Đồ án tự động hóa phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng vđk 8051

Để thực hiệncông việc phân loại sản phẩm theo chiều cao đạt số lượng lớn các công ty xí nghiệpthường xử dụng các loại vi điều khiển, dây chuyền phân loại sản phẩm dùng vi điềukhiển giảm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

- 

-ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA

Đề tài:

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO SỬ DỤNG 8051

Giáo viên hướng dẫn : TS ĐỖ VĂN CẦN

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN LÂM

Mã sinh viên : 3851070091

Ngành : Kỹ Thuật Điện - Điện Tử

Bình Định, 6/2019

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VE 3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 6

1.1 Giới thiệu về mô hình băng tải phân loại sản phẩm 6

1.2 Các băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay 6

1.2.1 Giới thiệu chung 6

1.2.2 Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay 7

1.3 Nội dung thiết kế 8

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN 9

2.1 Phương án băng tải sử dụng con lăng 9

2.2 Băng tải PVC 9

2.3 Băng tải truyền động bằng cao su 10

2.4 Kết luận chương 2 11

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC 12

3.1 Mở đầu chương 3 12

3.2 Độ rộng băng tải tối thiểu 12

3.3 Tính toán vận tốc băng tải 13

3.4 Tính chọn công suất động cơ 14

3.5 Tính chọn hộp giảm tốc cho băng chuyền 16

3.6 Chọn kết cấu gạt đá vôi 18

3.7 Chọn cảm biến phát hiện vật 20

3.8 Chọn hệ điều khiển 21

3.9 kết luận 21

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN 22

4.1 Mở đầu 22

4.2 Xác định I/O của VĐK AT89C52 22

4.3 Sơ đồ và nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển 22

4.4 Xây dựng thuật toán 24

4.5 Xây dựng chương trình 24

4.6 Kết luận chương 4 26

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 27

Kết luận 27 Hướng phát triển đồ án 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

Hình 1.1 Cấu tạo chung băng chuyền 6

Hình 2.1 Băng tải con lăng 9

Hình 2.2 Băng tải PVC 10

Hình 2.3 Băng tải truyền động bằng cao su 10

Hình 3.1 Mối quan hệ giữa độ rộng tối thiểu và kích cỡ hạt vận chuyển 12

Hình 3.2 Mối quan hệ giữa độ rộng băng tải và tốc độ của băng tải 13

Hình 3.3 Dải công suất động cơ 16

Hình 3.4 Dải tỉ số truyền của các hộp số 17

Hình 3.5 Động cơ và hộp giảm tốc 5V DC 18

Hình 3.6 Xi lanh khí nén 18

Hình 3.7 Động cơ mini servo 19

Hình 3.8 Dạng sóng điều khiển động cơ mini servo 19

Hình 3.9 Cảm biến tiệm cận 20

Hình 3.10 modul cảm biến hồng ngoại 20

Hình 3.11 VĐK 8051 21

Hình 4.1 Kết nối ngoại vi với VĐK trong proteus 23

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Danh sách các loại băng tải 7Bảng 4.1 Khai báo kết nối với VĐK 22

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứngdụng tự động hóa ngày càng cao và trong đời sống sinh hoạt, sản suất Để thực hiệncông việc phân loại sản phẩm theo chiều cao đạt số lượng lớn các công ty xí nghiệpthường xử dụng các loại vi điều khiển, dây chuyền phân loại sản phẩm dùng vi điềukhiển giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịpthời cho đời sống xã hội Trên đây là “Mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo chiềucao” do Tiến Sĩ Đỗ Văn Cần hướng dẫn thực hiện

Đề tài gốm những nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về băng tải phân loại sản phẩm

Chương 2: Các Phương án

Chương 3: Thiết kế động lực

Chương 4: Thiết kế hệ điều khiển

Trong quá trình thực hiện đồ án còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảocho vấn đề này về phần cơ không nhiều mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian

có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi sai sót rất mong sự đónggóp, bổ sung của các thầy cô giáo để đồ án này được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM1.1 Giới thiệu về mô hình băng tải phân loại sản phẩm

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, kỹ thuật điện tử màtrong đó có điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực do

đó chúng ta cần phải nắm bắt và tận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm đóng góp vào

sự phát triển của nền khoa học thế giới

1.2 Các băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay

1.2.1 Giới thiệu chung

1.2.1.1 Cấu tạo chung của băng tải

Hình TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.1 Cấu tạo chung

băng chuyền

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ …) làm phần trượt cho bộ phận kéo và cácyếu tố làm việc

1.2.1.2 Các băng tải trên thị trường hiện nay

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thểlựa chọn một số loại băng tải sau:

Bảng TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.1 Danh sách các

loại băng tải

Băng tải dây đai <50 kg

Vận chuyển từng chi tiết giữa các chi tiết nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công

Băng tải thanh đẩy 50 – 250 kg

Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách >50m

Băng tải con lăn 300 – 500 kg

Vận chuyển chi tiết trên vệtinh giữa các nguyên công với khoảng cách <50m

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vậnchuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giáthành khá đắt

1.2.2 Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trongthực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặplại, 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 kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thểnhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sảnxuất 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 cấp bách này

Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng những cảm biếnphân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảmbiến nào nhận biết đc sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự động mở đểsản phẩm đó được phân loại đúng Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là

tỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá cây hoặc xanh trời) đượcphản xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng Bằng cách sửdụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MCphát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang học đơn E3MC sẽthu ánh sáng phản chiếu của các đối tượng thông qua các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ

các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảmnhận

Nhận thấy thực tiễn đó, nay trong đồ án này, em sẽ làm một mô hình rất nhỏnhưng có chức năng gần như tương tự ngoài thực tế Đó là: tạo ra một dây chuyềnbăng tải để vận chuyển sản phẩm, phân loại sản phẩm theo kích thước đã được đặttrước

1.3 Nội dung thiết kế

Trong nhiều thành phần nhiên liệu của quá trình sản xuất ra xi măng có đá vôi, đávôi trước khi được cán mịn để hòa trộn với các nguyên nhiên liệu khác thì được phânloại để cán thô, sau đó mới được cán tinh để đưa vào quá trình hòa trộn

Thiết kế mô hình băng tải phân loại đá vôi cho nhà máy sản xuất xi măng cóchiều dài 40m rộng 0,6m công suất 5 tấn 1 giờ, phân 3 loại đá vôi theo các kích thước

+ Đá vôi thô cấp I : cao >20 Cm (Đưa vào máy cán thô cấp I)

+ Đá vôi thô cấp II : cao 20 - 5 Cm (Đưa vào máy cán thô cấp II)

+ Đá vôi thô cấp III : cao < 5 Cm (đứa trực tiếp vào cán tinh)

Tuy nhiên dừng lại ở mức độ đồ án môn học nên chỉ thiết kế băng tải có kíchthước 30*5 Cm phân loại 3 loại sản phẩm với 5 kích thước lớn hơn 5 Cm, trong

khoảng 5 – 2,5 Cm và nhỏ hơn 2,5 Cm, mô phỏng lại cách điều khiển và phân loại đávôi trong thực tế.

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN2.1 Phương án băng tải sử dụng con lăng

Hình CÁC PHƯƠNG ÁN.2 Băng tải con lăng

Băng tải con lăng được sử dụng rộng rãi ở vị trí vận chuyển đòi hỏi khối lượngvật lớn, tốc độ vừa, ưu điểm lớn nhất của băng tải con lăng là có thể thiết kế hình dạngcong, đây là ưu điểm được các nhà sản xuất khai thác triệt để đặc biệt dùng nhiềutrong các dây chuyển các thùng hàng Vì khoảng giữa các con lăng có khoảng cáchnhất định (bước con lăng) nên không thể vận chuyển được các hạt có kích thước nhỏ

2.2 Băng tải PVC

Băng tải PVC được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền lắp ráp trong các lĩnh vực chế biến thực phẩm, dược phẩm, điện tử, thuốc lá, in ấn…Độ bền kéo tốt, tuổi thọ dài,

không bị dãn trong quá trình hoạt động Bề mặt dây PVC chống nước chịu nhiệt từ ( 10 ° C – 80 ° C) có thể chịu được nhiệt độ 110° C trong một thời gian nhất định Băng tải PVC có độ dày 1 -5 (mm) Khả năng chống thấm hơi ẩm, axit, dầu, khí, ánh sáng mặt trời Khả năng chống rách, bong tróc và tác động trọng lượng dây PVC nhẹ, linh hoạt … Băng tải PVC (Mặt trên trơn láng hoặc carô – mặt dưới là lớp bố dệt), có

độ dày1mm, 2mm, 3mm, 4,5mm

Hình CÁC PHƯƠNG ÁN.3 Băng tải PVC

2.3 Băng tải truyền động bằng cao su

Hình CÁC PHƯƠNG ÁN.4 Băng tải truyền động bằng cao su

Hệ thống băng chuyền bằng băng tải cao su là một hệ thống vận chuyển nguyênliệu mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất so với các hệ thống cùng chức năng Hệ thốngvận chuyển nguyên liệu bằng Băng tải cao su có thể được lắp đặt ở mọi địa hình, mọikhoảng cách

2.4 Kết luận chương 2

Vì dây chuyền được thiết kế để vận chuyển và phân loại đá vôi nên băng tảitruyền động bằng cao su là loại đáp ứng tốt nhất các yêu cầu về độ bền, tính linh hoạttrong lắp đặt, sửa chữa

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC

3.1 Mở đầu chương 3

Nhiệm vụ chính là thiết kế, thi công được một kết cấu băng tải với các yêu cầu vềkích thước đã đề ra ở chương 1

3.2 Độ rộng băng tải tối thiểu

Độ rộng băng tải phụ thuộc lưu lượng cần vận chuyển và kích cỡvật phẩm (hay kích thước của các “hạt” vật liệu) cần vận chuyểntrên băng Nếu kích cỡ vật phẩm càng lớn thì độ rộng băng tải càngphải rộng Hình bên dưới trình bày độ rộng tối thiểu của băng tải chocác giá trị kích cỡ vật phẩm khác nhau Cột A dùng cho các vật phẩm

có kích thước khá đồng nhất; cột B cho các dạng vật phẩm có kíchthước không đều – “hạt” to nhất không quá 10% thể tích hạt kíchthước trung bình

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.5 Mối quan hệ giữa độ rộng tối thiểu và kích cỡ

hạt vận chuyển

Với việc vận chuyển đá vôi thô, kích thước không đồng đều nên ta tra ở cột B vàkích thước “hạt” lớn nhất khoảng 200 mm nên ta chọn độ rộng tối thiểu là 600 mm làđạt yêu cầu đề ra

Tuy nhiên mô hình được thiết kế với bề rộng 5cm để mô phỏng lại băng tải trongthực tế

3.3 Tính toán vận tốc băng tải.

Vận tốc băng tải cần giới hạn tùy thuộc dung lượng của băng, độ rộng

nhóm vật phẩm khác nhau: nhóm A: Các loại vật liệu hạt; nhóm B: Than

có tính bào mòn; nhóm C là các vật phẩm gồm quặng cứng, đá và các vậtliệu có cạnh sắc

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.6 Mối quan hệ giữa độ rộng băng tải và tốc độ của

băng tải

Với việc vận chuyển đá vôi là loại quặng cứng, có tính sắc cạnh đồng thời độ rộngbăng tải đã chọn ở mục 3.2 là 600mm nên tốc độ tối đa của băng tải là 200 mm/phútVận tốc băng tải thường được tính toán nhằm đạt được lưu lượng vận chuyển theo yêucầu cho trước Lưu lượng vận chuyển của một băng tải có thể được xác định qua côngthức:

Qt = 60A.V.γ.s (tấn/giờ)

Trong đó:

+ Qt: Lưu lượng vận chuyển, tấn/ giờ;

+ A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển (m2)

+ γ: Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu (tấn/ m3)

+ Qt: Lưu lượng vận chuyển 5 tấn/ giờ;

+ A: Diện tích mặt cắt ngang dòng vận chuyển 0.031 (m2)

+ γ: Khối lượng riêng tính toán của khối vật liệu 2.6(tấn/ m3)

5

V = 103, 4 60.0,031.2,6

Ta thấy vận tốc này nhỏ hơn vận tốc tối đa được chọn ở trên nên tốc độ này là phùhợp

3.4 Tính chọn công suất động cơ

Công suất làm quay trục con lăn kéo trục của băng tải được tính toán theo

động cơ cấu gạt vật phẩm Vì băng tải không nghiên nên P3 = 0

Các thành phần được tính theo công thức sau:

• f là hệ số ma sát của các ổ lăn đỡ con lăn;

• W là khối lượng các bộ phận chuyển động của băng tải, không tính khối lượng

vật phẩm được vận chuyển (kg);

• Wm: Khối lượng vật phẩm phân bố trên một đơn vị dài của băng tải (kg/m);

• V : Vận tốc băng tải (m/phút)

• H : Chiều cao nâng (m)

• l : Chiều dài băng tải theo phương ngang (m)

• lo : Chiều dài băng tải theo phương ngang được điều chỉnh (m)

Các công thức phụ trợ để tính P1 P2

• Wl : Khối lượng phân bố của băng tải (kg/m)

• Wc : Khối lượng các chi tiết quay của một cụm các con lăn đỡ tải (kg);

• Wr : Khối lượng các chi tiết quay của một cụm các con lăn đỡ nhánh băng tải đi về;

• Pc : Bước các con lăn đỡ tải (m)

• Pr : Bước các con lăn đỡ nhánh chạy không (m)

• α: Góc dốc của băng tải

Các thông số băng tải :

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.7 Dải công suất động cơ

Tra theo dải công suất động cơ theo bảng ta chọn động cơ 3K132S2 5,5 kW 3 pha tốc

độ quay 2890 vòng/phút

3.5 Tính chọn hộp giảm tốc cho băng chuyền

Tốc độ quay định mức của động cơ là 2890 vòng/phút trong khi đó băng tải của ta theotính toán chỉ cần tốc độ 103,4 mét/phút Chọn đường kính trục của băng tải là 24 Cm

Từ đó ta tính được tốc độ quay của trục để đạt được tốc độ như yêu cầu là :

103, 4

= 1372π.0,12

Do đó ta chọn bộ giảm tốc để giảm tốc độ của động cơ xuống đồng thời tăngmomen, đáp ứng tốc độ đề ra của băng tải ban đầu, Tỉ số truyền của hộp giảm tốc theotính toán

2890 = 21,1137

K =

Tuy nhiên theo dải tỉ số truyền trên thực tế sẽ không có tỉ số truyền này do vậy tachọn tỉ số truyền gần đúng, theo hình bên dưới ta chọn hộp giảm tốc size 155 dùng chođộng cơ 5,5kW với tỉ số truyền 1/20 là đáp ứng được tốc độ yêu cầu của băng tải

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.8 Dải tỉ số truyền của các hộp số

Tuy nhiên giới hạn ở kinh phí, thời gian nên mô hình chọn một loại động mơ 5V

DC mini cùng hộp giảm tốc tuy nhiên vẫn đảm báo được các yêu cầu đề ra ban đầu:Các thông số kĩ thuật chính của động cơ :

Các thông số kĩ thuật chính:

+ Chiều dài: 4.5cm

+Chiều rộng: 2.5 cm

+Chiều cao: 2.5 cm

+ Điện áp hoạt động: 3V – 9V

+Tốc độ không tải: 125 vòng/phút ở điện áp 3V

+Dòng điện không tải: 70mA

+Tỉ lệ truyền hộp giảm tốc 1:48

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.9 Động cơ và hộp giảm tốc 5V DC

3.6 Chọn kết cấu gạt đá vôi

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.10 Xi lanh khí nén

Để gạt các đá vôi ra khỏi băng tải ta dùng van xi lanh khí nén, lực tác động củaxilanh khí nén là rất lớn, đáp ứng tốt yêu cầu, thông dụng, giá thành rẻ, bảo trì, bảodưỡng tương đối dễ dàng

Trong mô hình hiện đang sứ dụng động cơ mini servo để gạt vật, ưu điểm củamini servo là điều khiển chính xác được góc quay, hoạt động ổn định

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.11 Động cơ mini servo

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.12 Dạng sóng điều khiển động cơ mini servo

Các thông số kỹ thuật chính:

• Kích thước: 22,2 x 11,8 x 31 mm

• Tốc độ hoạt động: 100ms / 60 độ

• Phạm vi nhiệt độ: 0 ºC - 55 ºC

Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt Không giống như động cơ thôngthường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển với gócquay nằm trong khoảng bất kì từ 0o - 180o bằng việc cấp xung có độ rộng 1 đến 2 ms

Về điều khiển động cơ mini servo khác với các loại động cơ DC thông thường,

nó chỉ quay được góc từ 0 đến 180 độ ứng với độ rộng xung từ 1 ms đến 2 ms

Ở đây chọn góc quay 60 độ là đủ để gạt vật ra khỏi băng tải mô hình nên độ rộngxung là 1,3 ms với chu kì 20 ms

3.7 Chọn cảm biến phát hiện vật

Hình THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC.13 Cảm biến tiệm cận

Để phát hiện kích thước đá vôi quá qui định chạy trên băng tải ta đặt cảm biếnphát hiện đá vôi thô cấp I ở độ cao 20 Cm so với bề mặt băng tải, để phát hiện đá vôithô cấp II ta đặt cảm biến 2 ở độ cao 5 Cm so với bề mặt băng tải còn đá vôi thô cấp 5

có độ cao nhỏ hơn 5 Cm thì được cho đi qua không bị đẩy khỏi băng tải và đến thẳngmáy cán tinh