Tiểu luận BTL học phần đo lường cảm biến

Để làm được điều này nhóm sẽ sử dụng các cảm biến quangđể phát hiện các sản phẩm dài ngắn, các phế phẩm gửi xung tín hiệu điện đến các IC, các IC sẽ thu nhận, xử lý, phân tích và phát lệ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Yêu cầu: - Phân loại và đưa ra 2 sản phẩm về 2 kho quy định

- Loại phế phẩm ra khỏi băng tải

Lê Văn Hiếu - 1141040333

Hồ Bá Vương - 1141040320

Lớp :ĐH CNKT Điện 5 – K11

GVHD :Hà Văn Phương

MỤC LỤC

Lời Nói Đầu 6

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm trong Công Nghiệp 8

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống 8

1.1.1 Sự phát triển và ý nghĩa to lớn của dây truyền sản xuất tự động trong nền Công nghiệp Việt nam những năm gần đây 8

1.1.2 Vai trò và ý nghĩa 9

1.1.3 Công đoạn phân loại sản phẩm trong dây truyền sản xuất tự động 11

1.2 Tổng quan về một hệ thống phân loại sản phẩm tự động trong CN 12

1.2.1 Nhiệm vụ và mục tiêu mà một hệ thống PLSP tự động trong công nghiệp 12

1.2.2 Các bộ phận cấu thành nên một hệ thống PLSP tự động: 13

1.3 Tổng quan về hệ thống phân loại và đếm sản phẩm trên băng tải với 2 loại dài ngắn của đề tài 15

1.3.1 Yêu cầu của hệ thống cần thiết kế 16

Chương 2: Thiết kế hệ thống hoàn chỉnh 18

2.1 Sự hoạt động cơ bản của hệ thống 18

2.1.1 Sơ đồ khối: 18

2.1.2 Cấu tạo, chức năng của từng khối và nguyên lý hoạt động cơ bản: 19

2.2 Tính toán, lựa chọn các thiết bị 20

2.2.1 Nguồn – bộ biến đổi AC/DC 20

2.2.2 Nguồn Động cơ – Biến tần 22

2.2.3 Băng tải 27

2.2.4 Động cơ: 28

2.2.5 Cảm biến 33

2.2.6 Rơ-le trung gian và Rơ-le thời gian 39

2.2.7 Thiết bị đóng cắt-bảo vệ 42

2.2.8 Xi – lanh khí nén 46

Chương 3: Sự Hoạt Động Chi Tiết Của Hệ Thống 51

3.1 Bản vẽ Mô phỏng và nguyên lý hoạt động của hệ thống: 51

3.2 Bản vẽ mô tả nguyên lý hoạt động của cơ cấu chấp hành (Điện- xilanh khí nén) .58 3.3 Bản vẽ hệ thống cung cấp điện và nguyên lý vận hành 60

3.3.1 Nguyên lý vận hành hệ thống động lực 61

Chương 4: Tổng kết, đánh giá 64

4.1 Những kết quả, yêu cầu đã đạt được: 64

4.2 Những vấn đê còn tồn tại cần khắc phục: 64

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản hệ thống 19

Hình 2.2: Chỉnh lưu cầu Thyristor 1 pha 21

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của bộ biến đổi Omron S8VS 22

Hình 2.4: Hình ảnh thực tế của biến tần đa năng GD200A 24

Hình 2.5: Mạch biến tần 25

Hình 2.6: Hình ảnh thực tế của băng tải 27

Hình 2.7: Hình ảnh thực tế Puly-dây curoa dẫn động 28

Hình 2.8: Hình ảnh thực tế Động cơ KĐB 3 pha kéo băng tải 32

Hình 2.9: Hình ảnh thực tế bộ giảm tốc 33

Hình 2.10: Minh họa nguyên lý cảm biến quang 37

Hình 2.11: Hình ảnh thực tế của rơ-le trung gian 39

Hình 2.12: Hình ảnh thực tế của rơ-le thời gian 40

Hình 2.13: Hình ảnh thực tế của MCB 3 pha Schneider iC60N 42

Hình 2.14: Hình ảnh thực tế của Contactor LS 44

Hình 2.15: Hình ảnh thực tế của dây dẫn Cadivi 46

Hình 2.16: Hình ảnh thực tế của Xi-lanh SMC CA2-Z 47

Hình 2.17: Hình ảnh thực tế van điện từ 5/2 48

Hình 3.1: Giai đoạn làm việc 1 của hệ thống 51

Hình 3.2: Giai đoạn làm việc 2 của hệ thống 52

Hình 3.3: Giai đoạn làm việc 3 của hệ thống 53

Hình 3.4: Giai đoạn làm việc 4 của hệ thống 54

Hình 3.5: Giai đoạn làm việc 5 của hệ thống 55

Hình 3.6: Giai đoạn làm việc 6 của hệ thống 56

Hình 3.7: Giai đoạn làm việc 7 của hệ thống 57

Hình 3.8: Cơ cấu Xilanh-khí nén 58

Hình 3.9: Điều khiển Xilanh giai đoạn 1 58

Hình 3.10: Điều khiển Xilanh giai đoạn 2 59

Hình 3.11: Bản vẽ hệ thống cung cấp điện và mạch điều khiển Xilanh 60

Hình 3.12: Mạch IC 74192 đếm số lượng 62

Hình 3.13: Cổng AND và mạch IC 74192 đếm số lượng 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật: Biến tần đa năng GD200A 24

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật: Cảm biến quang Autonics BM 38

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật rơ-le trung gian Omron MY-GS 39

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật rơ-le thời gian Omron H3BA-N (Timer Omron H3BA-N) 40 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của MCB 3 pha Schneider iC60N 42

Bảng 2.6: Thông số kĩ thuật của Contactor LS 44

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật Xilanh CA2-Z 47

Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật van 5/2 SMC SY3000 49

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học Đo lường cảm biến trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng trongngành điện hiện nay Giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng cho các ngành sảnxuất công nghiệp.Kỹ thuật Đo lường Cảm biến là môn học nghiên cứu các phương pháp

đo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất, và đại lượngkhông điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc nhờ sự hỗ trợ của các cảm biến Học phần Kỹ thuật

Đo lường Cảm biến được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành: Điệncông nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật thông tin, Tự động hoá,Trang thiết bị điện,Tín hiệu Giao thông Kỹ thuật đo lường cung cấp cho sinh viên nhữngkiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện

Học phần đo lường cảm biến cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản vềcác phép đo, phương pháp và các dụng cụ đo trong kỹ thuật đo lường các đại lượng điện

và đại lượng không điện Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của từng cơ cấu chỉ thịcủa các thiết bị đo từ đó biết cách sử dụng và ứng dụng vào từng trường hợp, từng côngviệc trong thực tế nhằm đạt được kết quả và độ chính xác cao nhất, người học cũng hiểu

rõ được ý nghĩa to lớn của việc đo lường đến sự kinh doanh của cá nhân, sự quản lý, điềuphối của nhà nước và nền kinh tế, an ninh và chính trị của một quốc gia Bên cạnh đóngười học còn nắm vững được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và sự phát triển của các cảmbiến ngày nay như cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, siêu âm, cảm biến lực , cảm biếnhồng ngoại v.v Đó là các bộ phận rất quan trọng chuyển đổi tín hiệu không điện thànhtín hiệu điện đưa vào các bộ xử lý, từ đó chúng ta có thể đo được các đại lượng khôngđiện một cách dễ dàng bằng cách liên kết với các mạch điện tử, các bộ vi xử lý, IC kếthợp với các cơ cấu chỉ thị để đưa ra kết quả Các cảm biến có ý nghĩa rất lớn trong sựphát triển của các dây truyền sản xuất tự động trong công nghiệp, trong các lĩnh vực anninh quốc phòng

Đề tài nghiên cứu của nhóm là một trong những ứng dụng rất lớn và thiết thực của

kỹ thuật đo lường cảm biến, với việc thiết kế một hệ thống phân loại sản phẩm trên băng

tải trong dây truyền sản xuất sẽ giúp chúng ta có thể kiểm soát, nắm bắt được số lượngcủa từng thành phẩm với các kích thước dài ngắn khác nhau và các phế phẩm đồng thờiphân loại các sản phẩm đạt chất lượng cùng kích thước và loại bỏ các phế phẩm từ đógiảm được số lượng công nhân , giảm bớt gánh nặng cho người lao động, nâng cao năngsuất lao động của nhà máy Để làm được điều này nhóm sẽ sử dụng các cảm biến quang

để phát hiện các sản phẩm dài ngắn, các phế phẩm gửi xung tín hiệu điện đến các IC, các

IC sẽ thu nhận, xử lý, phân tích và phát lệnh đến các cơ cấu truyền thông hiển thị là các

bộ đếm và bảng số LED 7 thanh để kiểm soát và đếm số lượng, đồng thời các xung lệnhnày sẽ được gửi đi đến các cơ cấu chấp hành là các Rơ le điều khiển động cơ, các cánhtay chấp hành và các Xi-lanh, pit-tong đẩy nhằm phân loại sản phẩm dài, ngắn và loại bỏphế phẩm trên băng tải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

TRONG CÔNG NGHIỆP1.1 Giới thiệu chung về hệ thống

1.1.1 Sự phát triển và ý nghĩa to lớn của dây truyền sản xuất tự động trong nền Công nghiệp Việt nam những năm gần đây.

Hiện nay, tại nhiều nhà máy của Việt Nam, tự động hóa đang dần thay thế các dâychuyền sản xuất cũ mà lệnh sản xuất cho con người và máy móc đều được truyền quamạng Wifi

Tại các nhà máy đã triển khai tự động hóa, việc hoạt động đều được cài đặt theochương trình có sẵn từ công ty mẹ ở nước ngoài truyền tới hoặc các lệnh điều khiển củacác công ty con nhớ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đặc biệt là truyềnthông không dây và sự phát triển của các cảm biến, các bộ vi xử lý điều khiển

Máy tự vận hành, tự nghỉ để kiểm tra và khắc phục các lỗi sản xuất nếu có Thay

vì máy móc phụ thuộc vào con người, hiện nay, người lao động trong các dây chuyền tựđộng hóa sẽ phụ thuộc vào máy móc

Người lao động trong các phân xưởng tự động hóa sẽ ngày càng ít đi Với sự pháttriển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, vòng đời của các sản phẩm ngày càng ngắn hơn vànhanh chóng bị thay thế bởi các sản phẩm mới Khi đó, con người phải chuyển sang làmcác công việc mang tính sáng tạo vì công việc giản đơn đã có tự động hóa thay thế

Công nghệ tự động hóa trong dây truyền sản xuất và Internet kết nối vạn vật đang

là những ứng dụng chủ đạo để phát triển công nghiệp thông minh, công nghiệp tự động.Tuy nhiên không chỉ có vậy, tại hội thảo và triển lãm quốc tế về phát triển công nghiệpthông minh do Ban kinh tế Trung ương chủ trì phối hợp với Tập đoàn Dữ liệu quốc tếIDG tổ chức mới đây tại Hà Nội, nhiều xu hướng công nghệ mới đã được các tập đoànlớn trên thế giới đem tới giới thiệu, từ đó, giúp định hình rõ hơn bức tranh toàn cảnh của

nền công nghiệp thông minh hiện đại trong khoảng từ 10 - 20 năm tới thông qua sự ứngdụng và phát triển mạnh mẽ các dây truyền sản xuất tự động trong các nhà máy.

1.1.2 Vai trò và ý nghĩa

Vai trò, ý nghĩa, sự tác động và phương đến sự phát triển của nền kinh tế nước nhànói chung và nền công nghiệp sản xuất nói riêng: Tự động hóa các quá trình sản xuất chophép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động Trong mọi thời đại, các quá trìnhsản xuất luôn được điều khiển theo các qui luật kinh tế Có thể nói giá thành là một trongnhững yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hóa Không một sản phẩmnào có thể cạnh tranh được nếu giá thành sản phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại, cótính năng tương đương với các hãng khác Trong bối cảnh nền kinh tế đang phải đối phóvới các hiện tượng như lạm phát, chi phí cho vật tư, lao động, quảng cáo và bán hàngngày càng tăng buộc công nghiệp chế tạo phải tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu

để giảm giá thành sản phẩm Mặt khác nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ làmtăng mức độ phức tạp của quá trình gia công Khối lượng các công việc đơn giản chophép trả lương thấp sẽ giảm nhiều Chi phí cho đào tạo công nhân và đội ngũ phục vụ, giáthành thiết bị cũng tăng theo Đây là động lực mạnh kích thích sự phát triển của tự độnghóa

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất Các quátrình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chấtlượng gia công và năng suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành và quản lý sảnxuất Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các nhược điểm trên Đồng thời tựđộng hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất

là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sựkhác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuấthiện đại Với các loại sản phẩm có số lượng lớn (hàng tỉ cái trong một năm) như đinh,bóng đèn điện, khóa kéo… thì không thể sử dụng các quá trình sản xuất thủ công để đápứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoánđổi sản xuất Chỉ có một số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạọ hoàn toàn bởi một nhàsản xuất Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà thầu để cung cấp các bộ phậnriêng lẻ cho mình, sau đó tiến hành liên kết, lắp ráp thành sản phẩm tổng thể Các sảnphẩm phức tạp như ôtô, máy bay… nếu chế tạo theo phương thức trên sẽ có rất nhiều ưuđiểm Các nhà thầu sẽ chuyên sâu hơn với các sản phẩm của mình Việc nghiên cứu, cảitiến chỉ phải thực hiện trong một vùng chuyên môn hẹp, vì thế sẽ có chất lượng cao hơn,tiến độ nhanh hơn Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện chuyển thành sản xuất hàngkhối Do một nhà thầu tham gia vào quá trình sản xuất một sản phẩm phức tạp nào đó cóthể đóng vai trò như một nhà cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nên khả năng tiêuchuẩn hóa sản phẩm là rất cao Điều này cho phép ứng dụng nguyên tắc hoán đổi - mộttrong các điều kiện cơ bản dẫn tới sự hình thành dạng sản xuất hàng khối khi chế tạo cácsản phẩm phức tạp, số lượng ít Tuy nhiên, cũng không nên quá đề cao tầm quan trọngcủa tiêu chuẩn hoá Không có tiêu chuẩn hóa trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở choviệc hoán chuyển ở một mức độ nhất định, làm tăng tiêu tốn thời gian cho các quá trìnhsản xuất các sản phẩm phức tạp chứ không thể làm cho các quá trình này không thể thựchiện được Có thể nói tự động hóa giữ một vai trò quan trọng trong việc thực hiện tiêuchuẩn hóa bởi chỉ có nền sản xuất tự động hóa mới cho phép chế tạo các sản phẩm cókích cỡ và đặc tính không hoặc ít thay đổi với số lượng lớn một cách hiệu quả nhất.

Tóm lại, với việc các công ty nhà máy sản xuất ở Việt Nam đang ngày càng chútrọng đầu tư, xây dưng, phát triển và ứng dụng rộng rãi các dây truyển sản xuất tự độngtrong quá trình sản xuất của mình đã, đang và sẽ tác động mạnh mẽ đến quá trình tiếp thucông nghệ của Việt nam, nâng cao rõ rệt năng suất lao động, hiệu quả làm việc, tiết kiệmnguồn nhân công và nhiều khoản chi phí khác đưa nền công nghiệp sản xuất ngày càngphát triển, từ đó góp phần thu hút nhiều nhà đầu tư quốc tế vào thị trường Việt Nam, tácđộng tích cực đến các ngành nghề khác, góp phần ngày càng phát triển nền kinh tế nướcnhà

1.1.3 Công đoạn phân loại sản phẩm trong dây truyền sản xuất tự động.

Khái niệm, nội dung và ý nghĩa của việc phân loại sản phẩm: Phân loại sản

phẩm là công đoạn cuối của quá trình sản xuất một sản phẩm nào đó của một nhà máysản xuất nhằm kiểm soát, phân chia các thành phẩm có cùng đặc điểm chung nào đó theoyêu cầu sản xuất của nhà sản xuất như chiều cao, khối lượng, cân nặng, màu sắc v.v đếnnhững kho hàng của từng sản phẩm cho hợp lý, đồng thời loại bỏ phế phẩm khỏi dâytruyền Từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất, tăng năng suất lao động, tiết kiệm thời gian củacông nhân, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác kiểm tra, đóng gói, phân phối sản phẩmđến tay người sử dụng, đồng thời giúp cho nhà sản xuất nắm và đánh giá được tình hình,chất lượng sản xuất của công ty

Hoạt động phân loại thủ công: Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân

dùng các thiết bị đo kiểm để xác định sản phẩm thuộc loại nào Sau đó xếp sản phẩm vàotrong hộp, đếm đủ số lượng rồi dùng băng keo dán lên miệng hộp Việc này phụ thuộc rấtnhiều vào trình độ công nhân Hơn nữa, công nhân làm việc lâu không tránh khỏi nhữngsai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều

Hoạt động phân loại tự động: Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp

xếp đều trên băng chuyền Bên cạnh băng chuyền có đặt các thiết bị để nhận biết phânloại phụ thuộc vào sản phẩm Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị phân loạichúng sẽ được đẩy vào hộp nằm trên các băng chuyền khác.Các sản phẩm còn lại sẻ đượcbăng chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng ,thông qua hệ thống đếm tự động chođến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẻ tư động dừng trong một khoàng thời gian đểđóng gói sản phẩm Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dừng Người côngnhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng

Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong

đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹthuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cùng cấp thong tin.v.v Do đó cần phản nắm bắt

và vận dụng một cách hiệu quả nhằm phát triển nền khoa học kỹ thuật và kỹ thuật điềukhiển tự động - Một trong những ứng dụng của điều khiển tự động hóa là ứng dụng vào

trong các khâu tự động trong dây chuyển sản xuất tự động hóa có số lượng sản phẩm sảnxuất ra lớn được băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩmmột cách tự động - Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứ n g dụng rấtnhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và

có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa

kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó long

có thể nhận ra Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhàsản xuất Vì vậy hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự pháttriển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu nà y - Hệ thống tự động phân loại sản phẩm là quátrình tự động hóa sản xuất, vì vậy nó mang những đặc điểm của tự động hóa sản xuất

1.2 Tổng quan về một hệ thống phân loại sản phẩm tự động trong CN.

1.2.1 Nhiệm vụ và mục tiêu của một hệ thống PLSP tự động trong công nghiệp

Việc ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hiện nay, hòa chungvào quá trình tự động hóa trong sản xuất, khâu phân loại sản phẩm trong các dây chuyềncông nghiệp là một ví dụ điển hình Trước kia, việc phân loại chủ yếu là dựa vào sứcngười, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên các công nhân khóđảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trêncác chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trựctiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Ứng dụng băng chuyền và các kỹthuật để phân loại sản phẩm hoàn toàn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năngsuất và hiệu quả, chính xác hơn rất nhiều so với việc phân loại thủ công bằng sức người.Một hệ thống PLSP tự động sẽ phát hiện, phân loại và kiểm soát các sản phẩm có cùngđặc điểm như cùng kích thước, khối lượng, màu sắc theo đúng mong muốn của nhà sảnxuất mà trực tiếp là người vận hành thông qua việc cài đặt, lập trình cho bộ xử lý, điềukhiển

1.2.2 Các bộ phận cấu thành nên một hệ thống PLSP tự động:

+ Khối cảm biến: các cảm biến phát hiện sự có mặt, vị trí, khoảng cách như cảmbiến quang thu phát độc lập, cảm biến sợi quang, cảm biến tiệm cận điện dung, cẩm biếnsiêu âm v.v Bộ cảm biến có nhiệm vụ phát hiện sản phẩm theo yêu cầu, biến đổi đạilượng không điện thành các xung điện chuyển đến bộ xử lý để phân tích Trong đó, cảmbiến quang thu phát độc lập và cảm biến sợi quang được sử dụng rộng rãi và nhiều nhấtbởi ưu điểm của nó là giá thành rẻ, dễ dàng lắp đặt, cơ động, nguyên lý hoạt động đơngiản, tin cậy, độ chính xác cao, sử dụng sóng hồng ngoại không gây ảnh hưởng đến sứckhỏe con người và không làm nhiễu các thiết bị điện tử khác trong dây truyền sản xuất

+ Khối xử lý điều khiển: là các bộ vi xử lý sử dụng IC có lập trình Arduino, các bộPLC có sự tham gia của các máy tính v.v Bộ này có chức năng thu nhận tín hiệu xungđiện từ các bộ cảm biến để phân tích, nhận dạng, xử lý và phát xung lệnh đến cơ cấu chấphành thực hiện thao tác nhằm hoàn thành nhiệm vụ đã được lập trình sẵn theo đúng mongmuốn của người cài đặt

+ Khối chấp hành: là các thiết bị điện, các khí cụ điện và các máy điện như Rơ-le,contactor, cánh tay robot, các động cơ v.v trực tiếp thực hiện các thao tác tác động đếnsản phẩm theo lệch của khối xử lý điều khiển

Phương pháp, công nghệ và cách thức thực hiện: sử dụng một băng tải để vận

chuyển sản phẩm sau khi sản xuất được truyền chuyển động qua các bánh răng, dây roa với các động cơ điện, các cảm biến hoặc công tắc hành trình được đặt ở phía sau đểphát hiện các sản phẩm cùng đặc điểm ( cùng màu sắc, kích thước, khối lượng v.v) vàcác phế phẩm ( các sản phẩm không đạt chất lượng) chuyển qua cho bộ xử lý Bộ xử lýthu nhận, phân tích xử lý đưa tín hiệu đến bộ đếm để đếm số lượng và đưa tín hiệu đếncác xi-lanh pittong hoặc các cánh tay robot đẩy các phế phẩm sang một băng tải khác đểloại bỏ, đẩy các sản phẩm có cùng một đặc điểm nào đó theo chương trình đã cài đặt sangmột băng tải khác để đóng gói

cu-Yêu cầu đặt ra mà một hệ thống PLSP tự động cần đáp ứng được: thực hiện

chính xác các nhiệm vụ theo đúng mong muốn của người cài đặt thông qua các chươngtrình lập trình, thời gian đáp ứng nhanh, hoạt động ổn định, tiết kiệm điện, lắp đặt, sửachữa bảo trì dễ dàng, thuận tiện, cơ động, khoa học hợp lý, chi phí đầu tư thấp, có khảnăng tự phát hiện các sự cố, báo cáo đến bộ phận giám sát v.v

1.3 Tổng quan về hệ thống phân loại và đếm sản phẩm trên băng tải với 2 loại dài ngắn của đề tài.

Thực trạng các SP với kích thước dài ngắn trong dây truyền sản xuất của các nhà máy sản xuất ở VN: Nền công nghiệp sản xuất của Việt nam hiện nay đang rất phát

triển với sự ứng dụng rộng rãi các thành tựu của công nghệ tự động hóa, công nghệ cảmbiến robot làm cho các sản phẩm được sản xuất ra cũng vì vậy mà càng ngày càng đadạng, phong phú về chủng loại, kích thước, khối lượng màu sắc, trong đấy các sản phẩmvới kích thước dài ngắn đang ngày càng phổ biến hơn như sản xuất gạch đá, sắt thép,bánh kẹo, đồ da dụng, giày dép, bia rượu, nước giải khát v.v Điều đó làm cho công việcphân loại ngày càng quan trọng và cần thiết

Ý nghĩa của việc phân loại này: Với việc các sản phẩm sản xuất ra ở các nhà

máy ngày càng gia tăng kéo theo chủng loại, kích thước dài ngắn cũng ngày càng phongphú đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng cao của người tiêu dùng, do đó xuất hiện sự đòihỏi về phân phối các sản phẩm khác nhau tới tay người dùng và cũng là sự thuận tiệntrong công việc kiểm soát năng suất sản xuất của mỗi nhà máy trong từng ngày, từngtháng hoặc từng năm và dễ dàng cho công đoạn đóng gói, nhập kho, xuất xưởng thì côngđoạn phân loại các sản phẩm có kích thước dài một nơi, sản phẩm có kích thước ngắnmột nơi sẽ giải quyết được tất cả các điều đó, các sản phẩm có kích thước dài hơn sẽ đi

về một kho thích hợp, công việc đóng gói, kiểm soát giá tiền từ đó mà cũng sẽ phù hợphơn vì kích thước các thùng đóng gói và giá tiền của các sản phẩm dài sẽ khác các sảnphẩm có kích thước ngắn Đồng thời trong quá trình phân loại này, ta cũng sẽ kiểm soátđược những phế phẩm không đảm bảo yêu cầu về kích thước hay bị conh vênh, lồi lõm,méo mó, từ đó loại bỏ khỏi dây truyền Điều đó là tăng năng suất và tốc độ sản xuất, tiếtkiệm thời gian, giảm chi phí cho nhân công, nâng cao hiệu quả

1.3.1 Yêu cầu của hệ thống cần thiết kế

Phân loại, đưa mỗi sản phẩm có kích thước dài và ngắn về mỗi kho khác nhau theoquy định, đồng thời đếm số lượng mỗi loại sản phẩm đó đưa ra con số trên màn hình điềukhiển

Phát hiện các phế phẩm là các sản phẩm bị cong vênh, lồi lõm, méo mó để loạichúng ra khỏi băng tải sản xuất và đưa về một kho phế phẩm theo một băng tải khác(băng tải phụ, băng tải này không phải là băng tải sản xuất ) đồng thời đếm số lượng cácphế phẩm và đưa con số ra màn hình

Bộ đếm sản phẩm phải có khả năng đếm lên đến hàng trăm (tối đa là 999), đây là

số lượng sản phẩm tối đa ước tính mà một ca ( kíp ) sản xuất có thể sản xuất ra được

Cơ cấu chấp hành hoạt động, thao tác nhanh, ổn định, tiêu thụ ít năng lượng

Băng tải có khả năng chịu quá tải tốt, tốc độ dịch chuyển ổn định, khởi động vàđiều chỉnh tốc độ dễ dàng

Hệ thống cung cấp điện có các đèn báo hoạt động, đèn báo sự cố, đèn báo nguyhiểm Có khả năng tự động cắt mạch điện khi có sự cố xảy ra như ngắn mạch, quá tải vàchuyển mạch sang pha khác nếu pha đang vận hành bị sụt áp hay mất pha

Các bộ phận cơ bản cần chuẩn bị và chức năng của chúng để thiết kế hệ thống:

Băng tải: kiểu băng tải dịch chuyển ngang với số lượng là 3, trong đó có 1 băng tảichính là băng tải sản xuất trực tiếp vận chuyển các sản phẩm dài, ngắn và các phế phẩmsau khi sản xuất ra với kích thước dài và công suất lớn hơn, 2 băng tải phụ để vận chuyểnsản phẩm dài và phế phẩm về mỗi kho theo quy định Động cơ kéo tải là động cơ mộtchiều được cấp nguồn khởi động và điều chỉnh tốc độ bằng một bộ băm xung DC điện tửcông suất

Cảm biến: sử dụng 2 cảm biến quang thu phát độc lập để phát hiện và đếm sảnphẩm dài 1 cảm biến sợi quang để phát hiện và đếm các phế phẩm bị cong vênh, lồi lõm,méo mó (phế phẩm) 1 cảm biến quang thu phát độc lập nữa để đếm sản phẩm ngắn

Bộ xử lý điều khiển: bộ AND, IC 74192

Truyền thông hiển thị: màn hình LED 7 thanh, bộ thu phát không dây đến hệthống máy tính phòng giám sát, điều khiển của nhà máy

Cơ cấu chấp hành: sử dụng rơ-le trung gian và rơ-le thời gian đóng cắt mạch điệnđiều khiển 2 xi-lanh tác dụng kép ( hoạt động nhờ 2 van điện tử điều khiển khí nén )

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH

2.1 Sự hoạt động cơ bản của hệ thống.

2.1.1 Sơ đồ khối:

BĂNG TẢI

BỘ XỬ LÝ ĐIỀU KHIỂN

2.1.2 Cấu tạo, chức năng của từng khối và nguyên lý hoạt động cơ bản:

Toàn bộ các khối và hệ thống chấp hành ( bao gồm các cảm biến, IC, rơ-le, xilanhkhí nén ) sẽ được cấp nguồn bởi một bộ biến đổi DC điện tử công suất là mạch chỉnh lưucầu Thyristor 1 pha có điều khiển, bằng việc thay đổi góc mở α trong bộ điều khiển của

bộ biến đổi ta thay đổi được thời gian đóng mở van trong 1 chu kỳ T từ đó thu được điện

áp đầu ra là điện áp 1 chiều có giá trị hiệu dụng theo ý muốn cấp cho bộ xử lý là các IC,các cảm biến quang, bộ hiển thị và các rơ-le đóng mở các van khí nén

Động cơ KĐB 3 pha được khởi động và điều khiển thông qua một bộ biến tần sẽquay với một tốc độ ổn định truyền chuyển động cho băng tải qua cơ cấu Puly- dây cu-roa chuyển động tịnh tiến ngang vận chuyển các sản phẩm đi qua 3 cảm biến trong đó có

2 cảm biến quang thu phát độc lập được đặt cách nhau một khoảng cách có độ dài lớnhơn chiều dài của sản phẩm ngắn và nhỏ hơn chiều dài của sản phẩm dài và 1 cảm biếnsợi quang được đặt ở đầu băng tải số 1 Cảm biến sợi quang chịu trách nhiệm phát hiệncác phế phẩm bị lồi lõm, cong vênh, méo mó đưa xung tín hiệu đến IC, IC xử lý phát

Hình 2.1

xung kích mở van khí nén điều khiển xi-lanh 1 thông qua rơ-le trung gian đẩy phế phẩmsang băng tải số 2 loại khỏi băng tải sản xuất đưa về kho phế phẩm, đồng thời đưa tínhiệu vào bộ đếm để đếm và hiển thi ra bảng led 7 thanh 2 Cảm biến quang thu phát độclập chịu trách nhiệm phát hiện sản phẩm dài và ngắn, khi sản phẩm dài đi qua 2 cảm biếnnày vì chiều dài của nó lớn hơn khoảng cách đặt 2 cảm biến nên sẽ có thời điểm sảnphẩm dài này sẽ cắt cùng lúc cả 2 cảm biến, tín hiệu của cả 2 cảm biến này sẽ gửi đến bộ

xử lý, bộ xử lý phân tích và nhận biết được thời điểm nào nhận được cùng lúc cả 2 tínhiệu này thì phát điều khiển rơ-le kích mở van khí nén điều khiển xi lanh 2 đẩy sản phẩmdài sang băng tải số 3 đưa về kho quy định, đồng thời đưa tín hiệu đến bộ đếm để đếm vàhiển thị ra bảng led 7 thanh Do sản phẩm ngắn có chiều dài nhỏ hơn khoảng cách 2 cảmbiến quang này nên sẽ không có thời điểm nào nó cắt được cả 2 cảm biến này cùng mộtlúc nên tín hiệu của 2 cảm biến quang này sẽ được gửi lần lượt đến bộ xử lý mà khôngphải là cùng một lúc nên bộ xử lý không nhận biết được, do đó sản phẩm ngắn sẽ tiếp tục

di chuyển trên băng tải sản xuất đến kho chứa sản phẩm ngắn theo quy định, 1 cảm biếnquang thu phát độc lập nữa được đặt ở cuối băng tải 1 để đếm sản phẩm ngắn này hiển thị

ra led 7 thanh

2.2 Tính toán, lựa chọn các thiết bị.

2.2.1 Nguồn – bộ biến đổi AC/DC

Căn cứ vào sự hoạt động của các cảm biến cũng như bộ xử lý điều khiển là cácmạch điện tử sử dụng điện 1 chiều nên ta chọn nguồn nuôi cả hệ thống là bộ biến đổi điện

tử công suất mà bản chất là bộ chỉnh lưu cầu 1 pha AC/DC bằng van bán dẫn công suấtbán điều khiển Thyristor SCR

a Nhiệm vụ, số lượng, vị trí lắp đặt, nguyên lý làm việc:

Bộ biến đổi AC/DC để chỉnh lưu dòng xoay chiều của lưới thành dòng 1 chiều cóthể điều chỉnh được điện áp cấp điện cho bộ xử lý điều khiển, các rơ-le trung gian điềukhiển van khí nén xi-lanh Số lượng 1 (bên trong có 4 van SCR và mạch điều khiển) Lắpđặt trong tủ điều khiển và phân phối ngay dưới lưới 3 pha của nhà xưởng

Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu cầu Thyristor SCR

Bằng việc thay đổi điện áp điều khiển Uđk trên mạch điều khiển ta thay đổiđược góc mở α chính là thời gian đóng cắt các cắp van SCR1-SCR2 và SCR3-SCR4trong từng chu kỳ của lưới, từ đó chỉnh lưu và thay đổi được điện áp DC đầu ra với quanhệ:

Thông số kỹ thuật: Bộ nguồn Omron S8VS

Nguồn vào: 115-240VAC

Nguồn ra: 24VDC, hiệu suất: 91%, Công suất: 480W Có màn hình hiển thị

2.2.2 Nguồn Động cơ – Biến tần

Động cơ kéo băng tải là động cơ KĐB 3 pha nên để khởi động và điều chỉnh tốc

độ ta dùng bộ biến tần nguồn áp (nghịch lưu áp) với phương pháp điều khiển U/f

a Nhiệm vụ, số lượng, vị trí lắp đặt

Biến tần là thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều với tần

số cố định ở ngõ vào thành điện áp hoặc dòng điện có tần số thay đổi được ở ngõ ra cấpcho động cơ hoạt động, đồng thời điều chỉnh tốc độ nhưng vẫn đảm bảo được Mô-men vàcông suất cơ trên trục không đổi Ngoài ra còn bảo vệ quá dòng, quá áp, bảo vệ ngắnmạch, bảo vệ mất pha, lệch pha trên động cơ, bảo vệ mất pha nguồn… giúp tăng tuổi thọđộng cơ

Số lượng: 1, vị trí lắp đặt: trong tủ điều khiển và phân phối ngay dưới lưới 3 phacủa nhà xưởng

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của bộ biến đổi Omron S8VS

b Ưu điểm của biến tần

 Với đặc tính khởi động mềm của biến tần cho phép khống chế dòng khởi độngkhông vượt quá dòng định mức của động cơ, do đó tránh sụt áp và tiết kiệm điệnnăng khi khởi động

 Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ cho phù hợp với yêu cầu tải thực tế, tối ưuđược việc sử dụng điện năng Khi sử dụng biến tần trong các dây chuyền sản xuất

có thể tiết kiệm được 30 – 50% năng lượng điện

 Có thể điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện

 Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần rất đơn giản, làm việc đượctrong nhiều môi trường khác nhau, đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau và cóthể thay đổi tốc độ làm việc nhiều động cơ cùng một lúc như băng tải, băngchuyền, máy kéo sơi trong nghành dệt…

 Tăng tốc êm, chống giật giúp giảm áp lực lên hệ thống cơ khí như hộp số, ổ bi,tang trống và con lăn Có chế độ khởi động với mô-men cực đại dùng cho băng tải,phát hiện đứt dây đai nhờ việc giám sát mô-men tải

c Biến tần đa năng GD200A

Hình 2.4: Hình ảnh thực tế của biến tần đa năng GD200A

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật: Biến tần đa năng GD200A

Điện áp ngõ vào (V):

3P, 220VAC (±15%), 1.5~55 kW3P, 400VAC (±15%), 1.5~500 kWTần số ngõ vào (Hz) 47 ~ 63Hz

Điện áp ngõ ra (V) 0 ~ điện áp ngõ vào

Khả năng quá tải:

60s với 150% dòng định mức 10s với 180% dòng định mức 1s với 200% dòng định mức Mode P: 60s với 120% dòng định mức

d Nguyên lý làm việc:

Hình 2.5: Sơ đồ mạch biến tần Cấu trúc mạch gồm các khối sau:

o Bộ chỉnh lưu: gồm 6 con diod công suất mắc dạng mạch cầu ba pha cónhiệm vụ chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều

o Mạch trung gian: gồm có tụ điện một chiều Cf có điện dung khá lớn(khoảng vài ngàn μF) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu Điều này giúpF) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu Điều này giúpcho mạch trung gian hoạt động như một nguồn áp Cuộn kháng Lf có tácdụng nắn dòng chỉnh lưu Công tắc bán dẫn S có nhiệm vụ đóng mạch xả

điện áp trên tụ điện qua một điện trở hãm RH mắc song song với tụ điệnkhi biến tần hoạt động ở chế độ hãm

o Bộ nghịch lưu: gồm 6 công tắc bán dẫn loại IGBT hoặc Mosfet kênh N (đốivới biến tần công suất nhỏ thì 6 công tắc bán dẫn này sẽ được đúc chungmột khối gọi là bẹ công suất) Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổinguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều ba pha có tần số thayđổi

o Khối xử lí: thường sử dụng loại vi điều khiển hoặc vi xử lí sau khi nhậnđược tín hiệu hồi tiếp dòng điện và điện áp ngõ ra của biến tần khối xử lí sẽtính toán và xuất ra chùm xung kích đưa đến khối Driver Opto

o Khối Driver Opto: có nhiệm vụ cách ly giữa phần điều khiển và công suất,điều khiển công tắc bán dẫn ở phần nghịch lưu của biến tần sau khi nhậnđược tín hiệu xung kích từ khối xử lí đưa tới

 Nguyên lý làm việc của biến tần như sau: đầu tiên nguồn điện một pha hay ba phađược chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng công đoạn này đượcthực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu và tụ điện ở mạch trung gian Nhờ vậy hệ số cosφ

của biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện ápmột chiều này lại được biến đổi thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng thôngqua hệ IGBT của bộ nghịch lưu bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lí và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần số chuyểnmạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm làm giảm tiếng ồn cho động cơ và làmgiảm tổn thất trên lõi sắt động cơ Hệ thống điện xoay chiều ba pha ở ngõ ra biếntần có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển từ đógiúp cho động cơ khởi động một cách dễ dàng và thay đổi được tốc độ

2.2.3 Băng tải

a Nhiệm vụ, số lượng, vị trí lắp đặt:

Băng tải là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton,hộp, túi ,…) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm,…) từ một điểm A đến điểmB

Cấu tạo: Bộ con lăn, bộ truyền lực chủ động Động cơ giảm tốc cho trục vít vàmột bộ điều khiển kiểm soát tốc độ Hệ thống khung đỡ cho con lăn Hệ thống dây bănghoặc con lăn

Ta sử dụng 3 băng tải cao su theo phương ngang: 1 băng tải để vận chuyển các sảnphẩm ngắn, dài và phế phẩm để phân loại 1 băng tải để vận chuyển phế phẩm về kho phếphẩm sau khi đã phân loại 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm dài về kho sản phẩm dàisau khi đã phân loại

Hình 2.6: Hình ảnh thực tế của băng tải

o Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ.

o Không yêu cầu bộ biến đổi phức tạp

o Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện

o Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa

o Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thíchnghi cho từng người sử dụng.

o Khởi động và điều chỉnh tốc độ dễ dàng, thuận tiện bằng biến tần

Số lượng: 3 Vị trí lắp đặt: đầu mỗi băng tải

b Tính toán, lựa chọn Động cơ:

Để có thể vận chuyển được sản phẩm trên băng tải thì Công suất động cơ đượcchọn phải đáp ứng được 3 công suất sau:

P1 - công suất để dịch chuyển vật liệu

P2 – công suất để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ổ bi, ma sát giữabăng tải với các con lăn khi băng tải không chạy ( không tải )

P3 – Công suất để nâng tải lên ( nâng vật lên cao )

+ Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu: F1 = L.σ k1.g cosβ

Trong đó: L – chiều dài băng tải = 20m

σ– khối lượng vật liệu trên 1m băng tải: xem chiều dài sản phẩm ngắn là 0.1m, chiều dài sản phẩm dài là 0.2m, phế phẩm có kích thước không

cố định ( bị lỗi), nhưng khối lượng của chúng bằng nhau và bằng 3kg, khoảng cách dịch chuyển là 0.2m → ước tính có khoảng 50 sản phẩm trên 20m băng tải tức là băng tải phải chịu một khối lượng m1 = 50.3=150kg

 P1= 75.9=675W

+ Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải hoạt động không tải là: