THUYẾT-MINH-ĐỒ-ÁN-TỐT-NGHIỆP-1

Cùng với sựphát triển của công nghệ điện tử, nhu cầu điều khiển các dây chuyền sản xuất trongcông nghiệp đòi hỏi sự linh hoạt, nhanh chóng và gọn nhẹ làm xuất hiện một loại thiết bị điều

L I NÓI Đ U ỜI NÓI ĐẦU ẦU

Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ngày nay, tự động hoángày càng đóng vai trò quan trọng vào mọi mặt của đời sống sản xuất Cùng với sựphát triển của công nghệ điện tử, nhu cầu điều khiển các dây chuyền sản xuất trongcông nghiệp đòi hỏi sự linh hoạt, nhanh chóng và gọn nhẹ làm xuất hiện một loại thiết

bị điều khiển khả trình là PLC Sự ra đời của nó và nhiều thiết bị điều khiển khác càngkhẳng định sự phát triển toàn diện về khoa học và công nghệ của con người Quá trìnhtoàn cầu hóa diễn ra mạnh mẽ đòi hỏi đất nước chúng ta cần phải cái nhìn tổng quanhơn, bao quát hơn để từ đó đề ra những chiến lược phát triển phù hợp với thực trạngnền kinh tế đất nước nhằm theo kịp sự phát triến của các nước trong khu vực và trêntoàn thế giới

Để thực hiện công việc một cách khoa học, nâng cao năng suất và chất lượng sảnphẩm, một trong những giải pháp khá hiệu quả mà các công ty, xí nghiệp sản xuấtthường sử dụng đó là ứng dụng công nghệ lập trình PLC Dây chuyền sản xuất tự độngđiều khiển bằng PLC đáp ứng được rất nhiều yêu cầu về công nghệ và hiệu quả côngviệc Qua đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em sẽ giới thiệu về lập trình PLC cũngnhư ứng dụng của nó khi thực hiện đề tài thiết kế mô hình hệ thống phân loại sảnphẩm theo kích thước

Mô hình của nhóm chúng em được xây dựng dựa trên việc kết hợp từ nhiềunguồn tài liệu và các mô hình tham khảo Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian tìmhiểu có hạn nên đồ án của nhóm chúng em chưa thể phát huy hết ý tưởng vào trong môhình Trong thực tế, các dây chuyền phân loại sản phẩm rất phức tạp về cơ khí và rấtkhó để thực hiện Chính vì vậy mà ở đồ án này nhóm chúng em chỉ đưa ra một môhình thu nhỏ để thể hiện một phần ứng dụng của PLC do đó mà hiệu quả sẽ không cao.Rất mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy

Lê Tiến Dũng đã hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Trình bày về các khái niệm liên quan đến dây chuyền sản xuất tự

động hóa kết hợp với giới thiệu chung về đề tài cần thực hiện bao gồm quy trình côngnghệ và sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống

Chương 2: Phân tích, tính toán và chọn phương án thiết kế phần cứng của mô

hình Chương này đưa ra những phương án từ đó tính chọn các linh kiện để tiến hànhlắp ráp hệ thống

Chương 3: Thiết kế điều khiển ứng dụng PLC, đưa ra phương án chọn cách điều

khiển hệ thống bằng loại PLC thích hợp Dựa trên yêu cầu hoạt động của mô hình đểđưa ra lưu đồ giải thuật từ đó viết chương trình lập trình hệ thống

Chương 4: Trình bày những kết quả đạt được sau khi thiết kế hệ thống, rút ra

những kinh nghiệm và hướng phát triển cho đề tài

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 8

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Tổng quan về dây chuyền sản xuất tự động và hệ thống phân loại sản phẩm 9

1.2.1 Tự động hóa và vai trò của tự động hóa trong đời sống sản xuất 9

1.2.1.1 Khái niệm tự động hóa 9

1.2.1.2 Vai trò của tự động hóa……… ………… 10

1.2.2 Khái niệm dây chuyền sản xuất tự động hóa 10

1.2.3 Phân loại sản phẩm trong quá trình sản xuất 11

1.2.4 Một số hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay 11

1.3 Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm do đề tài thực hiện 13

1.3.1 Quy trình công nghệ của hệ thống 13

1.3.2 Giới thiệu chung về các phần tử hoạt động trong hệ thống 15

1.3.2.1 Hệ thống kết cấu cơ khí 15

1.3.2.2 Hệ thống điều khiển 18

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 29

2.1 Ý tưởng thiết kế 29

2.1.1 Ý tưởng thiết kế 29

2.1.2 Phạm vi và nội dung thiết kế hệ thống 29

2.2 Phân tích, tính toán và chọn phương án thiết kế 29

2.2.1 Thiết kế hệ thống băng tải 29

2.2.1.1 Thiết kế kích thước tổng quan và các chi tiết gia công của băng tải 30

2.2.1.2 Tính chọn động cơ băng tải 32

2.2.1.3 Chọn cảm biến phát hiện vật 33

2.2.2 Thiết kế hệ thống cánh tay gắp 34

2.2.2.1 Yêu cầu 34

2.2.2.2 Thiết kế tổng thể 34

2.2.2.3 Tính chọn xi lanh, van khí 36

2.2.3 Thiết kế ngăn chứa sản phẩm phân loại 39

2.2.4 Chọn nguồn một chiều và rơ le trung gian 39

2.3 Mạch động lực 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 41

3.1 Giới thiệu PLC s7-200 41

3.1.1 Giới thiệu PLC S7-200 41

3.1.2 Đặc điểm và thông số của CPU-224 41

3.1.3 Ưu điểm khi điều khiển hệ thống bằng PLC 42

3.2 Thiết kế điều khiển 43

3.2.1 Thiết kế mạch điều khiển 43

3.2.2 Chương trình điều khiển 45

3.2.2.1 Bảng phân công vào ra 45

3.2.2.2 Lưu đồ thuật toán 46

3.2.2.3 Giản đồ thời gian 47

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 48

4.1 Mục tiêu thiết kế mô hình 48

4.1.1 Mục tiêu kĩ thuật 48

4.1.2 Yêu cầu của hệ thống 48

4.2 Mô hình thực tế 48

4.2.1 Các cơ cấu chế tạo 48

4.2.2 Hoạt động của hệ thống 51

4.3 Kết quả đạt được 53

4.4 Hướng phát triển của đề tài 53

KẾT LUẬN CHUNG 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56

DANH M C HÌNH VẼ ỤC LỤC

Hình 1.1- Dây chuyền lắp ráp ô tô 10

Hình 1.3- Hệ thống phân loại cam theo kích thước 12

Hình 1.4- Hệ thống phân loại tính chất của sản phẩm 12

Hình 1.5- Sơ đồ khối hệ thống 13

Hình 1.6- Sơ đồ tổng thể toàn bộ hệ thống 14

Hình 1.7- Băng tải 15

Hình 1.8- Xilanh 16

Hình 1.9- Xi lanh tác dụng 2 chiều 17

Hình 1.10- Thanh ray 18

Hình 1.11- Cảm biến quang 18

Hình 1.12- Cấu tạo cảm biến quang 19

Hình 1.13- Rơ le trung gian 20

Hình 1.14- Cấu tạo rơ le 21

Hình 1.15- Công tắc hành trình 22

Hình 1.16- Cấu tạo công tắc hành trình dạng cơ khí 22

Hình 1.17- Máy nén khí 23

Hình 1.18- Nguyên lý hoạt động chung của van đảo chiều 24

Hình 1.19 - Kí hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van 24

Hình 1.20 - Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều 25

Hình 1.21- Các loại van đảo chiều 25

Hình 1.22- Cấu tạo van tiết lưu một chiều 26

Hình 1.23- Van tiết lưu 26

Hình 1.24- Ống khí 26

Hình 1.25- Nút nhấn 27

Hình 1.26- Đèn báo hiệu 27

Hình 2.1- Sơ đồ băng tải 30

Hình 2.2- Kích thước sản phẩm 30

Hình 2.3- Sơ đồ thiết kế 31

Hình 2.4- Bộ truyền đai 32

Hình 2.5- Bản vẽ chi tiết rulô 32

Hình 2.6- Động cơ băng tải 33

Hình 2.7- Cảm biến quang sử dụng trong mô hình 34

Hình 2.8- Sơ đồ thiết kế tổng thể cánh tay robot 35

Hình 2.9- Sơ đồ mặt bằng cánh tay 35

Hình 2.10- Công tắc hành trình kiểu cần gạt 36

Hình 2.11- Van đảo chiều 5/2 38

Hình 2.12- Sơ đồ thiết kế ngăn chứa 39

Hình 2.13- Bộ nguồn máy tính 39

Hình 2.14- Rơ le 24V 40

Hình 2.15- Mạch động lực 40

Hình 3.1- Hình dáng CPU 224 DC/DC/DC 41

Hình 3.2- Sơ đồ nối dây ngõ vào 43

Hình 3.3- Sơ đồ nối dây ngõ ra 44

Hình 3.4- Lưu đồ thuật toán 46

Hình 3.5- Giản đồ thời gian 47

Hình 4.1- Băng tải 49

Hình 4.2-4.3- Cánh tay robot 50

Hình 4.4- Ngăn chứa sản phẩm 50

Hình 4.5- Tổng thể hệ thống 51

Hình 4.6- Sản phẩm trên băng tải 51

Hình 4.7- Gắp sản phẩm 52

Hình 4.8- Bỏ sản phẩm vào ngăn chứa 52

DANH M C T VI T T T ỤC LỤC Ừ VIẾT TẮT ẾT TẮT ẮT

PLC : Programmable Logic Controller

DC : Direct CurrentPVC : Poly Vinyl CloruaPES : Photoelectric SensorBGS : Background suppressionPSD : Position sensitive detectorISO : International Organization for Standardization

K HO CH TH C HI N ẾT TẮT ẠCH THỰC HIỆN ỰC HIỆN ỆN

1 Tiến trình thực hiện đề tài

2 Đóng góp của mỗi thành viên

2.1 Vũ Ngọc Đức

- Tìm hiểu lý thuyết , phân tích và định hình những yêu cầu của đề tài

- Lên ý tưởng thiết kế hệ thống điều khiển

- Thiết kế và gia công các chi tiết phần cứng, lắp ráp mô hình

2.2 Nguyễn Thị Hoài Linh

- Bổ sung và hoàn thiện lý thuyết, viết báo cáo

- Lập trình mô phỏng điều khiển

- Lập danh sách linh kiện thiết kế mô hình, lên ý tưởng thiết kế bố cục và kết cấuchung của mô hình

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Giới thiệu: Trong chương này, chúng em sẽ khái quát về các dây chuyền phân

loại sản phẩm, đồng thời giới thiệu chung về công nghệ của mô hình cũng như cácthành phần sử dụng trong hệ thống

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành kỹ thuật điện tử

mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực

Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả để góp phầnvào sự phát triển của nền kinh tế nước nhà Một trong những khâu tự động trong dâychuyền sản xuất tự động hóa đó là các sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vậnchuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp để phân loại Tuy nhiên đối với những doanhnghiệp vừa và nhỏ thì tự động hóa chưa hoàn toàn được áp dụng trong những khâuphân loại, đóng gói mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năngsuất chưa cao và hiệu quả sản xuất thấp Từ những điều đã được biết trong thực tếcuộc sống kết hợp với những kiến thức đã học, chúng em quyết định thiết kế và thicông một mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao Trong thực tế có nhiều sảnphẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và phải trải quakhâu phân loại theo kích thước, chính vì vậy mà mô hình này thật sự rất có ý nghĩa đốivới chúng em

1.2 Tổng quan về dây chuyền sản xuất tự động và hệ thống phân loại sản phẩm

1.2.1 Tự động hóa và vai trò của tự động hóa trong đời sống sản xuất

1.2.1.1 Khái niệm tự động hóa

Tự động hóa quá trình sản xuất là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sựcan thiệp của con người.

Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện

tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất Công nghệ này bao gồm:

- Những công cụ máy móc tự động

- Máy móc lắp ráp tự động

- Người máy công nghiệp

- Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động

- Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và ra quyếtđịnh để hỗ trợ sản xuất

Hình 1.1- Dây chuyền lắp ráp ô tô 1.2.1.2 Vai trò của tự động hóa

- Tự động hóa các quá trěnh sản xuất cho phép giảm giá thŕnh vŕ nâng cao năng

suất lao động

- Cải thiện điều kiện sản xuất.

- Đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại

- Cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất

- Cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất

1.2.2 Khái niệm dây chuyền sản xuất tự động hóa

 Dây chuyền sản xuất tự động hóa có đặc điểm :

- Là một 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

Nguyên liệu hay bán thành phẩm lần lượt dời chỗ theo nhịp sản xuất từ vị trí gia công này đến vị trí gia công khác theo một cơ cấu chuyển động nào đó (khó thay đổi nhịp thời gian và nhịp không gian)

 Theo lịch sử phát triển tự động hóa, các dây chuyền tự động đã có trong thực

tế là:

- Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến.

- Dây chuyền các máy chuyên dùng.

- Dây chuyền các máy tổ hợp.

- Dây chuyền các máy chuyên môn hóa.

1.2.3 Phân loại sản phẩm trong quá trình sản xuất

Trong thực tiễn có rất nhiều kiểu, dạng sản xuất khác nhau Sự khác biệt về kiểu,dạng sản xuất có thể do sự khác biệt về trình độ trang bị kỹ thuật, trình độ tổ chức sảnxuất, về tính chất sản phẩm

Mỗi kiểu, dạng sản xuất đòi hỏi phải áp dụng một phương pháp quản trị thíchhợp Do đó phân loại sản xuất là một yếu tố quan trọng, là cơ sở để doanh nghiệp lựachọn phương pháp quản trị sản xuất phù hợp Cũng vì lý do trên, việc phân loại nàyphải được tiến hành trước khi thực hiện một dự án quản trị sản xuất Sản xuất của mộtdoanh nghiệp được đặc trưng trước hết bởi sản phẩm của nó, tuy nhiên người ta có thểthực hiện phân loại sản xuất theo các đặc trưng sau đây:

- Số lượng sản phẩm sản xuất

- Tổ chức các dòng sản xuất

- Mối quan hệ với khách hàng

- Kết cấu sản phẩm

- Khả năng tự chủ trong việc sản xuất sản phẩm

1.2.4 Một số hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay

Hệ thống phân loại theo màu sắc

Hình 1.2- Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.

- Nguyên lí 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

- Ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm

theo màu sắc trong thực tế để tăng khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm vớimàu sắc khác nhau như phân loại màu thuốc…

Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

Hình 1.3- Hệ thống phân loại cam theo kích thước.

- Nguyên lí hoạt động: Sử dụng cảm biến quang để phân biệt các sản phẩm cócác kích thước khác nhau

- Nhận xét: Tùy thuộc vào kích thước khác nhau của sản phẩm mà hệ thống sẽ tự

động phân loại sản phẩm một cách chính xác

- Ứng dụng: Mô hình có thể ứng dụng vào thực tế để phân loại các loại bánh, trái

cây, phân loại thùng chứa

Hệ thống phân loại theo tính chất sản phẩm

Hình 1.4- Hệ thống phân loại tính chất của sản phẩm.

- Nguyên lí hoạt động: Sử dụng cảm biến từ trường để phát hiện các vật thể cótính kim loại hay không (đồng, thép, sắt….)

- Nhận xét: Hệ thống có khả năng phân biệt được tính chất của sản phẩm, ngay

cả khi sản phẩm đã được đóng gói nên việc phân loại sản phẩm dễ dàng thực hiện

- Ứng dụng: Hệ thống được ứng dụng vào thực tế để phân loại các hộp chứa gia

vị, phân loại vật liệu…

Kết luận:

- Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong

thực tế hiện nay Nếu dùng sức người công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tínhlặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo sự chính xác trong công việc Chưa kể đến sựphân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường không thể nhận ra Điều

đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất Vì vậy hệthống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếunhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

- Nhận thấy thực tiễn đó, trong đồ án này chúng em làm một mô hình thu nhỏ nhưng có chức năng gần như tương tự ngoài thực tế Đó là đề tài: “Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao”.

1.3 Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm do đề tài thực hiện

1.3.1 Quy trình công nghệ của hệ thống

Hình 1.5- Sơ đồ khối hệ thống

2

1 3

Hình 1.6- Sơ đồ tổng thể toàn bộ hệ thống

1 Băng tải 2 Cảm biến 3 Pittong điều khiển xoay trục 4 Pittong nâng hạ cánh tay

5 Pittong thu và đẩy tay gắp 6 Pittong điều khiển cơ cấu gắp 7 Sản phẩm

8 Ngăn chứa sản phẩm sau phân loại 9 Thiết bị lập trình 10 PLC 11 Nút ấn

Hệ thống gồm có 3 cơ cấu sau: Ngăn chứa sản phẩm, băng tải sản phẩm, cơ cấucánh tay robot gắp sản phẩm

 Cơ cấu ngăn chứa sản phẩm: Gồm 2 ngăn chứa tương ứng với 2 loại sản

phẩm khác nhau (cao, thấp)

 Cơ cấu băng tải sản phẩm: Gồm một động cơ DC, băng tải, cảm biến ( S1),

(S2) có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào để tiến hành công đoạn phân loại theo yêu cầu

 Cơ cấu cánh tay robot: Gồm 4 pittong, pittong 1, pittong 2, pittong 3, pittong

4 được điều khiển bởi khí nén và 8 công tắc hành trình (1÷ 8) Cơ cấu này có nhiệm vụtiến hành gắp sản phẩm trên băng tải đưa vào các ngăn chứa sản phẩm

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Khi nhấn nút START hệ thống khởi động, động cơ quay kéo băng tải hoạt động.Băng tải đưa các sản phẩm có các kích thước khác nhau lần lượt đi vào Khi cảm biến(S1) có tín hiệu, băng tải sẽ dừng, sản phẩm vào đúng vị trí gắp

- Nếu là sản phẩm cao thì đồng thời cả cảm biến (S1) và cảm biến (S2) có tínhiệu, cánh tay robot gắp sản phẩm đặt vào ngăn chứa sản phẩm cao

- Nếu là sản phẩm thấp thì chỉ có cảm biến (S1) có tín hiệu, cánh tay robot gắpsản phẩm đặt vào ngăn chứa sản phẩm thấp

- Ngay khi cơ cấu gắp được reset thì lập tức cho băng tải hoạt động lại

Hệ thống tự động hoạt động theo chu kì như trên cho đến khi nhấn STOP thì hệthống ngừng làm việc

1.3.2 Giới thiệu chung về các phần tử hoạt động trong hệ thống

1.3.2.1 Hệ thống kết cấu cơ khí

 Băng tải và động cơ băng tải

 Giới thiệu băng tải.

Hình 1.7- Băng tải.

- Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời

theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị

này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyến các cơ cấu nhẹ.

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo cáchướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng Vốnđầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng,làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển kháckhông lớn lắm

- Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do độ dốc cho phép của băngtải không cao và không đi theo đường cong được

 Cấu tạo chung của băng tải

- Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ

- Bộ con lăn truyền lực chủ động

- Hệ thống khung đỡ con lăn

- Hệ thống dây băng hoặc con lăn

 Phân loại

Băng tải có nhiều loại, mỗi loại dùng để tải những vật liệu khác nhau Tùy vàomục đích sử dụng và vật cần tải mà ta chọn băng tải cho phù hợp

Các loại băng tải:

- Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn.

- Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững

chắc

- Băng tải con lăn: Gồm băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC,

băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor

- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng.

- Băng tải PVC : Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế

- Băng tải linh hoạt: Di chuyển

- Băng tải góc cong: Chuyển hướng sản phẩm 30 đến 180 độ.

Băng tải được dẫn động bởi động cơ điện DC

Xi lanh khí nén

Xilanh có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của lưu chấtthành năng lượng cơ học - chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay (góc quay <

360o)

Thông thường xilanh được lắp cố định còn pittong chuyển ðộng Một số trýờnghợp có thể pittong cố ðịnh, xilanh chuyển động.

Hình 1.8- Xilanh.

Pittong bắt đầu chuyển động khi lực tác dụng vào 1 trong 2 phía của nó (lực ápsuất, lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược lại chiều chuyểnđộng (lực ma sát, phụ tải, lò xo, thủy động, lực ì )

Xilanh được chia làm 2 loại xilanh lực và xilanh quay Trong xilanh lực, chuyểnđộng tương đối giữa pittong và xilanh là chuyển động tịnh tiến Trong xilanh quay,chuyển động giữa pittong và xilanh là chuyển động quay Góc thường nhỏ hơn 360o.Xilanh lực bao gồm: Xilanh tác dụng đơn, xilanh màng và xilanh tác dụng kép

 Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều): Áp lực tác động vào xilanh chỉ một phía, phía còn lại do lò xo hay ngoại lực tác động.

 Xilanh màng: Hoạt động tương tự như xilanh tác dụng đơn và chỉ được sử

dụng trong điều khiển khí nén

 Xilanh tác dụng kép (xilanh tác dụng hai chiều):

Nguyên lý hoạt động của xilanh tác dụng hai chiều là áp suất được dẫn từ cả haiphía

1 Pittong 2 Đệm kín pittong 3 Trục pittông 4.Dẫn hướng trục 5 Đệm kín trục

6 Vòng chắn 7 Nắp xilanh 8 Cửa lưu chất 9 Thân xi lanh 10 Buồngtrục

11 Buồng pittong 12 Đế xilanh 13 Cửa lưu chất

Hình 1.9- Xi lanh tác dụng 2 chiều

Thanh ray trượt

Thanh ray trượt là cơ cấu gồm 2 thanh ray trượt trên nhau tạo ra chuyển độngtịnh tiến Thanh trượt này là loại thanh trượt được dùng nhiều trong các máy in, máycông nghiệp Kết cấu thanh trượt khá đơn giản, phần di động được ăn khớp với phần

cố định và bên trong mối ăn khớp này là những viên bi nhỏ được làm bằng thép chống

ăn mòn do phải làm việc trong môi trường ma sát cao, giúp cho thanh trượt mịn,không rơ và trượt với độ chính xác cao

Hình 1.10- Thanh ray

1.3.2.2 Hệ thống điều khiển

Cảm biến phát hiện sản phẩm

Hình 1.11- Cảm biến quang.

Cảm biến được giới thiệu như một thiết bị để biến đổi các đại lượng vật lí và cácđại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được Nó là thành phầnquan trọng của các thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động Nó có mặt trongcác hệ thống phức tạp, người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượngchống ô nhiễm môi trường và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực GTVT, điện - điện

tử, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm…

Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thựcchất chúng là do các linh kiện điện tử quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợpchiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Tín hiệu quangđược biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode)khi có một lượng ánh sáng chiếu vào

- Nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang được mô tả ở hình 1.12, gồm 2 bộ

phận:

+ Bộ phận phát tia hồng ngoại

+ Bộ phận thu tia hồng ngoại

- Bộ phận phát sẽ phát ra tia hồng ngoại bằng điôt phát quang và gặp vật cản thì

tia hồng ngoại được phản xạ lại vào đầu thu Ở bộ phận đầu thu, tia hồng ngoại phảnhồi sẽ được xử lý, khuếch đại trước khi cho tín hiệu ra

Hình 1.12- Cấu tạo cảm biến quang

1 Bộ dao động 2 Bộ phận phát 3 Bộ phận thu 4 Khuếch đại sơ bộ

5 Xử lí logic 6 Chuyển đổi xung 7 Hiển thị trạng thái 8 Bảo vệ ngõ ra

9 Điện áp ngoài 10 Ổn nguồn bên trong 11 Khoảng cách phát hiện

Gồm các chế độ như sau:

 Thu phát

Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu sáng tách riêng Bộ phát truyền ánhsáng đi và bộ thu nhận ánh sáng Nếu có vật thể chắn nguồn sáng giữa hai phần này thì

sẽ có tín hiệu ra của cảm biến

 Phản xạ gương

Bộ phát truyền ánh sáng tới một gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản xạlại tới bộ thu sáng của cảm biến Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến sẽ phát tínhiệu ra

Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp Loạinày có sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và giáthành hợp lý

 Phản xạ khuếch tán

Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kíchhoạt tín hiệu ra

Thông thường, nếu không cần độ chính xác cao, hoặc khó khăn trong việc lắp đặtgương, người ta sẽ dùng loại phản xạ khuếch tán

 Hạn chế nhiễu của nền (BGS)

Đây là cảm biến phản xạ khuếch tán đặc biệt Trong khi loại thường phát hiệntổng lượng ánh sáng nhận được, loại BGS phát hiện góc của ánh sáng phản xạ Côngnghệ này có tên là triangulation (phép đạc tam giác) Bởi vậy, độ nhạy của cảm biến sẽkhông phụ thuộc vào màu sắc vật hay nền sau vật

Để làm điều này, cảm biến dùng 2 điôt cho bộ thu hoặc 1 mạch điôt/PSD.Cảm biến BGS ngày càng phổ biến hơn trong các ứng dụng công nghiệp vì không cầngương và phát hiện tin cậy Thông thường cảm biến BGS lắp đặt bên cạnh hoặc bêntrên băng chuyền

 Dark-On và Light-On

- Một tính năng liên quan đến cảm biến quang là phản hồi của cảm biến khi phát hiện

hoặc không phát hiện thấy ánh sáng Tính năng này có tên là chế độ Dark-On hay Light-On

- Tín hiệu ra của cảm biến sẽ có khi bộ thu không nhận được ánh sáng.

Cảm biến thu phát và phản xạ gương thường hoạt động ở chế độ D-On này

- Vật thể ngăn tia sáng và kích hoạt tín hiệu ra.

- Tín hiệu ra có khi bộ thu nhận được ánh sáng từ vật thể.

- Cảm biến phản xạ và BGS thường hoạt động ở chế độ L-ON Bộ thu nhận

được ánh sáng phản xạ từ vật thể, và kích hoạt tín hiệu ra

 Rơ le

Hình 1.13- Rơ le trung gian

Trong hệ thống điện tự động thì rơ le là một thiết bị không thể thiếu Rơ le đượcdùng để cấp nguồn cho hệ thống hoạt động thông qua tín hiệu đầu vào nhận từ thiết bịđiều khiển Ngoài ra, rơ le còn dùng để đảo cực tính của dòng điện một chiều Vì vậyứng dụng thực tế của rơ le rất rộng rãi trong các hệ thống tự động

 Cấu tạo rơ le

- Mạch từ: Có tác dụng dẫn từ, đối với rơ le điện từ một chiều, gông từ được

chế tạo từ thép khối thường có dạng hình trụ tròn (vì dòng điện từ không gây dòngđiện xoáy nên không gây phát nóng từ ) Đối với rơ le điện từ xoay chiều, mạch từthường chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại (để giảm dòng điện xoáy Fucô phátnóng)

- Cuộn dây: Được quấn trên lõi thép, dây quấn làm bằng đồng bên ngoài có lớp

sơn cách điện

- Lò xo: Dùng để giữ nắp.

- Tiếp điểm: Thường có 1 hay nhiều cặp tiếp điểm, cặp 0-1 là tiếp điểm thường

mở, cặp 0-2 là tiếp điểm thường đóng

Hình 1.14- Cấu tạo rơ le

- Nguyên lí làm việc:

Khi chưa cấp điện vào hai đầu A và B, lực hút điện từ bằng 0 Khi cho dòng điện

đủ lớn vào hai đầu A và B, dòng điện chạy qua cuộn dây sinh ra từ trường tạo ra lựchút điện từ Nếu lực của lực hút điện từ thắng lực kéo của lò xo thì nắp của mạch từđược hút xuống, tiếp điểm 0-1 mở ra, tiếp điểm 0-2 đóng lại Nếu không cấp điện vàohai đầu A và B thì các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu

Công tắc hành trình

Công tắc hành trình là một trong những linh kiện không thể thiếu trong một hệthống tự động Công tắc hành trình được dùng nhiều trong ngành xây dựng, khai thác

mỏ, cảng, công nghiệp nặng, trong các dây chuyền tự động, thiết bị nâng, băng tải để

kiểm soát chuyển động, hành trình, tốc độ, an toàn…Các công tắc hành trình có thể là

các nút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếp điểm, và cả công tắcquang

Hình 1.15- Công tắc hành trình

Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạchđiện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác Người ta có thể dùngcông tắc hành trình vào các mục đích như:

- Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động vào công tắc sẽlàm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)

- Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, PLC hay VDK để khi cơ cấu đến vịtrí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó)

Hình 1.16- Cấu tạo công tắc hành trình dạng cơ khí

Công tắc hành trình có 2 loại: dạng cơ khí và dạng nam châm Dạng cơ khí cócấu tạo được trình bày như trên hình 1.16

Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình dạng này như sau:

Khi con lăn bị tác động, ép lò xo (1) làm tấm lò xo (6) di chuyển xuống phía dướiđến khi tác động lên cần đẩy (3) và nâng trục dẫn hướng (9) lên phía trên Trên thân(2) có gắn tiếp điểm (4) và (5), trên trục dẫn hướng (9) gắn tiếp điểm (8) Khi trục dẫnhướng bị di chuyển lên phía trên thì tiếp điểm (4) mở sẽ thành tiếp điểm đóng và tiếpđiểm đóng (5) thành tiếp điểm mở

Các phần tử khí nén

 Máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơđiện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

Hình 1.17- Máy nén khí

 Phân loại theo áp suất:

- Máy nén khí áp suất thấp p <=15bar.

- Máy nén khí áp suất cao p >=15bar.

- Máy nén khí áp suất rất cao p >=300 bar.

 Phân loại theo nguyên lí hoạt động:

- Máy nén theo nguyên lí trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu pittong, máy khí

kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít

- Máy nén khí tuabin: Máy nén khí li tâm và máy nén khí theo chiều trục.

 Van đảo chiều

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở haychuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng

 Nguyên lí hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của van đảo chiều (hình 4.2): Khi chưa có tín hiệu tác độngvào cửa (12) thì cửa (1) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3) Khi có tín hiệu tác độngvào cửa (12), ví dụ tác động bằng dòng khí nén, nòng van sẽ dịch chuyển về phía bênphải, cửa (1) nối với cửa (2) và cửa (3) bị chặn Trường hợp tín hiệu tác động vào cửa(12) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ trở về vị trí ban đầu

Hình 1.18- Nguyên lý hoạt động chung của van đảo chiều

Tín hiệu tác động:

- Tín hiệu tác động của van đảo chiều có 4 loại là: Tác động bằng tay, tác độngbằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện

- Tín hiệu tác động từ 2 phía (đối với van đảo chiều không có vị trí “không”) hay

từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí “không”)

 Kí hiệu van đảo chiều:

Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o, a,

b, c…hay các chữ số 0, 1, 2…

Hình 1.19 - Kí hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van.

Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào.Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, kí hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’ Đối với van có 2 vịtrí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị tríkhông

Cửa nối van được kí hiệu như sau: theo T/C ISO 5599 ISO 1219

+ Cửa nối với nguồn ( từ bộ lọc khí ) 1 P

+ Cửa nối làm việc 2, 4, 6… A, B, C…

+ Cửa xả khí 3, 5, 7… R, S, T…

+ Cửa nối tín hiệu điều khiển 12, 14… X, Y…

Hình 1.20 - Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường thẳng có hình mũi tên, biểu diễnhướng chuyển động của dòng qua van Trường hợp dòng van bị chặn được biểu diễnbằn dấu gạch ngang

Hình 1.21- Các loại van đảo chiều

 Van tiết lưu

Số cửa

- 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

Hình 1.22- Cấu tạo van tiết lưu một chiều

- 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: lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi được

nhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở

Hình 1.23- Van tiết lưu

vỏ bảo vệ Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còntác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.

- Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn các loại nút

ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp định mức là 400V, tuổi thọ điệnđến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt Nút ấn màu đỏ thườngdùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy

Hình 1.25- Nút nhấn

Đèn báo

Hình 1.26- Đèn báo hiệu.

- Đèn báo hiệu có tác dụng báo hiệu tình trạng làm việc của hệ thống.

- Trong hệ thống ta thường sử dụng hai đèn báo chủ yếu:

+ Đèn xanh: Hệ thống đang hoạt động, đèn này báo hiệu khi ta nhấn nútSTART

+ Đèn đỏ: Dừng hoạt động của hệ thống, đèn này báo hiệu khi ta nhấn nútSTOP

Bộ nguồn

Nguồn là một bộ phận hết sức quan trọng trong hệ thống Nó có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và ổn định hoạt động của bộ điều khiển cũng như các cơ cấuchấp hành Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không

ổn định sẽ có thể gây nên sự mất ổn định của hệ thống máy tính (cung cấp điện ápquá thấp cho các thiết bị, có nhiều nhiễu cao tần gây sai lệch các tín hiệu trong hệthống), hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị (nếu cung cấp điện áp đầu racao hơn điện áp định mức)

 Kết luận: Chương 1 đã giới thiệu xong về quy trình công nghệ cũng như

những thành phần của mô hình Đây là cơ sở để thực hiện việc tính toán thiết kế môhình

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN

 Thiết kế băng tải vận chuyển sản phẩm

 Thiết kế cánh tay robot để gắp sản phẩm đặt vào ngăn chứa

 Thiết kế ngăn chứa sản phẩm

2.1.2 Phạm vi và nội dung thiết kế hệ thống

 Phạm vi:

- Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành như: Điều khiển logic PLC,

Truyền động điện…Trên tình hình thực tế hiện nay, đưa ra các phương pháp thiết kếtrên lý thuyết, ta chọn phương pháp có hiệu quả nhất

 Nội dung:

- Sản phẩm có kích thước thay đổi được chia làm hai loại: cao, thấp để phân loại

theo chiều cao

- Tính toán và lược chọn các cơ cấu, thiết kế kết cấu và xây dựng mô hình.

- Xây dựng lưu đồ giải thuật thiết kế lập trình sử dụng trên PLC.

- Lắp ráp mô hình thiết kế và vận hành.

2.2 Phân tích, tính toán và chọn phương án thiết kế

2.2.1 Thiết kế hệ thống băng tải

Cụm chi tiết băng tải bao gồm 2 cảm biến quang cùng với hệ thống băng tảinhằm phát hiện, dừng và đặt sản phẩm vào vị trí gắp của cánh tay robot

Do yêu cầu là sản phẩm ở dạng rời rạc nên ta chọn phương án dùng băng tải đai

là phù hợp với yêu cầu đặt ra

Ưu điểm khi dùng băng tải đai trong hệ thống:

- 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.

Hình 2.1- Sơ đồ băng tải.

Băng tải gồm có:

 2 rulô nhựa, 4 ổ bi

 2 puli (bánh dẫn) , 1 gắn đồng trục với 1 rulô, 1 gắn vào trục động cơ

 Gá động cơ

 Dây truyền động giữa hai bánh dẫn

 Dây đai làm mặt băng tải

 Sắt V lỗ làm khung băng tải

2.2.1.1 Thiết kế kích thước tổng quan và các chi tiết gia công của băng tải

Băng tải dùng để vận chuyển sản phẩm có kích thước 80, Φ60 mm, khối lượngtrung bình của mỗi sản phẩm là 0.1kg, vận tốc di chuyển v = 0.2m/s

Hình 2.2- Kích thước sản phẩm

- Từ kích thước sản phẩm ta chọn kích thước đai băng tải rộng 90mm Đai làmbằng vải nhám, mịn