Thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm sử dụng PLC s7 200

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng triệt để, nhất là đối với việc phân loại sản phẩm vẫn còn phụ thuộc lớn vào yếu tố nhân c

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA: CƠ ĐIỆN – CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN: ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:Thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm

sử dụng PLC S7-200

Hà Nội - năm 2017

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

LỜI MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài: Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số

lượng sản phấm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động PLC giúp giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Chính vì thế mà tôi đã chọn đề

tài “Thiết kế mô hình dây chuyền tự động phân loại sản phẩm sử dụng PLC 200”

Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo thành công mô hình dây chuyền tự

động phân loại bằng cơ khí và hệ thống điều khiển bằng PLC S7-200

Phạm vi nghiên cứu: Các khâu phân loại sản phẩm trong các dây chuyền đóng

gói hoa quả, sữa, v.v tại các nhà máy trong nước

Đối tượng nghiên cứu: Các dây chuyền tự động ứng dụng PLC S7-200

Phương pháp nghiên cứu: Mô hình hóa đối tượng

Bố cục của đề tài: đề tài được chia làm 4 chương chính

Chương 1: ―Tổng quan‖ về các dây chuyền sản xuất, cũng như mô hình dây

chuyền phận sản phẩm đã được chế tạo

Chương 2: ―Thiết kế hệ thống chấp hành‖ Tập trung vào tính toán, chế tạo

các cơ cấu cơ khí trong mô hình

Chương 3: ―Thiết kế hệ thống điều khiển‖ tính toán lựa chọn các thiết bị điện

trong tủ điện, và phương án lập trình điều khiển dây chuyền

Kết Luận

Mô hình dưới đây được xây dựng từ các mô hình tham khảo Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian tìm hiểu có hạn nên đồ án của tôi chưa thế phát huy hết ý tưởng vào trong mô hình Mô hình ― Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước‖ rất phức tạp về cơ khí và rất khó để thể hiện Ở đây tôi xin đưa ra một mô hình thu nhỏ của hệ thống và vì vậy mà hiệu quả sẽ không cao

Rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô, cùng các bạn để cho đề tài này của tôi ngày càng hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện đề tài Mai Văn Đại

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

NHẬN XÉT

(Của cơ sở thực tập, nếu có)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

XÁC NHẬN CỦA CƠ SỞ THỰC TẬP

(Ký tên, đóng dấu)

Mẫu KL-04

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

NHẬN XÉT

(Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Chữ ký, họ tên)

Mẫu KL-05

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

NHẬN XÉT

(Của giảng viên phản biện)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

(Chữ ký, họ tên)

Mẫu KL-06

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất tự động 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Khái niệm chung về dây chuyền sản xuất tự động hóa 1

1.1.3 Các hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay 2

1.2 Giới thiệu hệ thống phận loại sản phẩm theo kích thước 5

1.2.1 Yêu cầu bài toán thiết kế 5

1.2.2 Giới thiệu sơ lược về sản phẩm của đề tài 5

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẤP HÀNH 8

2.1 Yêu cầu, nhiệm vụ và bài toán cụ thể trong thiết kế mô hình 8

2.1.1 Yêu cầu 8

2.1.2 Nhiệm vụ 8

2.1.3 Bài toán cụ thể 8

2.2 Phương án thiết kế 9

2.2.1 Hệ thống băng tải 9

2.2.2 Cơ cấu đẩy sản phẩm và gắp thùng sản phẩm 14

2.3 Động cơ 18

2.4 Bộ truyền đai 19

2.4.1 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động 19

2.4.2 Tính toán bộ truyền đai 20

2.5 Băng tải 21

2.5.1 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động 21

2.5.2 Tính toán thiết kế băng tải 21

2.6 Cơ cấu đẩy sản phẩm trên băng tải phân loại vào ngăn chứa 24

2.6.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động 24

2.6.2 Tính toán động lực học 24

2.7 Cánh tay gắp thùng sản phẩm loại 25

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

2.7.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động 25

2.7.2 Tính toán động lực học 25

2.8 Thành phẩm mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước 27

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 28

3.1 Yêu cầu, nhiệm vụ và bài toán cụ thể trong thiết kế hệ thống điều khiển 28

3.1.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 28

3.1.2 Nhiệm vụ thiết kế 28

3.1.3 Bài toán cụ thể 28

3.2 Giới thiệu PLC S7-200 30

3.2.1 Cấu hình cứng PLC S7-200 30

3.2.2 Phân loại PLC 31

3.2.3 Ưu-nhược điểm của PLC 31

3.2.4 Nguyên lý hoạt động của PLC 32

3.2.5 Địa chỉ và gán địa chỉ 32

3.2.6 Lập trình cơ bản 33

3.3 Thiết bị điện thu thập dữ liệu và điều khiển cơ cấu chấp hành 33

3.3.1 Thu thập dữ liệu 33

3.3.2 Điều khiển cơ cấu chấp hành 35

3.4 Thiết kế điều khiển 37

3.4.1 Bảng địa chỉ đầu vào và đầu ra của hệ thống 37

3.4.2 Sơ đồ nguyên lý tủ điện điều khiển 39

3.4.3 Sơ đồ Lắp đặt 39

3.4.4 Bảng điện lắp thành phẩm 39

3.4.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển 40

3.4.6 Chương trình điều khiển 43

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất sữa tại nhà máy sữa VINAMILK 2

Hình 1.2: Sử dụng cánh tay robot trong hàn, cắt kim loại 2

Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 3

Hình 1.4: Hệ thống phân loại cam theo kích thước 3

Hình 1.5: Hệ thống phân loại tính chất của sản phẩm 4

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 5

Hình 2.1: Mô hình tổng thể sau khi thiết kế trên phần mềm Autodes inventer 9

Hình 2.2: Băng tải 9

Hình 2.3: Cấu tạo băng tải 10

Hình 2.4: Băng tải đai 11

Hình 2.5: Băng tải con lăn 11

Hình 2.6: Động cơ DC KM3448A 12

Hình 2.7: Động cơ bước 13

Hình 2.8: Động cơ Servo 13

Hình 2.9: Bộ truyền đai 14

Hình 2.10: Pittong Xilanh 14

Hình 2.11: Xilanh tác dụng đơn 14

Hình 2.12: Xilanh tác dụng hai chiều 15

Hình 2.13: XiLanh thủy khí 15

Hình 2.14: Động cơ giảm tốc 18

Hình 2.15: Bộ truyền đai 19

Hình 2.16: Sơ đồ băng tải 21

Hình 2.17: Sơ đồ băng tải 21

Hình 2.16 : Thiết kế băng tải sản phẩm loại 23

Hình 2.17: Thiết kế băng tải sản phẩm nhiều kích thước 23

Hình 2.18: Thiết kế cánh tay gắp sản phẩm 25

Hình 2.19: Mô hình tổng thể sau khi hoàn thiện ngoài thực tế 27

Hình 3.1: Sơ đồ lắp đặt thiết bị điện trong mô hình điện 29

Hình 3.1: Khối mặt trước của PLC CPU 224 30

Hình 3.2: Bộ phát tia laser 34

Sinh viên thực hiện: Mai Văn Đại Hướng dẫn: TS.Hoàng Sơn

Hình 3.3: Cảm biến thu laser 34

Hình 3.4: Nút nhấn 35

Hình 3.5: Relay OMRON 8C-24VDC và sơ đồ chân của nó 35

Hình 3.6: Van 5/2 36

Hình 3.7: Kí hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van 36

Hình 3.8: Ký hiệu van xả khí 36

Hình 3.9: Kí hiệu của van đảo chiều 37

Hình 3.10: Van tiết lưu 37

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý lắptủ điện điều khiển(Xem phục lục 1) 39

Hình 3.12: Sơ đồ lắp đặt linh kiện của mô hình(Xem phục lục 2) 39

Hình 3.13: Tủ điện khi hoàn thành 39

Hình 3.14: Sơ đồ tổng quan hệ thống 40

Hình 3.15: Sơ đồ khởi động hệ thống 41

Hình 3.16: Sơ đồ kiểm tra và phân loại sản phẩm 41

Hình 3.17: Sơ đồ hệ thống bốc xếp 42

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Đầu vào 37

Bảng 3.2: Đầu ra 38

1

Chương 1:

TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất tự động

1.1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điều khiển

tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong cáclĩnh vực công nghiệp, do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền công nghiệp đất nước Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa hiện đại đó là phân loại sản phẩm Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng triệt để, nhất là đối với việc phân loại sản phẩm vẫn còn phụ thuộc lớn vào yếu tố nhân công và con người, chính vì vậy nhiều khi năng suất của dây chuyền vẫn còn thấp và chất lượng sản phẩm đầu ra chưa đạt yêu cầu Từ những vấn đề còn tồn tại trong thực tế, nhưng yêu cầu cấp thiết để khắc phục những vấn đề nêu trên, em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm theo kích thước

1.1.2 Khái niệm chung về dây chuyền sản xuất tự động hóa

1 Khái niệm

Dây chuyền sản xuất tự động hóa có đặc điểm:

- Là một 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 :

1-Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến

2-Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng

3-Dây chuyền gồm các máy tổ hợp

4-Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hóa

5-Dây chuyền gồm các máy NC,CNC

2 Cơ cấu vận chuyển phôi trên dây chuyền

Để vận chuyển loại phôi không quay lúc gia công,người ta thường dung các cơ cấu sau: -Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy

2

-Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy

-Cơ cấu tay đòn có má kẹp nâng kiểu khớp

-Cơ cấu đẩy thủy lực

-Băng tải,tải xích

1.1.3 Các hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay

1 Một số ví dụ về hệ thống sản xuất tự dộng

a Hệ thống sản xuất sữa

Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất sữa tại nhà máy sữa VINAMILK

Vinamilk hiện đang sở hữu dây chuyền sản xuất hiện đại nhất Việt Nam Toàn bộ dây chuyền máy móc thiết bị của công ty đều dựa trên công nghệ tiên tiến của các nước trên thế giới mà không ngừng được nâng cao, đảm bảo cung cấp đủ cho thị trường trong nước

và cả thế giới

b Hệ thống hàn, cắt tự động

Hình 1.2: Sử dụng cánh tay robot trong hàn, cắt kim loại

Dây chuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tựu dộng hóa ngàycàng cao, năng suất làm việc chất lượng sảm phẩm ngày càng được nâng lên, vai trò của công nhân dần được thay thế bởi máy móc Hiệu quả làm việc tăng đáng kể

2 Một số hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay

a Hệ thống phân loại theo màu sắc

3

Hình 1.3: 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

b Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

Hình 1.4: Hệ thống phân loại cam theo kích thước

- Nguyên lí hoạt động: sử dụng cảm biến quang để phân biệt các sản phẩm có các 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

4

Ứng dụng: Mô hình có thể ứng dụng vào thực tế để như phân loại các loại bánh, trái cây, phân loại thùng chứa

c Hệ thống phân loại tính chất sản phẩm

Hình 1.5: 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 có tính kim loại hay không (đồng, thép, sắc….)

* Nhận xét: Hệ thống có khả năng phân biệt được tính chất của sản phẩm, ngay cả khi sản phẩm đóng gói nên việc phân loại sản phẩm dễ 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

- Tự động hóa trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, năng suất chất lượng sản phẩm được tăng lên, giá thành sản phẩm được giảm, lao động cơ bắp của con người dần được thay thế Quá trình sản xuất được vận hành một cách tự động theo một trình tự nhất định, nhờ

đó đẩy mạnh được chuyên môn hóa trong sản xuất góp phần đưa đất nước phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong tương lai

- Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong thực tế mang lại hiệu quả cao như hệ thống phân loại màu sắc, kích thước…Các hệ thống này ngày càng được cải tiến, đáp ứng được nhu cầu của con người

- Từ những vấn đề đó, chúng em hướng đến đề tài ―Thiết kế mô hình hệ thống phân loại

sản phẩm theo kích thước‖ Đề tài này sẽ hướng đến việc thiết kế các khâu quan trọng

của hệ thống như mô hình cơ khí dây chuyền, hệ thống truyền động, khí nén, hệ thống mạch điện điều khiển và chương trình PLC để điều khiển dây chuyền từ đó làm cơ sở để phát triển lên dây chuyền phân loại trong thực tế

5

1.2 Giới thiệu hệ thống phận loại sản phẩm theo kích thước

1.2.1 Yêu cầu bài toán thiết kế

Thiết kế mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo một thông số kích thước (chiều cao) với các chức năng như:

- Tự động phân phân loại sản phẩm theo chiều cao và đưa sản phẩm vào các vị trí xác định trước để phục vụ cho việc đóng gói và lưu kho

- Hệ thống được điều khiển tự động hoàn toàn thông qua PLC

1.2.2 Giới thiệu sơ lược về sản phẩm của đề tài

1.Sơ đồ nguyên lý

Hệ thống gồm có 4 cơ cấu sau: cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm và ngăn chứa sản phẩm được phân loại, cơ cấu băng tải thùng, cơ cấu cánh tay robot gắp sản phẩm, cơ cấu băng tải sản phẩm

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống Chú thích hình 1.6

(1)Cánh tay khí nén bốc xếp

(2)Băng tải chở sản phẩm loại

(3)Băng tải chở sản phẩm nhiều kích thước

(4)Cơ cấu phân loại

(5)Ngăn chứa sản phẩm (6)Cảm biến

(7)Hộp tiếp liệu (8)Kho chứa sản phẩm loại

6

2 Các cơ cấu trong hệ thống

 Cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm và ngăn chứa sản phẩm đã được phân loại

* Cơ cấu hộp tiếp liệu:

- Cơ cấu sử dụng một đường dẫn thẳng có biên dạng hình tròn, với nhiệm vụ dẫn cho sản

phẩm có thể đứng vững trên bề mặt chuyển động của băng tải

* Cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm

- Cơ cấu đẩy thùng sản phẩm gồm PITTONG1.2.3 và thùng chứa sản phẩm

- Cơ cấu có nhiệm vụ phân loại các sản phẩm cao, trung bình, thấp, sản phẩm phân loại

vào băng tải 2 để đến ngăn chứa sản phẩm loại

* Ngăn chứa sản phẩm

- Ngăn chứa sản phẩm được thiết kế gồm 4 ngăn 3 ngăn liền nhau để chứa 3 sản phẩm

được phân loại bằng pitton, ngăn rời dùng để chứa sản phẩm loại, và được cánh tay gắp

chuyển đi

 Cơ cấu băng tải 1 (Băng tải vận chuyển sản phẩm đang chuẩn bị được phân loại)

- Cơ cấu gồm một động cơ DC, băng tải 1 và 3 cảm biến (S1)

- Băng tải có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào, khi sản phẩm gặp cảm biến,cảm biến có tín

hiệu đưa về PLC xử lí và chuyển tiếp tín hiệu cho pitton, pitton sẽ đẩy sản phẩm vào

thùng chứa tương ứng

 Cơ cấu cánh tay gắp sản phẩm (Thùng Sản phẩm loại)

- Cơ cấu cánh tay gắp sản phẩm gồm PITTONG2, PITTONG3, PITTONG4

- Cơ cấu có nhiệm vụ như sau:

+ Nếu cảm biến (S2) phát hiện đủ sản phẩm đi qua, cảm biến s2 có tín hiệu sẽ tác động

đến cơ cấu cánh tay robot -> Gắp sản phẩm ->Bỏ sản phẩm vào thùng chứa sản phẩm

Băng tải sản phẩm (Băng tải vận chuyển sản phẩm loại có kích thước khác nhau)

- Cơ cấu gồm một động cơ DC, băng tải 2; 1 cảm biến

- Băng tải 2 có nhiệm vụ đưa sản phẩm loạicảm biến (S2) có tín hiệu thì được cánh tay

gắp thùng

3 Nguyên lí hoạt động

- Nhấn nút START ->Khởi động hệ thống

-> Động cơ (DC1) quay kéo băng tải 1 hoạt động

-> Động cơ (DC2) quay kéo băng tải 2 hoạt động

+ Nếu sản phẩm cao đi qua cảm biến (S4) có tín hiệu -> pitton đẩy sản phẩm vào ngăn tương ứng

7

+ Nếu sản phẩm trung bình đi qua cảm biến (S5) có tín hiệu -> pitton đẩy sản phẩm

vào ngăn tương ứng

+ Nếu sản phẩm thấp đi qua cảm biến (S6) có tín hiệu -> pitton đẩy sản phẩm vào

ngăn tương ứng

- Khi số sản phẩm thấp được cho qua và rơi vào thùng chứa đủ 5 sản phẩm nhờ cảm

biếm (S7) đếm-> động cơ (DC2) dừng Tiếp tục cánh taygắp để đưa thùng sản phẩm loại

ra ngoài

- Hệ thống tự động hoạt động theo chu kì như trên cho đến khi nhấn STOP thì dừng

toàn bộ hệ thống Khi nhấn STOP đồng thời ta RESET lại toàn bộ hệ thống làm việc

8

Chương 2:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẤP HÀNH 2.1 Yêu cầu, nhiệm vụ và bài toán cụ thể trong thiết kế mô hình

2.1.1 Yêu cầu

- Mô hình dây chuyền phải chạy ổn định trong thời gian vận hành

- Đáp ứng được bài toán phân loại sản phẩm theo kích thước

- Dễ dàng sửa chữa và nâng cấp hệ thống

2.1.2 Nhiệm vụ

- Thiết kế băng tải vận chuyển sản phẩm nhiều kích thước

- Thiết kế băng tải vận chuyển sản phẩm loại

- Thiết kế cơ cấu gắp thùng sản phẩm và ngăn chứa sản phẩm

- Thiết kế các cảm biến để phát hiện thùng và sản phẩm

- Thiết kế cánh tay robot để gắp thùng đặt vào ngăn xếp

- Thiết kế hệ thống điều khiển

2 Cơ cấu đẩy sản phẩm

- Cơ cấu sử dụng PITONG đẩy, đẩy sản phẩm đang chạy trên băng tải vào ngăn chứa sản phẩm

- Nhiệm vụ: cơ cấu có tác dụng đưa sản phẩm vào băng tải

3 Cơ cấu cánh tay robot

- Cánh tay được thiết kế có ba bậc tự do trong đó gồm một bậc xoay, một bậc tịnh tiến lên xuống và một bậc chuyển động tịnh tiến vào ra để gắp và nhả sản phẩm

- Nhiệm vụ: gắp thùng sản phẩm loại

9

4 Mô hình 3D tổng thể

Chú thích hình ảnh:

(1): hộp tiếp liệu;(2): bãi kho;(3):ngăn chứa sản phẩm; (4) (5) (6): cơ cấu đẩy sản phẩm;

(7) (8) (9): cảm biến; (10): cơ cấu gắp thùng(cánh tay khí nén); (11) (12): băng tải chuyển sản phẩm

Hình 2.1: Mô hình tổng thể sau khi thiết kế trên phần mềm Autodes inventer

Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc một

số sản phẩm khác Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được

2 Ưu điểm của băng tải

Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm

ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng Vốn đầu 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 khác không lớn lắm

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

3 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 2.3: Cấu tạo băng tải

(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 giử lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

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

11

4 Các loại băng tải và phương án lựa chọn

* Phân loại

Băng tải có nhiều loại, mỗi loại dùng để tải những vật liệu khác nhau Tùy vào mục

đích sử dụng và vật cần tải mà ta chọn băng tải cho phù hợp

Bảng 2.1: Danh sách các loại băng tải

* Lựa chọn băng tải

- Đối với sản phẩm là chất lỏng ta dùng băng tải kênh dẫn

- Đối với sản phẩm rời rạc thì ta dùng băng tải con lăn hoặc băng tải đai con lăn hoặc băng tải đai

Hình 2.4: Băng tải đai

Hình 2.5: Băng tải con lăn

Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, băng tải có nhiệm vụ cung cấp sản

12

phẩm và thùng chứa để phân loại Do yêu cầu là sản phẩm và thùng 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, thùng 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

5 Chọn động cơ cho băng tải

Băng tải dẫn động bằng động cơ điện DC Ta có thể lựa chọn các phương án sau:

- Động cơ DC

Hình 2.6: Động cơ DC KM3448A

+ Ưu điểm: giá thành rẻ, dễ điều khiển, moment xoắn lớn

+ Nhược điểm: Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp

Phải có mạch phản hồi thì mới nâng cao độ chính xác

- Động cơ bước

+ Ưu điểm: Điều khiển vị trí tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi

Thường sử dụng trong các loại máy CNC

+ Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ

- Động cơ servo

+ Ưu điểm: Có thể hoạt động ở tốc độ cao Nếu tải đặt vào động cơ tăng thì bộ điều khiển sẽ tự tăng dòng đến cuộn dây động cơ giúp động cơ tiếp tục quay, tránh được hiện tượng trượt bước

(Hình 2.5) Động cơ KM-3448 được thiết kế tích hợp bộ giảm tốc bên trong nên có thể tải

trọng khá lớn

Động cơ có các thông số như sau: Nguồn 24VDC, n = 220(vòng/phút), công suất 0,009 kW Moment xoắn cực đại 7,5 N.m; khối lượng 250g, đường kính trục 6mm Hệ số giảm tốc là 50:1 Nhông bằng thép, tuyệt đối không có hiện tượng bị bể nhông, không có hiện tượng bị gãy cùi

6 Chọn bộ truyền dẫn động cho băng tải

+ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)

+ Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với

14

vận tốc lớn

+ Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh đƣợc dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

+ Kết cấu và vận hành đơn giản

+ Nhờ vào sự trƣợt trơn của đai nên đề phòng sự qua tải xảy ra trên động cơ

Hình 2.9: Bộ truyền đai

2.2.2 Cơ cấu đẩy sản phẩm và gắp thùng sản phẩm

Hình 2.10: Pittong Xilanh

Cơ cấu chấp hành có nhiện vụ biến đổi năng lƣợng khí nén thành năng lƣợng cơ học

Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén)

Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều): Áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng

Hình 2.11: Xilanh tác dụng đơn

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

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

15

Hình 2.12: Xilanh tác dụng hai chiều

1 Cửa nối mặt đáy pittong 6 Cửa nối mặt trước pittong

2 Diện tích cần pittong 7 Mặt đáy pittong

3 Đáy xilanh 8 Mặt trước pittong

5 Bề mặt xilanh

Để thiết kế cơ cấu đẩy và gắp sản phẩm ta có thể sử dụng các phương án sau:

* Dùng động cơ để đẩy và gắp sản phẩm

- Ưu điểm: + Giá thành rẻ

+ An toàn khi sử dụng

+ Thời gian trể nhỏ

+ Mức độ thất thoát năng lượng không đáng kể

- Nhược điểm: + Chuyển động gây tiếng ồn do ma sát sinh ra

+ Tuổi thọ không cao do bị mài mòn

+ Kích thước hơi cồng kềnh

* Dùng xilanh-Pittong thủy lực để đẩy và gắp sản phẩm

Hình 2.13: XiLanh thủy khí

- Ưu điểm: + Tuổi thọ cao, chịu quá tải tốt

+ Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động

+ Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng, ít giật cục gây ấn suất động + Thiết kế đảo chiều dễ dàng, chịu quá tải tốt

- Nhược điểm: + Có thời gian trể lớn hơn cơ khí Chế tạo đòi hỏi chính xác cao + Giá thành cao, chế tạo đòi hỏi chính xác cao

16

+ Mức độ an toàn không cao khi vận hành

+ Hiệu suất không cao do sự rò rỉ khí, mất mát từ ống dẫn khí

Phân tích những phương án đó, chúng em chọn phương án sử dụng xilanh kép để đưa vào hệ thống Tạo sự linh hoạt trong điều khiển, đáp ứng yêu cầu đặt ra

Trong một hệ thống tự động một thành phần rất quan trọng là cảm biến Cũng giống như các giác quan của con người, cảm biến giúp robot nhận biết được môi trường xung quanh Từ đó đưa ra các phản ứng thích hợp ở cơ cấu chấp hành Có rất nhiều loại cảm biến:

- Cảm biến ánh sáng laze

- Quang điện trở

- Tế bào quang điện

- Cảm biến siêu âm

- Cánh tay gắp phải được thiết kế một cách chắc chắn, có độ chính xác cao

- Chịu được lực lớn trong qua trình nâng hạ, gắp sản phẩm

- Hệ thống nâng hạ, gắp sản phẩm phải có lực đủ lớn

- Cánh tay không bị ngã hay lệch trong khi di chuyển

- Đảm bảo yêu cầu về mặt thẩm mỹ

* Thiết kế khung cánh tay gắp

- Yêu cầu: cánh tay gắp là phần chịu tải trọng lớn nhất trong mô hình cơ khí, khung cánh tay phải chịu lực, chịu tải trọng va đạp nếu có sự cố xảy ra, chịu tải trọng của thanh trượt

bi khi hoạt động ở chế độ làm việc bình thường, giúp cho làm việc ổn định hiệu quả hơn

và đảm yêu cầu về thẩm mỹ của robot

* Thiết kế hệ thống di chuyển tịnh tiến lên xuống, ra vào

cố định và bên trong mối ăn khớp này là những viên bi nhỏ, những viên bi này được làm bằng thép chống ăn mòn do ma sát cao giúp cho thanh trượt mịn, không rơ trượt với độ chính xác cao

* Dùng xilanh-Pittong thủy lực để đẩy và kẹp

- Ưu điểm: + Tuổi thọ cao, chịu quá tải tốt Thiết kế đảo chiều dễ dàng

+ Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động

+ Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng, ít giật cục gây ấn suất động

- Nhược điểm: + Có thời gian trễ lớn hơn cơ khí

+ Giá thành cao, chế tạo đòi hỏi chính xác cao

+ Mức độ an toàn không cao khi vận hành

+ Hiệu suất không cao do sự rò rỉ khí, mất mát từ ống dẫn khí

* Cánh tay robot thực hiện nhiệm vụ gắp và thả sản phẩm cao và thấp vào hai vị trí khác nhau nên chúng em chọn và thiết kế cánh tay có ba bậc tự do gồm hai bậc tịnh tiến và một bậc quay giúp cánh tay chuyển động dễ dàng và linh hoạt

Để điều khiển hệ thống hoạt động ta có các phương án được đưa ra:

+ Phương án lập trình cho hệ thống bằng vi điều khiển 8051

18

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ hiểu Không yêu cầu cao về mạch điều khiển

- Dễ dàng thiết kế và thay đổi logic điều khiển: với các hệ thống điều khiển sử dụng role, khi thay đổi logic điều khiển cần có nhiều thời gian để nối lại dây cho các thiết bị và panel điều khiển, và đó là một công việc phức tạp Với hệ thống điều khiển sử dụng PLC, thay đổi logic điều khiển bằng cách thay đổi chương trình thông qua thết bị lập trình và ngôn ngữ lập trình chuyên dùng Điều đó làm giảm đáng kể thời gian thiết kế hệ thống

ηkhớp nối=0,99; ηổ lăn =0,99; ηbánh răng =0,98; ηxích =0,93; ηtrục =0,98

- Tỷ số truyền sơ bộ của hệ thống dẫn động dùng cho bộ truyền xích là: Usb =ubr ux(4)

- Chọn tỷ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ: