiệp của nước ta sử dụng các công nghé tụt hậu so với các nước trên thé giới từ 2-3 thế hệ 80%-90% công nghệ nước ta đang sử dụng là công nghệ nhập khẩu 76% công nghệ máy móc nhập khâu thuộc thập niên 50-60, 50% là công nghệ là đỗ tân trang Sự lạc hậu về công nghệ sẽ tạo ra chất lượng sản phẩm thấp, điều này sẽ gây cho hàng hóa của chúng ta gặp rất nhiều khó khắn trong vấn đề cạnh tranh về giá cả trên thị trường

Trên thế giới đã ứng dụng nhiều về những hệ thống tự động hóa trong sản xuất và họ đang nhân mạnh mô hình Số lượng công nhân chất lượng cao khá lớn, trình độ chuyên môn cao dẫn đến chất lượng sán phẩm cũng như giá thành hết sức cạnh tranh không chỉ trong nước mà còn suất khâu đi khắp

thế giới như: Trung Quốc, Nhat Ban, Anh, Pháp, Đức

Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng chuyền Bên cạnh băng chuyên có đặt các thiết bị để nhận biết phân loại phụ thuộc vào sản phẩm Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị phân loại chúng sẽ được đây vào hộp năm trên các băng chuyền khác Các sản phẩm còn lại sẻ được băng chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng, thông qua hệ thống đếm tự động cho đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẻ tư động dừng trong một khoàng thời gian để đóng gói sản phẩm Hệ thống hoạt động tuân tự cho đến khi có lệnh đừng Người công nhân chỉ việc tới lây hộp xếp lên xe đấy đưa vào kho hàng

Hoạt động phân loại phân loại tự động có điểm mạnh là năng xuất và tính chính xác cao, cần ít sức người mà vẫn đạt hiệu quả nên có thê cạnh tranh về

giá cũng như chất lượng trên thị trường Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào của nước ta cũng đầu tư số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh từ nước ngoài

Hệ thống phân loại la gi?

Hệ thống phân loại là việc thực hiện phân loại hàng hoá theo một điểm đến nhất định Các sản phẩm được phân chia một cách tự động theo các đặc

tính như mã vạch được gắn trên sản phâm Hệ thóng phân loại phổ biến là băng tải tự động, chúng di chuyển sản phâm và chuyên hướng đến điểm cụ thé Sử đụng hệ thống phân loại tự động nhanh hơn, chính xác hơn và an toàn hơn so với việc phân loại thủ công

Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động

Tùy vào độ phức tạp yêu câu của từng loại sản phẩm mà ta có thê đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau Hiện nay có một số phương pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiễu trong đời sống như:

- Phân loại sán phâm theo kích thước

- Phân loại sản phâm theo màu sắc

- Phân loại sản phẩm theo khối lượng

- Phân loại sán phâm theo mã vạch

- Phân loại sản phâm theo vật liệu

Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiều thuật toán và hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thê đan xen, hỗ trợ lẫn nhau Ví đụ muốn phân loại vai thi phải phân loại kích thước và màu sắc, về nước uống( như bìa, nước ngọt)

cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều đài, khối lượng, phân loại gạch thì theo hình ảnh, kích thước

Phân loại sản phâm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến thứ nhất nhưng chưa kích cảm biến thứ hai thì được phân loại vật thấp nhất, khi sán phâm qua hai cảm biến đồng thời thì được phân loại vật cao nhất

Phân loại sản phâm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử đụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phâm đi ngang

qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng

Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỉ lệ phán chiếu của một màu chính(ví dụ như màu đỏ, màu xanh lá cây, màu xanh trời) được phản

xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng

Ứng dụng trong thực tế

Phân loại sản phâm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sy tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đám báo được sự chính xác trong công việc Chưa kế đến có những phân loại đựa trên các chỉ tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thê nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống

tự động nhận dạng và phân loại sản phâm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cau phân loại, các hệ thống phân loại có những quy mô lớn, quy mô nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chỉ phí cho các loại quy mô này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện ở việt Nam Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng vào các các hệ thống phân loại có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp việt nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lao động con người để làm việc Bên cạnh các băng chuyền đề vận chuyển sán phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm Còn rất nhiều loại phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: phân loại sán phâm theo kích thước, phân loại sản phẩm theo màu sắc, phân loại sản phẩm theo khối lượng, phân loại sản phẩm theo mã vạch, phân loại sản phâm theo hình ánh

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiến tự động hóa đóng vai trò rất quan trong trong moi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Nhằm mục tiêu tăng năng suất lao động, giám sức người,độ chính xác cao, giá thành hạ, nâng cao chất lượng sản sản xuất; cac san phâm công nghệ đòi hỏi ngày càng hoàn thiện và tối ưu

Trong đó, hệ thống băng tải là một phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu, sán phẩm cực kì quan trong trong tất cả các ngành công nghiệp, nhà máy

Ra đời từ rất lâu và có vai trò quan trọng nhờ những ưu điểm như: cau tao don giản, bền vững, có khả năng vận chuyển nguyên vật liệu theo phương năm ngang, nghiêng với khoảng cách từ gần đến xa, làm việc êm, năng suất cao mà tiêu hao năng lượng không lớn Chính nhờ những ưu điểm đó mà

hệ thống băng tải được ứng dụng rộng rãi trong nhiều các lĩnh vực sản xuất như công nghiệp khai khoáng, công ngiệp chế biến thực phẩm, vận chuyên hàng hóa, ứng đụng trong các bến cảng

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống phân loại sản phẩm:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loai san phẩm nói chung được chia ra làm ba giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Tại giai đoạn này thì ta sẽ đùng một hệ thống để cấp phôi, tuỳ vào kích thước, hình dạng và loại sản phâm cần phân loại mà ta sẽ thiết kế

hệ thống cấp phôi khác nhau

Giai đoạn 2: Sau khi được cấp phôi thì ta sẽ dùng cảm biến đề nhận biết được đặc tính của sán phâm theo yêu cầu Ví dụ như phân loại theo chiều cao, màu sắc, Sau khi phi nhận đặc tính, động cơ kéo băng tải hoạt động và đưa sản phẩm theo cùng chiều quay của động cơ Tại những vị trí phân loại phủ hợp sẽ có tổ hợp cụm cảm biến hồng ngoại (nhằm nhận biết sản phâm cần phân loại đã tới vị trí chưa) và xy lanh khí nén (nhằm đây sản phẩm vào máng phân loại Đối với cảm biển đọc đặc tính của sản phẩm, ta sẽ dùng vi điều khiển (ESP 32) dé đọc tín hiệu, sau đó vi điều khiển sẽ giao tiếp với PLC §7 1200 băng tín liệu digital được kích lên 24V qua transitor từ vi điều khiến

Giai đoạn 3: Đây sản phẩm vào thùng chứa tương ứng qua máng Kết hợp giữa việc giao tiếp với vi điều khiến và đọc tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại, PLC S7 1200 điều khiển xy lanh hoạt động nhằm đây sản phẩm cần phân loại vào khu vực chứa tương ứng

Yêu cầu kỹ thuật cơ bản

Mục tiêu chung của hệ thống: kiêu đáng nhỏ gọn, dễ lắp đặt và bảo trì

Mục tiêu cụ thể:

Tự động hoá: chuyên dịch dần cơ cấu nhân lực thủ công sang thực hiện hoàn toàn bằng máy móc, giảm sai sót do con người

Năng suất: tiết kiệm thời gian phân loại, đây nhanh tiễn độ sản xuất

Vận hành: hệ thống vận hành đơn giản, giao điện thân thiện, đễ báo trì

Kết nói: đữ liệu được gửi về máy chủ giúp người quản lí nắm bắt chặt chế quá trình sản xuất

An toàn: hệ thống vận hành ổn định, độ tin cậy cao

CHUONG 2: CAC THANH PHAN CO BAN CUA HE THONG

2.1 Tổng quan hệ thống băng tải

Hệ thống cơ khí:

- Động cơ một chiều:

- Dây dẫn khí:

- Băng tải

- Khay đựng sản phẩm

- Khung đỡ

- Hộp cấp sản phẩm:

- Piston cấp phôi

- Piston phan loai

- Van dién ap:

Hệ thống điều khiến:

- Nguồn 24 VDC

- Vi Điều Khién ESP - 32

- Module PLC 87 1200

- Cam bién

2.2 Bang tai

Băng tải (băng chuyền) hiêu đơn giản là một máy cơ khí dùng đề vận chuyến các đô vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B Thay vì vận chuyên sản phẩm bằng công nhân vừa tốn thời gian, chỉ phí nhân công lại tạo ra môi trường làm việc lộn xộn thì băng chuyên tải có thể giải quyết điều đó

Nó giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suất lao động

Cấu tạo chính của băng tải công nghiệp

Khung băng tải: Thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện hoặc Inox

Mặt băng tải bằng belt hoặc con lăn: Thường là dây băng PVC dầy 2mm và 3mm hoặc dây băng PU dây 1.5mm

Bộ điều khiển bang tai: PLC, Bién tan, Speed controller, Cam bién, Ro-le, Contactor

Con lăn kéo/con lăn chủ động bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm có Ø50, Ø60, Ø76, Ø8§9, Ø102

Con lăn đỡ/con lăn bị động bằng thép mạ kẽm hoặc Inox có Ø25, Ø32, Ø38

Băng tải truyền động xích hoặc đai

Động cơ giảm tốc công xuất từ 25W đến 2.2KW

Belt Travel

Snub

Take-up Bend Pulley

Troughing Idlers

Tail Impact Idlers Take-up

Hình ánh mô ta cấu tạo băng tải thường thấy trong công nghiệp

Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn

Hệ thống băng chuyền bằng băng tái cao su là một hệ thống vận chuyên nguyên liệu mang lại hiệu quả kinh tế rất cao so với các hệ thống cùng chức năng Hệ thống vận chuyển nguyên liệu bang Bang tai cao su có thê được lắp đặt ở mọi địa hình, mọi khoảng cách

Hình ảnh mô ta bang tai cao su

Bang tai xich:

Khá tốt trong ứng đụng tai dang chai, sản phẩm cần độ vững chắc

Băng tái xích chủ yêu được sử dụng để vận chuyên tải nặng đơn vị, ví dụ như tâm nâng hàng, hộp lưới điện, và các đồ chứa công nghiệp Những băng

tải có thể được một hoặc hai sợi dây chuyền trong cấu hình Tải được đặt trên các dây chuyên, ma sát kéo tải phía trước

Hình ảnh mô tả băng tải xích

Nhiều ngành công nghiệp sử đụng công nghệ băng tải xích trong đây chuyền sản xuất của họ Ngành công nghiệp ô tô thường sử dụng các hệ thống bang tai xích để truyền tải phụ tùng xe hơi thông qua các nhà máy sơn

Băng tải con lăn

Gồm các loại: băng tai con lăn nhựa, băng tái con lan nhya PVC, bang tai con lăn thép mạ kẽm, băng tai con lăn truyền động bằng motor

Bang tai con lăn là giải pháp phù hợp để vận chuyên sản phẩm với trọng lượng từ nhẹ, trung bình đến rất nặng, trong các môi trường thông thường đến

các môi trường có hóa chât ăn mòn, bụi bặm

Hình ảnh mô tả băng tải con lăn

Băng tải đứng:

Vận chuyên hàng hóa theo phương hướng lên thăng đứng

Băng tái đứng cũng thường được gọi là thang máy và thang máy vận chuyên hàng hóa Nó đùng đề vận chuyện các sản phâm hàng hóa dạng hộp từ vị trí thấp lên vị trí cao hơn theo phương thăng đứng

Hình ảnh mô tả băng tái đứng

Bang tai PVC

Là loại băng tái cực kỳ thông dụng Đặc biệt trong các ngành công nghiệp điện tử Nó được các công ty, tập đoàn lớn của Hàn Quốc, Nhật Bản sử

dụng nhiều cho các dây chuyền sản xuất của mình Băng tải PVC có ưu điểm là độ bền cao đi cùng giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi

Hình ảnh mô ta bang tai PVC bang tải công nghiệp

Băng tải linh hoạt

Bang tái linh hoạt (băng tái con lăn xếp) được sử dụng chuyền tải các mặt hàng ở những không gian nhỏ hẹp một cách thuận tiện Đặc biệt, nhờ khá

năng co giãn, thay đổi chiều dài giúp công việc vận chuyến trở lên đơn giản và đễ dàng hơn

` —¬

saA^4)4t9 914

>> ™ —

~~

TARA

7

SA ^“ RACANY

ý

Hình ảnh mô tả băng tải lĩnh hoạt

Băng tải sóc cong:

Chuyên hướng sản phẩm 30 đến 180 độ

Có nhiều loại băng tái góc cong khác nhau, như băng tai cong pve, bang tai con lăn cong, băng tải cong 90 độ,

Tùy thuộc vào nhu cầu của doanh nghiệp mà sẽ lựa chọn loại kết cầu phù hợp

Hình ảnh mô tả băng tải cong

Với yêu cầu của bài toán: Khối lượng phôi [0,5 ; 6,5], và ưu điểm về độ phô biến, đồ bền cao cũng như giá thành rẻ thì với qui mô là đồ án môn học thiết kế hệ thống cơ khí, em lựa chọn dùng băng tải PVC

2.3 Bộ truyền đai/ xích

a Bộ truyền đai

Dai là một vòng đây bằng vật liệu đẻo được sử dụng đề liên kết hai hoặc nhiều rục quay về mặt cơ học, thường là song song Dây curoa có thê được sử dụng như một nguồn chuyên động, đề truyền năng lượng hiệu quả hoặc dé theo dõi chuyên động tương đổi Đai quấn qua các pully và có thê có sự xoắn giữa các pully và các trục không cần song song

10