đồ án phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây truyền gạch, ngói, đá, granite, trong các dây truyền chế biến sản phẩm nhựa hay trong chế biến nông sản gạo

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia là mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết đó là năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm làm ra Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện

tử , công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động đã làm cở sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá.

ở nước ta mặc dầu là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đây cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hoá các quá trình sản xuất đã có bước phát triển mới tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức.

Ngày nay tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ nghách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm Một trong

nhữnh ứng dụng đó mà đồ án này thiết kế là Phân loại sản phẩm theo màu sắc.

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây truyền gạch, ngói, đá, granite, trong các dây truyền chế biến sản phẩm nhựa hay trong chế biến nông sản (gạo, cà phê…)

Hệ thống này giúp các nhà máy hạn chế nhân công, nâng cao sản xuất.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ

I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.Khái niệm dây truyền phân loại sản phẩm

Dây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó các bộ phận thiết bị được thựchiện kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước

Dây chuyền phân loại sản phẩm là dây chuyền mà trong đó sản phẩm sẽ được phân ratheo từng loại riêng tùy theo yêu cầu ( phân tích theo kích thước,khối lượng hay màusắc…)

1 2.Phân loại các kiểu dây chuyền phân loại sản phẩm

Tùy theo yêu cầu sản xuất trong thực thế mà người ta phân ra các hình thức phân loạisản phẩm như sau:

-Phân loại theo kích thước(cao thấp, dài- ngắn)

- Phân loại theo khối lượng sản phẩm

-Phân loại theo màu sắc của sản phẩm

- Phân loại theo hình ảnh sản phẩm

-Phân loại theo mã vạch của sản phẩm

Trong bất cứ hình thức phân loại nào thì đều phải sử dụng PLC.Sau đây ta sẽ tìm hiểu

về kiểu phân loại sản phẩm theo màu sắc

1 3.Phân loại theo màu sắc của sản phẩm

a.Giới thiệu chung

Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc là kiểu phân loại theo màu sắc của sảnphẩm Mà cụ thể ở đây căn cứ theo màu sắc phân ra các loại sản phẩm khác nhau( sảnphẩm màu xanh, sản phẩm màu đỏ, sản phẩm màu vàng…)

Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc chủ yếu được ứng dụng trong côngnghiệp vải lụa, sản xuất màu…và đây là giai đoạn cuối cùng của dây truyền sản xuất ,

có chức năng phân loại sản phẩm và đưa vào các thùng chứa tương ứng

b.Cấu tạo dây truyền phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hình 1 1 sơ đồ cơ bản về công nghệ

Như vậy có thể thấy cấu tạo cơ bản của dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắcgồm những bộ phận chính sau:

1) Giá đỡ hay bộ khung2) Băng tải

3) Hệ thống động lực( gồm động cơ, rơ le…)4) Hệ thống điều khiển (với nút ấn , bảng mạch,PLC…)Ngoài ra còn có các bộ phận , thiết bị khác : các cảm biến , hệ thống

xi lanh…

c.Nguyên lí hoạt động

Chức năng cơ bản của dây truyền là phải đẩy sản phẩm vào thùng chữa đúng màu quyđịnh Do vậy có thể phân quá trình hoạt động của dây ra làm hai giai đoạn như sau:+Giai đoạn 1: nhận biết màu sắc của sản phẩm

Đầu tiên khi cấp nguồn cho đọng cơ thì băng tải bắt đầu chuyển động , đồng thời nếu

có sản phẩm đi vào thì nó sẽ di chuyển theo chiều của bang tải Các cảm biến dongười quản lí bố trí sao cho phù hợp với các mức chiều cao của sản phẩm phân loại.Các cảm biến này có thể là cảm biến màu phát hiện màu nào Hay cảm biến quangphát hiện vật…Sau đó đưa tín hiệu về PLC xử lí PLC nhận tín hiệu từ các cảm biếntruyền về , sẽ căn cứ vào chương trình đã được lập trình sẵn bên trong mà sẽ nhậnđược mức chiều cao của sản phẩm đó va ra ra pittong

Sau khi sản phẩm đi qua khu vực phân loại đặt các cảm biến thì tiếp tục di chuyểntrên băng tải đến khu vực đặt các pittong Tại đây, các pittong sẽ căn cứ vào sự điềukhiến của PLC mà thực hiện đẩy vật vào thùng chứa đặt ở dưới 1 cách chính xác.Trên đây chỉ trình bà chức năng cơ bản nhất quan trọng nhất của dây chuyền phân loạisản phẩm theo màu sắc Trên thực thế dây chuyền còn thực hiện thêm nhiều chứcnăng khác nữa như : đếm sản phẩm, hiện thị số… Các chức năng này sẽ được làm rõ ởphần sau của bản báo cáo Sau đây ta sẽ tìm hiều sơ lược về một số bộ phận quantrọng trong dây truyền phân loại sản phẩm theo màu sắc.

1.4.CÁC BỘ PHẬN QUAN TRỌNG TRONG DÂY CHUYỀN

1.4.1Động cơ kéo băng tải ( Động cơ điện một chiều)

Trong mô hình , vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu tải trọnglớn nên không cần động cơ công suất lớn Với yêu cầu khá đơn giản của băng tải nhưlà:

- Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần

- Không đòi hỏi độ chính xác, trọng tải nhẹ

- Dễ điều khiển hía thành rẻ.

Vì vậy chỉ cần sử dụng loại động cơ một chiều có công suất nhỏ khoảng 20-40W, điện

áp vào 12-24V

Động cơ điện 1 chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện 1 chiều Động cơ điệnđược sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độquay liên tục trong một phạm vi hoạt động

Động cơ điện 1 chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện

áp thấp, dung với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sửdụng ở những nới yêu cầu mô men mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằngphẳng trong phạm vi rộng

+ Nguyên lí hoạt động của động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp 1 chiều U vào 2 chổi than A và B, trong dây quấn ứng có dòng điện

dư Các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực Fđt tác dụnglàm cho roto quay Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phầnứng quay được nửa vòng , vị trí các thanh dẫn ab,dc sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiếngóp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng k đổi Khi động cơ quay, cácthanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư Chiều sức điện động xác địnhtheo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ điện 1 chiều thì sức điện đông Eư ngược chiềuvới dòng điện Iư Eư còn dư gọi là sức phản điện động

1.4.2Băng tải

Băng tải là bộ phận được lắp trên khung của dây truyền , được căng bới các tang và tỳlên con lăn phí hai đầu Nó có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm Do đặc điểm làm việcnên đòi hỏi bnwg tải cần phải căng, độ bám giữa băng tải và con lăn đủ lớn để băng tải

Hình 1 2 Động cơ điện một chiều

Hiện nay trên thị trường có khá nhiều loại băng tải khác nhau như băng tải loại PVC,loại PU, băng tải inox hay băng tải chịu nhiệt cao.

1.4.3Rơ le

Rơ le là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu rat hay đổi nhảy cấp khi tín hiệuđầu vào đạt những giá trị xác định Rowle là thiết bị điện dung để đóng cắt mạch điệnđiều khiển, bảo vệ và điều khiern sự làm việc của mạch điện động lực

Hình 1 3 Băng tải

Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm đã sử dụng rơ le trung gian MY2NJ củaOMRON

Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện vàcác sơ đồ điều khiển tự động Đặc điểm của rơ le trung gian là số lượng tiếp điểm lớn(thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộndây bé nên nó dduwwocj dung để truyền và khuếch đại tín hiệu hoặc chia tín hiệu rơ

le chính đến nhiều bộ phân khác nhau của mạch điều khiển bả

b Cấu trúc của cảm biến quang

bao gồm 3 thành phần chính:

Hình 1 4 Rơ le trung gian

Hình 1 5 cấu trúc cảm biến quang

• Bộ phát sáng :

Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode).Ánh sáng được phát ra theo xung Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệtđược ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trờihoặc ánh sáng trong phòng) Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồngngoại hoặc LED lazer Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá.Ngoài ra cũng có LED vàng

• Bộ thu sáng:

Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang) Bộ phận này cảmnhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay nhiều loại cảm biếnquang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC ( Application SpecificIntegrated Circuit) Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý

và chức năng vào một vi mạch (IC) Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộphát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện(trường hợp phản xạ khuếch tán)

• Mạch xử lí tín hiệu ra:

Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON /OFF được khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xácđịnh, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt Mặc dù một số loại cảm biến thế hệtrước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le (relay) vẫn khá phổbiến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) Đầu ramức 1 (PNP): không có tác động là 0, có tác động là 1 ) Đầu ra mức 0 (NPN): không

có tác động là 1, có tác động là 0.Thông thường mức 0 la 0v,mức 1 la tương đươngđiện áp của cảm biến(+ 12vdc,+24vdc,…)

c.Các loại cảm biến quang

•Cảm biến quang Thu Phát Độc Lập (Through Beam):

Đặc điểm:

– Độ tin cậy cao

– Khoảng cách phát hiện xa: tối đa 60m (E3Z)

– Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật

Hình 1 6 Cảm biến quang thu phát độc lập

• Cảm biến quang Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective):

Đặc điểm:

– Độ tin cậy cao

– Giảm bớt dây dẫn, phát hiện tối đa 15m

– Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng

Hình 1 7 Cảm biến quang thu phát chung-phản xạ gương

•Cảm biến quang Thu Phát Chung – Khuyếch Tán (Diffuse Replective):

Đặc điểm: – Dễ lắp đặt, phát hiện tối đa 2m

– Bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật, ảnh hưởng nền, …

Hình 1 8cảm biến quang thu phát chung- khuếch tán

1.4.5.Cảm biến màu

Xy lanh khí nén là một thiết bị cơ học, sử dụng khí nén để tạo ra cơ năng phục vụ cho

mục đích sử dụng của con người Xi lanh khí nén là một dạng của van khí nén

Hình 1 10 XI lanh

Hình 1 11 Cấu tạo của xi lanh

 Piston: Bộ phận chính tạo ra cơ năng

 Bộ phận trượt: Giúp giữ piston cố định và giúp piston trượt hoạt động tốt

 Thân xi lanh: Là toàn bộ bên ngoài mà chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường

 Đầu vào và đầu ra khí nén

Nguyên lí hoạt động

Xy lanh khí nén thường được sử dụng với van điện từ khí nén(thường là loại 3/2 hoặc 5/2) Xy lanh khí nén hoạt động là nhờ vào hệ thống cấp khí nén từ bên ngoài vào Khi khí nén được cấp vào, nó đẩy xy lanh trượt lên, theo hướng trục của xi lanh Khi hết hành trình, xi lanh lại đẩy khí nén ra ngoài tiếp tục vòng tuần hoàn

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH LỰC

2.1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

Công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc với ba màu cơ bản : màu đỏ , màu xanh

và màu vàng.Khi cảm biến màu phát hiện được màu sắc , giả sử phát hiện màuvàng,truyền tín hiệu về pittong1.Sau đó khi vật tiến lại gần thì cảm biến quang1 pháthiện vật Khi có đủ cả tín hiệu màu sắc và tín hiệu từ cảm biến quang thì pittong sẽđẩy ra, đẩy vật ra khỏi băng tải Sau khoảng thời gian T thì pittong sẽ trở lại vị trí banđầu Tương tự với sản phẩm màu đỏ Với sản phẩm màu xanh thì sẽ đi đến cuối chutrình và ra khỏi bang tải.Đồng thời với mỗi lần đẩy sản phẩm chúng ta sẽ đếm số sảnphẩm bị đầy ra theo từng màu khác nhau

Chức năng cơ bản của dây truyền là phải đẩy sản phẩm vào thùng chữa đúng màu quyđịnh Do vậy có thể phân quá trình hoạt động của dây ra làm hai giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: nhận biết màu sắc của sản phẩm

Đầu tiên khi cấp nguồn cho đọng cơ thì bang tải bắt đầu chuyển động , đồng thời nếu

có sản phẩm đi vào thì nó sẽ di chuyển theo chiều của bang tải Các cảm biến dongười quản lí bố trí sao cho phù hợp với các mức chiều cao của sản phẩm phân loại.Các cảm biến này có thể là cảm biến màu phát hiện màu nào Hay cảm biến quangphát hiện vật…Sau đó đưa tín hiệu về PLC xử lí PLC nhận tín hiệu từ các cảm biếntruyền về , sẽ căn cứ vào chương trình đã được lập trình sẵn bên trong mà sẽ nhậnđược mức chiều cao của sản phẩm đó va ra ra pittong

Giai đoạn 2: Đẩy sản phẩm vào thùng chứa tương ứng

Sau khi sản phẩm đi qua khu vực phân loại đặt các cảm biến thì tiếp tục di chuyểntrên băng tải đến khu vực đặt các pittong Tại đây, các pittong sẽ căn cứ vào sự điềukhiến của PLC mà thực hiện đẩy vật vào thùng chứa đặt ở dưới 1 cách chính xác.Trên đây chỉ trình bà chức năng cơ bản nhất quan trọng nhất của dây chuyền phân loạisản phẩm theo màu sắc Trên thực thế dây chuyền còn thực hiện thêm nhiều chứcnăng khác nữa như : đếm sản phẩm, hiện thị số… Các chức năng này sẽ được làm rõ ởphần sau của bản báo cáo Sau đây ta sẽ tìm hiều sơ lược về một số bộ phận quantrọng trong dây truyền phân loại sản phẩm theo màu sắc

2.2.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT

2.2.1 Lưu đồ thuật toán

Hình 2 1 sơ đồ thuật toán

2.2.2 Các đầu vào ra I/O PLC

Pittong 2=1 Pittong 1=1

Cảmbiếnmàu

Pháthiệnvật

Pháthiệnvật

a Các đầu vào ra I/O

s

Pittong đẩy sản phẩm vào băng truyền

2.2.3 Chương trình con điều khiển

2.3 MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 2 2 mạch động lực

2.4 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI

Hình 2 3 sơ đồ đấu nối đầu vào ra PLC

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ, TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ

THỐNG

3.1 Động cơ và hệ thống băng tải

3.1.1 Động cơ.

Động cơ là một phần không thể thiếu được trong hệ thống Động cơ điện được dùng trong dây truyền băng tải thường không yêu cầu điều chỉnh tốc độ băng tải Động cơ diều chỉnh tốc độ băng tải:

- Động cơ điện một chiều có điều khiển tốc độ.

- Động cơ VS : Gồm động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ trên trục rôto gắn ống lót , trên trục truyền chuyển động có nam châm điện làm khớp lối từ và một máy phát tốc Điều chỉnh tốc động nhờ mạch điện tử công suất sẽ làm thay đổi dòng cấp cho li hợp từ làm thay đổi lực điện từ giữa nam châm điện với ống lót gắn trên trục động cơ làm cho trục truyền chuyển động quay theo.

- Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha : Điều chỉnh tốc độ nhờ bộ điều khiển thông minh Biến tần.

Động cơ điều khiển tâm băng tải : thường dùng động cơ không đồng

bộ xoay chiều 3 pha kéo trục chỉnh tâm nhờ hộp điều tốc và trục Vitme Ngoài

ra điều chỉnh tâm băng tải có thể sử dụng van điện từ điều khiển pittông xilanh kéo trục điều khiển tâm băng tải.

Động cơ điều khiển sức căng băng tải nhờ hệ thông cảm biến sức căng, cảm biến quang, cảm biến vị trí để điều khiển căng trùng băng tải Động

cơ điều khiển căng trùng băng tải có thể sử dụng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha, động cơ 1 chiều Với dây truyền băng tải sử dụng động cơ 1 chiều làm động cơ căng trùng băng tải thì thông thường có sử dụng thêm nguồn 1 chiều riêng để làm trùng băng tải khi mất điên đột ngột khi máy đang hoạt động nguồng 1 chiều nay thường là ắc quy Khi máy đang hoạt động ma mất điện thì phải bật nguồn 1 chiều cấp cho động cơ làm trùng băng tải để bảo vệ băng tải.

- Hệ số công suất Cos = 0,88.

- Tỉ số momen cực đại: Mmax/ Mdd = 2,2.

3.1.2 Thông số kỹ thuật của Băng tải.

- Được tính theo công thức : Q =.v (

 - khối lượng tải theo chiều dài (Kg/ m).

v – Vận tốc di chuyển của băng tải (m/s).

Trong bài toán của chương trình cần lập trình điều khiển thì là hệ thống ở đây

là điều khiển công đoạn đếm số lượng táo để trong một thùng táo nên ta có các thông số sau:

- Có  = 6 ( Kg/ m).

- Có v = 5 (m/ s).

Vậy năng xuất của băng tải sẽ là: Q = 3,6 x 6 x 5 = 108 ( Kg/ s).

Khối lượng tải theo chiều dài của băng tải được tính theo biểu thức:

 = S  103

Trong đó :

 : Khối lượng riêng của vật liệu (tấn/m3).

S : Tiết diện ngang của vật liệu trên băng tải (m2).

Từ điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống ta chọn băng tải có kích thước như sau: Bề dầy từ 2mm  15mm, chiều rộng từ 1200mm  2100mm.

Ngoài việc lựa chọn còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải, áp

tô mát không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng khởi động của động cơ.

Vậy ta chọn áp tô mát có các thông số sau : 500V- 50 Hz – 25 A