Thiết kế công nghệ tự động phân loại sản phẩm

Thiết kế công nghệ tự động phân loại sản phẩm

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3

1.1 Tìm hiểu công nghệ tự động phân loại sản phẩm 3

1.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 4

1.2.1.Nguyên lý hoạt động : 4

1.2.2.Phương pháp ma trận trạng thái 4

1.2.3.Đặt biến logic cho hệ thống : 5

1.2.4.Tổng hợp mạch điều khiển: 5

1.2.5 Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống sử dụng thiết bị điện – khí nén: 9

Chương 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 12

3.1 Chọn thiết bị khí nén 12

Tổng quan về hệ truyền động khí nén 12

3.1.1 Chọn xilanh : 13

31.2 Chọn Chọn đầu nối ống 16

3.2.Chọn các thiết bị điện……… 17

3.2.1 cầu dao và cầ̀u chì: 17

3.2.2 Chọn công tăc hành trình : 18

3.2.3 Chọn transistor điếu khiển cuộn hút của các van phán phối điện khí 18

3.2.4 Chọn nút ấn 18

3.2.5 Chọn TRIGƠ, AND và OR 19

3.2.6 Nguồn khí nén: ` 19

Chương IV: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ LẮP RÁP 21

4.1 Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị 21

4.2.Sơ đồ lắp ráp của mạch điểu khiển hệ thống 21

Bảng đấu dây: 23

Bảng nối ống khí nén: 25

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, có thể nói mộttrong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ

tự động hóa trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng suất sản xuất vàchất lượng sản phẩm làm ra

Ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đâycùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giớithì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hóa cácquá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lượng chấtxám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức

Ngày nay tự động hóa điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từngngõ ngách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm Một trong

những ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là công nghệ tự động phân loại sản phẩm Đây là quá trình lựa chọn sản phẩm theo tiêu trí cho trước

Quá trình làm việc được thực hiện theo một trật tự logic, theo trình tự thờigian xác định do đó để điều khiển được công nghệ ta phải tổng hợp được hàm điềukhiển cho hệ thống Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển nhưng

ở đây ta sử dụng phương pháp “Ma trận trạng thái”

Trong quá trình làm đồ án, được sự giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình của thầygiáo hướng dẫn DƯƠNG MINH ĐỨC, em đã hoàn thành được bản đồ án này Tuynhiên do trình độ có hạn, bản đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót

Em mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo và các bạn

Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

1.1 Tìm hiểu công nghệ tự động phân loại sản phẩm

Ban đầu, ta cấp nguồn điện cho hệ thống rồi ấn nút khởi động Các piton A,

B, C đang ở vị trí ban đầu ( như hình vẽ ) Khi có sản phẩm được đưa vào mángđẩy thì nó tác động vào công tắc hành trình d, công tắc hành trình bị tác độngchứng tỏ đã có sản phẩm đi vào máng đẩy,pitton A thực hiện chuyển động sangphải (nguyên công A+ ) Khi sản phẩm được dẩy đến vị trí để xác định chất lượngthì nó tác động vào công tắc hành trình a1 làm cho piton A chuyển động sang trái(nguyên công A-), đồng thời bộ đo lường chất lượng sản phẩm được kích hoạt đểxác định chất lượng của sản phẩm Khi pitton A đi về đến vị trí tận cùng bên trái,

nó tác động vào công tắc hành trình a0 kết hợp với thông tin về chất lượng sảnphẩm ( đã được xử lý ) được dung để điều khiển cơ cấu phân loại :

Nếu sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng thì có các tín hiệu đầu vào: p0=1,p1=0 pitton B thực hiện chuyển động đẩy sản phẩm theo máng trượt xuống ngănchứa sản phẩm đạt yêu cầu ( nguyên công B+ ) Khi pitton B đi sang vị trí tận cùngbên trái của hành trình-nơi mà sản phẩm được phân loại đã chắc chắn xuống đếnngăn chứa sản phẩm có chất lượng tốt thì nó tác động vào công tắc hành trình b1:

có tín hiệu b1=1, nhờ vậy pitton B được thu về ( nguyên công B- ) Khi pitton B đi

về đến vị trí ban đầu thì tác động vào công tắc hành trình b0: có tín hiệu b0=1, kếtthúc quá trình phân loại sản phẩm đầu tiên

Nếu sản phẩm không đạt tiêu chuẩn chất lượng thì có các tín hiệu đầu vàop0=0, p1=1, pitton C thực hiện chuyển động đẩy sản phẩm theo máng trượt xuốngngăn chứa sản phẩm không đạt yêu cầu chất lượng ( nguyên công C+ ) Khi pitton

C đi sang vị trí tận cùng bên trái của hành trình-nơi mà sản phẩm được phân loại

đã chắc chắn xuống đến ngăn chứa sản phẩm có chất lượng xấu thì nó tác độngvào công tắc hành trình c1: có tín hiệu c1=1, nhờ vậy pitton C được thu về( nguyên công C- ) Khi pitton C đi về đến vị trí ban đầu thì tác động vào công tắchành trình c0: có tín hiệu c0=1, kết thúc quá trình phân loại sản phẩm đầu tiên

Sau khi phân loại xong sản phẩm đầu tiên, các pitton cũng như các công tắchành trình đều quay trở lại trạng thái ban đầu, chờ sản phẩm khác được đưa vàománg để phân loại Và như vậy là hệ thống hoạt động một cách tự động

Trong trường hợp có sự cố cần phải dừng hoạt động của hệ thống gấp cũngnhư khi kết thúc một giai đoạn sản xuất, người vận hành muốn dừng việc hoạtđộng của hệ thống thì có thể thực hiện dễ dàng với các thao tác đơn giản

Kết luận:

Theo chu trình hoạt động của thiết bị như quá trình công nghệ đã nêu thìchúng ta thấy đối tượng điều khiển ở đây là các xi lanh A, B, C.

1.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

1.2.1.Nguyên lý hoạt động :

Đầu tiên sản phẩm cần phân loại được đưa tới dây truyền phân loại, tác độngvào nút điều khiển p làm cho piton A chuyển động đẩy sản phẩm ra khu vực phânloại Khi đó tùy thuộc vào chất lượng sản phẩm sẽ kích hoạt một trong hai piton Bhoặc C chuyển động đẩy sản phẩm về nơi đã được phân loại, hoàn thành côngđoạn phân loại và tách riêng các sản phẩm có cùng chất lượng

1.2.2.Phương pháp ma trận trạng thái

Khi gặp những đối tượng công nghệ mới, người đặt hàng thường chỉ nêunhững yêu cầu của đối tượng cần được thỏa mãn Những yêu cầu đó thể hiện cáctrạng thái của hệ thống cần có theo công nghệ Vì vậy một cách tốt nhất và ít saisót nhất là ghe chép lại tất cả các yêu cầu đặt hàng đó thành một bảng kèm theo sựsắp xếp hợp lí, khoa học Bảng thống kê đó gọi là bảng trạng thái, nó thể hiện mốiquan hệ giữa các tín hiệu vào ở các trạng thái bất kì nào của hệ Trong bảng baogồm các cột:

Trạng thái của hệ biểu thị các mệnh đề nói rõ về công nghệ hoặc những nguyêncông mà máy cần thỏa mãn Số hàng của bảng chỉ rõ số trạng thái của hệ

Cột các tín hiệu vào bao gồm những cột chứa các tổ hợp logic các tín hiệu đưavào hệ điều khiển Những tín hiệu này bao gồm những tín hiệu phát lệnh điềukhiển của mạch vận hành của thiết bị, chương trình hoặc những tín hiệu phát ra từcác đối tượng công nghệ

Phương pháp tổng hợp mạch điểu khiển sử dụng bảng trạng thái được gọi làphương pháp ma trận trạng thái Sau đây ta sẽ xây dựng bảng trạng thái cho hệđiều khiển công nghệ máy tự động phân loại sản phẩm và từng bước tổng hợpmạch điều khiển

1.2.3.Đặt biến logic cho hệ thống :

Các tín hiệu vào :

a0 : tín hiệu điều khiển piton A chuyển động sang phảia1 : tín hiệu điều khiển pitong A chuyển động sang tráib0 : tín hiệu điều khiển pitong B chuyển động đẩy xuốngb1 : tín hiệu điều khiển pitong B chuyển động đi lênc0 : tín hiệu điều khiển pitong C chuyển động đẩy lênc1 : tín hiệu điều khiển pitong C chuyển động đi xuống

d = 1 khi có sản phẩm rơi xuống chờ

d = 0 khi chưa có sản phẩm rơi xuốngCác tín hiệu đều chọn là dạng xung, giá trị của tín hiệu là 0 ứng với không hoạtđộng, là 1 ứng với hoạt động

1.2.4.Tổng hợp mạch điều khiển:

Để thực hiện bài toán trên ta phân thành hai bài toán như sau:

Nếu sản phẩm tốt, hệ thống thực hiện theo công nghệ:

Nếu sản phẩm xấu, hệ thống sẽ thực hiện theo công nghệ:

 Xác định biến vào ra:  

 

ào

v abd

000 0010

010 0001

Tương tự phương pháp như trên ta giải bài toán 2 được kết quả như sau:

Ta tổng hợp với kết quả bài toán 1 và hiệu chỉnh thêm cảm biến phân loại sản

phẩm p theo yêu cầu của công nghệ được hàm điều khiển cho các biến như sau:

Trong hệ thống ta sử dụng thiết bị chấp hành là khí nén và thiết bị điềukhiển là thiết bị điện như đã chọn sơ bộ ở phần trước Từ các hàm điều khiển đãlập được, ta xây dựng được sơ đồ nguyên lý điều khiển như hình sau:

Thuyết minh sơ đồ nguyên lý điều khiển:

Ban đầu ta phải cấp điện cho hệ thống điều khiển cũng như cấp khí nén vào các van phân phối, rồi ấn nút x thì tạo ra tín hiệu xác lập cho các môđun trạng thái,

các đầu ra của chúng có tín hiệu ở mức 0:

MD0=MD1=MD2=MD3=MD4=MD5=MD6=0

Sau đó ấn nút m để xác lập trạng thái ban đầu và khởi động : môđun trạngthái 0 được xác lập có đầu ra ở mức logic cao MD0=1 ( trạng thái ban đầu đc xáclập)

Tín hiệu MD0 được đưa đến để mở các Transistor T2,T4,T6 cho phép dòngđiện đi qua các cuộn dây A-, B-, C- làm cho các van phân phối xác định ở trạng thái

0 điều khiển dòng khí nén vào các xilanh A, B, C khiến các piston A, B, C lần lượtđược đưa về vị trí a0, b0, c0 tức : a0 = b0 = c0 = 1 ; a1 = b1 = c1 = 0 Đây chính làtrạng thái ban đầu mong muốn để chuẩn bị cho hoạt động phân loại sau đó

Khi có sản phẩm vào d=1, trigơ 1 được thiết lập ở mức cao, do đó đầu ra của

nó được thiết lập : MD1 = 1, đầu ra của môđun 1(MD1) được nối với cực bazơ củatransistor T1 nên khi MD1=1 thì van T1 mở đặt điện áp lên hai đầu cuộn hút A+kích hoạt van 7/5/2 điện khí nén làm cho nó ở mức 1 Nhờ đó khí nén được đưavào xilanh A làm cho piston A chuyển động sang phải( thực hiện nguyên công A+).Chuyển động A+ của piston A đẩy sản phẩm sang phải

Khi sản phẩm đã đến vị trí để thiết bị đo lường xác định chất lượng thì nótác động vào công tắc hành trình a1 làm xuất hiện tín hiệu a1 = 1 Tín hiệu nàyđược kết hợp với MD1 đưa tín hiệu đầu vào thiết lập trigơ 2 là mức cao Dẫn tớiđầu vào ra của trigơ 2 thiết lập mức cao MD2 =1 Vì tín hiệu a1 được đưa trở vềđầu vào xóa của trigơ 1 làm cho đầu ra của nó thiết lập lại ở mức thấp MD1 = 0làm cho van T1 bị khóa lại Đồng thời, vì đầu ra của môđun 2(MD2) được nối vớicực bazơ của transistor T2 nên khi MD2 = 1 thì van T2 mở đặt điện áp lên hai đầucuộn hút A- kích hoạt 7/5/2 điện – khí nén làm cho nó ở mức logic thấp (0) Nhờ

đó đưa khí nén vào xilanh làm cho piston A chuyển động sang trái( thực hiệnnguyên công A- )

Khi piston A chuyển động tới vị trí ban đầu ( tận cùng bên trái – như hìnhvẽ) thì tác động vào công tắc hành trình a0 làm xuất hiện tín hiệu a0 = 1, tín hiệunày được đưa trở về đầu vào xóa của trigơ 2 làm cho đầu ra của nó thiết lập lại ởmức thấp 2 MD2 = 0 làm cho van T2 bị khóa lại Cảm biến p được đưa vào đầuxóa của MD2 để chắc chắn A+ không làm việc khi còn sản phẩm đang chờ xử lý.Lúc này xảy ra hai khả năng:

+ Nếu cảm biến chẩt lượng sản phẩm báo sản phẩm kiểm tra là tốt , tức tín hiệu

p0 = l (p1 = 0) thì tín hiệu này được AND với tín hiệu a0 = 1 làm cho đầu vào thiếtlập của trigơ 3 là mức logic cao làm cho đầu ra của trigơ này được thiết lập ở mứccao MD3 = l Vì đầu ra của môđun 3 (MD3) được nối với cực bazơ của transistorT3 nên khi MD3 = 1 thì van T3 mở đạt điện lên hai đầu cuộn hút B+ kích hoạt van7/5/2 điện - khí nén B làm cho nó ở mức logic cao (1) Nhờ đó, khí nén được đưavào xilanh B làm cho piston B chuyển động đẩy sản phẩm vào ngăn chứa sảnphẩm tốt ( thực hiện nguyên công B+ ) Khi sản phẩm đã chắc chắn được đưa vào

ngăn chứa sản phẩm tốt thì piston B tác động vào công tắc hành trình b1 làm xuấthiện tín hiệu b1= l Tín hiệu này được AND với MD3=l rồi đưa vào đầu vào thiếtlập của trigơ 4 Điều này làm cho đầu ra của nó được thiết lập ở mức cao MD4= l.Cũng tương tự như trên , tín hiệu này làm cho đầu ra của t́rigơ 3 thiết lập lại ở mứcthấp : MD3= l làm cho van T3 bị khóa lại, đồng thời, van T4 được mở khiến chovan điện-khí nén 7/5/2 B trở lại mức logic 0 đưa khí nén vào làm cho piston Bchuyển động về vị trí ban đầu ( chuyển động B-) Khi piston B về tới vị trí ban đầuthì chạm vào công tắc hành trình b0 làm xuất hiện tín hiệu b0 = l Tín hiệu nàyđược kết hợp (AND) với MD4 tạo tín hiệu xóa trạng thái của trigơ 4 làm cho MD4

= 0 khiến van T4 bị khóa lại Và rồi khi có sản phẩm tiếp theo cần phân loại vàománg làm cho công tắc hành trình d bị tác động xuất hiện tín hiệu d = l thì tín hiệuđầu vào của trigơ l lại ớ mức cao Và rồi sản phẩm lại được phân loại như sảnphẩm trước

+ Nếu cảm biến chẩt lượng sản phẩm báo sản phẩm kiểm tra là xấu , tức tín

hiệu p1 =1 (p0 = 0) thì tín hiệu này được AND vói tín hiệu a0 = l làm cho đầu vàothiết lập của trigơ 5 là mức lôgic cao làm cho đầu ra của trigơ này được thiết lập ởmức cao : MD5 = l Đầu ra của môđun 3 (MD3) được nối với cực bazơ củatransistor T5, nên khi MD5 = 1 thì van T5 mở đặt điện áp lện hai đầu cuộn hút C+kích hoạt van điện - khí nén 7/5/2 C làm cho nó ở mức logic cao Nhờ đó đưa khínén vào xi lanh lăm cho piston C chuyển động, đẩy sản phẩm vào ngăn chứa sảnphẩm xấu ( thực hiện nguyên công C+ ) Khi sản phẩm đã chắc chắn được đưa vàongăn chứa thì piston C tác động vào Công tắc hành trình c1 làm xuất hiện tín hiệu

c1= l Tín hiệu này được AND Với MD5=l rồi đưa vào đầu vào thiết lập của trigơ.Ðiều này làm cho đầu ra của nó được thiết lập ở mức cao MD6= 1 Cũng tương tựnhư trên, tín hiệu này làm cho đầu ra của trigơ 5 thiết lập lại ở mức thấp : MD5= 0làm cho van T5 bị khóa lại; đồng thời van T6 được mở khiến cho van điện-khí nén7/5/2 C trở lại mức logic 1 đưa khí nén vào làm cho piston C chuyển động về vị tríban đầu (chuyển động C-) Khi piston C về tới vị trí ban đầu thì chạm vào công tắchành trình C0 làm xuất hiện tín hiệu lôgíc C0= 1 Tín hiệu này được kết hợp(AND)với MD6 tạo tín hiệu đầu vào thiết lập của trigơ 0 ở mức cao làm cho đầu racủa nó được thiết lập ở mức cao : MD0 = l.Tín hiệu này cũng được dùng làm tínhiệu xóa trạng thái của trigơ 6 làm cho MD6 = 0 làm cho van T6 bị khóa lại Vàrồi khi có sản phẩm tiếp theo cần phân loại vào máng làm cho công tắc hành trình

d bị tác động xuất hiện tín hiệu d = l thì tín hiệu đầu vào của trigơ l lại ở mức cao

Và rồi sản phẩm lại được phân loại như sản phẩm trước

Như vậy, hệ thống kết thúc chu trình làm việc đầu tiên Ở chu trình tiếp theo,khi có sản phẩm được đưa vào máng đẩy thì hệ thống sẽ làm việc một cách tựđộng mà không cần ấn nút M Trong trường hợp xảy ra sự cố hay hết ca làm việc ,người vận hành có thể dừng hệ thống phân loại sản phẩm ở một trạng thái bất kìbằng cách ấn nút x- làm xóa các đầu ra của các môđun trạng thái Tóm lại, hệthống phân loại sản phẩm đã được tổng họp là một hệ thống tự động hoàn toàn đápứng được những yêu cầu của hệ thống đã đề ra

3.1.3 Chọn van phán phôí điện- khí

Trong Sơ đồ thiết kế ta có sử dụng ba van điện khí 7/5/2 cấu tạo và kí hiệu củaloại van này như sau :

Ta chọn van phân phối loại SY520-02S ( hình vẽ bên) của SHAKO (Đài Loan).Đây là loại Van 7/5/2 điện - khí nén trong đó có năm đầu dành cho khí nén ( mộtđầu vào của khí nén, hai đầu khí nén phân phối đi ra và hai đầu xả khí nén ra môitrường) và bốn đầu dây của hai nam châm điện Các thông số của thiết bị được chotrong bảng dưới đây:

Dải nhiệt độ xung quanh cho phép -10÷800C

3.1.2 Chọn xilanh :

* Các dặc tính kỹ thuật của xilanh

+ Lực tác động của piston: Lực tác động của piston phụ thuộc vào các yếutố: áp Suất, không khí, đường kính xilanh và sự ma sát của các bộ phận Về mặt lýthuyết lực piston được tính gần đúng: Fth = Ap

Trong đó: Fth: lực piston (N)

A: diện tích tác dụng của pistong (m2)

P: áp suất hoạt động (pa)

+ Chiều dài của hành trình: chiểu dài của hành trình xilanh khí nén loại cóthanh piston không quá 2m, loại không có thanh piston<10m

+ Nếu hành trình vượt qúa giới hạn thì sự xung đột cơ khí trên thanh piston

và phần đầu ổ trục lớn Ðể tránh hư hỏng vì mất ổn định do sự uốn dọc Khi hànhtrình lớn có thể dùng thanh piston có dường kính lớn hơn

+ Tốc độ piston: tốc độ pistong của các Xilanh khí nén phụ thuộc tải, áp

suất khí nén và chiều dài đưòng ống Diện tích mặt cắt ngang giữa phần tử điều

khiển sau cùng và phần tử làm việc

* Trong thực tiễn việc lựa chọn xilanh thường phải trả lời một số câu hỏisau:

- Lực cần để di chuyển tải là bao nhiêu ?

- Cần điều khiển theo mấy chiều ?

- Áp Suẩt khí nén được cung cáp từ nguồn ra sao ?

- Cần phải di chuyển tải đi bao xa?

( hành trình của piston là bao nhiêu ?)

- Tốc độ di chuyển tải là bao nhiêu?

- Lực sốc do tải tác động lên piston là bao nhiêu?

- Nhiệt độ của môi trưòng làm việc ?

- Mội trưòng làm việc có bụi bấn, dầu không ?

Dựa vào những tiêu chí kể trên ta tiến hành lựa chọn các xilanh như sau:

Bởi vì hành trình di chuyển của loại xilanh đơn là ngắn ( do hạn chế củachiều dài lò xo), hơn nữa xilanh kép còn có khả năng đáp ứng được công suất lớnhơn, cho nên trong thiết kế này ta chọn loại xilanh kép

Do đề bài chưa nói rõ yêu cầu về công suất cũng như các thông số kích thước

cụ thể của hệ thống nên ta giá sử công suất yêu cầu của xilanh A là: W : l kW

và hành trình của piston là S =75 cm, thời gian để piston A đi hết một hành trình

là t = ls Ta cóthể tính lực yêu cầu của xilanh là :

Do tải của xilanh ở đây là sản phẩm cần phân loại trong quá trình làm việc không

hề gây lực sốc cho xilanh nên ta không quan tâm đến vấn đề này Giả sử hiệu suấtlàm việc của xilanh là η = 0,85, áp suất khí nén được cung cấp là P = 6,3 at ≈