HD4 vũ tuấn ANh nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Giảng viên hướng dẫn: Th.S Vũ Tuấn Anh Họ tên thành viên : Nguyễn Hữu Khuyến - 2018606132 Hoàng Văn Lợi - 2018606336 Lê Hữu Huy - 2018606545 Nhóm – CĐT4 – Khóa: 13 Hà Nội - 2022 i LỜI NÓI ĐẦU Trong cơng Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đất nuớc, khí nói chung đóng vai trị quan trọng Nhưng ngày với phát triển vượt bậc cơng nghệ, khí truyền thống khơng thể mang lại hiệu cao kinh tế thị trường Chính xuất xu hướng cơng nghệ, kết hợp khí, cơng nghệ thơng tin điện tử để hình thành lĩnh vực mới: Lĩnh vực Cơ điện tử Trên giới, điện tử xuất từ lâu phát triển mạnh, Việt Nam lĩnh vực trình hình thành phát triển Một sản phẩm điện tử “Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” Với việc dùng sức người, cơng việc địi hỏi tập trung cao có tính lặp lại khó đảm bảo xác cơng việc Điều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Nhận thấy cần thiết tầm quan trọng hệ thống thời đại công nghiệp nay, với việc để củng cố áp dụng kiến thức học trường vào thực tế Nhóm thực đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” sử dụng lập trình PLC Siemens Để hoàn thành đề tài chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội thầy cô khoa khí truyền lại kiến thức quý báu suốt thời gian chúng em theo học trường tạo điều kiện để chúng em tham gia vào nghiên cứu đề tài Trong trình nghiên cứu thiết kế đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” nhóm nỗ lực nghiên cứu, tìm tịi đặc biệt dẫn, hướng dẫn tận tình thầy Vũ Tuấn Anh, nhóm giải vấn đề gặp phải hồn thành đề tài Do sản phẩm nhóm dừng lại mức độ mơ hình nên mong q thầy (cơ) có góp ý nhận xét để nhóm khắc phục nhược điểm phát huy ưu điểm hệ thống Chúng em xin chân thành cảm ơn! i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam 1.2 Các vấn đề đặt 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp thực 1.5 Giới hạn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 Hệ thống phân loại 2.2 Cảm biến 10 2.3 Cơ cấu chấp hành 13 2.3.1 Xylanh 13 2.3.2 Van điện từ khí nén 5/2 14 2.3.3 Động điện chiều 15 2.3.4 Nguồn xung 16 2.4 Hệ thống điều khiển 17 2.4.1 Bộ điều khiển PLC 17 2.4.2 Rơ le trung gian 24 2.4.3 Phần tử điều khiển khác 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 29 3.1 Thiết kế hệ thống khí 30 3.1.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị 30 3.1.2 Mơ hình hóa hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 47 3.1.3 Thi cơng hệ thống khí 50 ii 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 52 3.2.1 Lập trình hệ thống điều khiển 52 3.2.2 Mô hệ thống phần mềm Wincc 57 3.3 Thiết kế hệ thống điện 59 3.3.1 Lựa chọn thiết bị điện cho hệ thống 59 3.3.2 Thi công hệ thống điện 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 74 4.1 Kết đạt 74 4.2 Định hướng phát triển 75 TỔNG KẾT 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước, màu sắc Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm Vietnam Post Hình 2.1: Các cấu hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Hình 2.2: Hình ảnh nhơm định hình Hình 2.3: Hình ảnh cấu tạo chung băng tải Hình 2.4: Hình ảnh minh họa ổ chứa phơi kiểu ống 10 Hình 2.5:Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ 11 Hình 2.6: Các loại cảm biến tiện cận cảm ứng từ 12 Hình 2.7: Hình ảnh cấu tạo xylanh 13 Hình 2.8: Hình ảnh cấu tạo van 5/2 14 Hình 2.9: Hình ảnh nguồn xung 24V 17 Hình 2.10: Hình ảnh điều khiển PLC S7-200 20 Hình 2.11: Bảng liệu CPU họ 22x 21 Hình 2.12: Hình ảnh Rơ le trung gian 25 Hình 2.13: Hình ảnh Aptomat 27 Hình 2.14: Hình ảnh nút nhấn 28 Hình 2.15: Hình ảnh đèn báo hiệu 28 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 29 Hình 3.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Solidworks 30 Hình 3.3: Hình ảnh băng tải 31 Hình 3.4: Lực tác dụng lên băng tải 35 Hình 3.5: Hình ảnh động NF5475E 38 Hình 3.6: Hình ảnh Puli GT2 loại 16 42 Hình 3.7: Hình ảnh Puli GT2 loại 60 42 Hình 3.8: Hình ảnh xylanh khí nén trịn MAL 20*100 44 Hình 3.9: Trạng thái hoạt động van xylanh 45 Hình 3.10: Xylanh Khí Nén TN-10x10-S 45 Hình 3.11: Van điện từ khí nén 5/2 Airtac 46 Hình 3.12: Hình ảnh băng tải thiết kế phần mềm Solidworks 47 iv Hình 3.13: Hệ thống cấp sản phẩm thiết kế phần mềm Solidworks 48 Hình 3.14: Hình ảnh gá đặt cảm biến xylanh thiết kế Solidworks 49 Hình 3.15: Hình ảnh máng trượt thiết kế Solidworks 49 Hình 3.16: Hình ảnh tổng quát hệ thống phần mềm Solidworks 50 Hình 3.17: Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 51 Hình 3.18: Lưu đồ thuật tốn hệ thống 53 Hình 3.19: Giao diện khởi động chương trình STEP – MicroWin 54 Hình 3.20: Chọn cổng giao tiếp cho PLC 55 Hình 3.21: Chọn tốc độ truyền liệu 55 Hình 3.22: Kết nối đến PLC 56 Hình 3.23: Kết nối PLC S7-200 đến máy tính 56 Hình 3.24: Biểu tượng download chương trình xuống PLC 57 Hình 3.25: Giao diện download chương trình số PLC 57 Hình 3.26: Ảnh trang Home hệ thống mơ Wincc 58 Hình 3.27: Mô hoạt động hệ thống Wincc 58 Hình 3.28: Hình ảnh nguồn switching 24VDC-5A 59 Hình 3.29: Hình ảnh cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 61 Hình 3.30: Hình ảnh mơ tả cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 62 Hình 3.31: Relay Omron MY2N-GS 62 Hình 3.32: Hình ảnh PLC Siemens S7-200 CPU224 AC/DC/RLY 63 Hình 3.33: Kí hiệu chung Timer biểu diễn LAD 65 Hình 3.34: Hình ảnh tập lệnh sử dụng định thời TON 66 Hình 3.35: Hình ảnh giản đồ thời gian định thời TON 66 Hình 3.36: Hình ảnh tập lệnh sử dụng tập lệnh TONR 67 Hình 3.37: Hình ảnh giản đồ thời gian định thời TONR 68 Hình 3.38: Hình ảnh tập lệnh sử dụng tập lệnh TOF 69 Hình 3.39: Hình ảnh giản đồ thời gian định thời TOF 70 Hình 3.40: Bộ đếm xuống CTU biểu diễn LAD 71 Hình 3.41: Hình ảnh tập lệnh sử dụng đếm CTU 72 Hình 3.42: Hình ảnh giản đồ xung đếm CTU 72 Hình 3.43: Thiết kế đấu nối hệ thống điện điều khiển hệ thống 73 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Bảng hiệu suất truyền đai chủ yếu[1] 37 Bảng 3.2: Thông số kĩ thuật động NF5475E 38 Bảng 3.3: Bảng tra thông số modul m truyền đai 40 Bảng 3.4: Thơng số kĩ thuật xylanh khí nén trịn MAL 20*100 44 Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật Xylanh khí nén TN-10x10-S 46 Bảng 3.6: Thông số kĩ thuật van điện từ khí nén 5/2 Airtac 47 Bảng 3.7: Bảng địa cho hệ thống phân loại sản phẩm 52 Bảng 3.8: Thông số kĩ thuật nguồn switching 24VDC-5A 60 Bảng 3.9: Thông số kĩ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 61 Bảng 3.10: Bảng thông số kĩ thuật Relay Omron MY2N-GS 62 Bảng 3.11: Bảng thông số kĩ thuật PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RLY 64 Bảng 3.12: Bảng độ phân giải TON/TOF 66 Bảng 3.13: Bảng độ phân giải TONR 67 Bảng 3.14: Bảng độ phân giải cácTOF 69 Bảng 4.1: Bảng kết thử nghiệm 74 vi CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 4.1 Kết đạt Kết thử nghiệm sau thiết kế Bảng 4.1: Bảng kết thử nghiệm Độ Thiết Chức Lần kế xác x x x x x ✓ ✓ ✓ Nguyên nhân Cách khắc phục x Cảm biến không nhận Gá đặt cảm biến lại diện sản phẩm cho vị trí cảm gá cảm biến cao biến nhận diện sản phẩm cần phân loại x Xylanh đẩy trượt sản Thiết kế thêm phẩm chắn đầu trục piston đẩy để đẩy sản phẩm không bị trượt ✓ Cơ cấu cấp phôi không Thiết kế lại ống phôi ổn định, phôi bị mắc để sản phẩm ống phơi ống phơi rơi xuống dễ dàng bị biến dạng ✓ Sản phẩm đẩy khỏi ổ chứa đến băng tải mạnh, khiến sản phẩm rơi Làm thêm rãnh nhơ lên phía hai bên băng tải để ngăn ko cho sản phẩm rơi khỏi băng tải Kết luận Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” đề tài hay, đề tài phổ biến ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp Thông qua đề tài nhóm hiểu nắm vững nguyên tắc hoạt động thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Áp dụng kiến thức học để thiết kế hệ thống hồn chỉnh 74 Qua q trình thiết kế, thi cơng nhiều lần thử nghiệm mơ hình “Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao”, nhóm thấy mơ hình hoạt động ổn định, đáp ứng u cầu đặt Đánh giá – Mơ hình hoạt động theo yêu cầu – Động chạy êm hoạt động – Năng xuất hệ thống tương đối tốt, đạt mục tiêu đặt ban đầu Hạn chế phương pháp giải Trong thời gian thực đề tài mặt hạn chế kinh nghiệm thời gian nên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” nhóm chưa hồn hảo Vì vậy, để đề tài thêm phong phú, mang nhiều tính thực tế nữa, tối ưu để ứng dụng cao nhóm em xin đưa số hướng phát triển sau: – Thiết kế thêm băng tải phụ để đẩy sản phẩm phân loại – Thiết kế cấu dẫn hướng đầu xylanh để dẫn hướng sản phẩm xuống máng thay dùng xylanh đẩy trực tiếp sản phẩm – Hi vọng vấn đề vừa nêu với ý tưởng khác bạn đọc, bạn sau phát triển đề tài phong phú hồn thiện 4.2 Định hướng phát triển – Tính toán kĩ thiết kế lại chi tiết khí có xét đến yếu tố thực tiễn tác động trình vận hành – Thêm thiết bị bảo vệ tránh hư hỏng tác động bên – Thêm băng tải phụ để vận chuyển sản phẩm phân loại – Giám sát hệ thống thông qua web server – Hướng đến phát triển hệ thống phân loại nhiều sản phẩm 75 TỔNG KẾT Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” đề tài hay thực tế nay, nâng cao tinh thần học hỏi sáng tạo chia sẻ kinh nghiệm giao lưu học hỏi Qua trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế mơ hình hệ thống nhóm đạt mục tiêu định: ➢ Thiết kế tính tốn thơng số theo yêu cầu toán ➢ Thiết kế mơ hình hệ thống phần mềm Solidworks ➢ Có thêm kiến thức lập trình PLC, biết cách thiết kế mơ hình hệ thống phần mềm Wincc ➢ Hiểu cách đấu nối xylanh, cách đấu nối cho điều khiển PLC ➢ Thiết kế mơ hình thực tế hệ thống Hướng phát triển đề tài: Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cải tiến thiết kế khí chương trình điều khiển Dựa vào kinh nghiệm có chế tạo mơ hình, tiến tới chế tạo hệ thống với nhiều băng tải để tăng suất làm việc, chủng loại sản phẩm, giảm thời gian làm việc cho hệ thống Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế làm nhóm cịn nhiều thiếu sót, mong thầy đóng góp thêm để nhóm hồn thành đồ án cách hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội nói chung thầy khoa Cơ khí nói riêng hết lịng dạy bảo chúng em để chúng em có kiến thức cần thiết trước vào đời Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Vũ Tuấn Anh giảng viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp Chúng em xin trân thành cảm ơn quý thầy cô! 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Uyển, Trịnh Chất, Tính tốn, thiết kế hệ thống dẫn động khí, nhà xuất Giáo Dục, 2006 [2] PGS.TS Nguyễn Hữu, Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2005 [3] T.s Nguyễn Mạnh Hùng, T.s Nguyễn Như Hiền, Điều khiển logic PLC, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội, 2007 [4] GS.TSKH.B>Heimann, Cơ điện tử, NXB Khoa học & Kỹ Thuật [5] Đại học công nghiệp Hà Nội, Giáo trình cảm biến, Hà Nội, 2015 [6] Nguyễn Văn Liễn, Bùi Quốc Khánh, Cơ sở truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật , 2005 [7] S transilon, Calculation methods-conveyor belts [8] Đại học công nghiệp Hà Nội, Đề cương giảng Tự động hóa trình sản xuất, Hà Nội, 2017 [9] C Murphy, Mechanical Story, Control System, Manufacturing Review [10] Nguyễn Công, Hiền, Các cảm biến kĩ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học & Kỹ thuật [11] Trần Thế, San, Bách khoa mạch điện, Nhà xuất giáo dục [12] Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Bài giảng môn học Cơ điện tử 1,2, NXB Khoa học Kỹ thuật [13] Giáo trình Hệ thống tự động thủy khí, Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội [14] Giáo trình Cảm biến hệ thống đo lường, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 77 PHỤ LỤC Địa Tag chương trình điều khiển Chương trình điều khiển hệ thống 78 79 80 81 82 83 84 85 STT Tên chi tiết Vật liệu SL Khung băng tải Nhôm Lục giác M5 x 60 Thép Vòng đệm Thép 19 Đai ốc M5 Thép 19 Ốc căng đai Thép Băng tải PVC Nhựa dẻo Thành có máng dẫn Thép Thành băng tải Thép Ống cấp phôi Thép 10 Pát motor Thép 11 Động 12 Lục giác M5 x 20 Thép 17 13 Lục giác M3 x Thép 14 Pát cảm biến xylanh trung bình Inox 15 Pát cảm biến xylanh cao Inox 16 Puly bị động Thép 17 Puly chủ động Thép 18 Xylanh khí nén phân loại 19 xylanh khí nén cấp thơi 20 Cảm biến tiệm cận 21 Pát cảm biến thấp TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI SV THỰC HIỆN GV HƯỚNG DẪN LÊ HỮU HUY NGUYỄN HỮU KHUYẾN Th.S VŨ TUẤN ANH GV PHẢN BIỆN Nhựa TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO TÊN BẢN VẼ: BẢN VẼ LẮP HỆ THỐNG TỶ LỆ ĐÈN STOP ĐÈN START Q 0.3 Q 0.2 Q 0.1 Q 0.0 Photoelectric sensor I 0.5 I 0.4 I 0.3 I 0.2 STOP START MOTOR Photoelectric sensor Photoelectric sensor Photoelectric sensor TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI SV THỰC HIỆN GV HƯỚNG DẪN LÊ HỮU HUY HOÀNG VĂN LỢI Th.S VŨ TUẤN ANH GV PHẢN BIỆN TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên Thiết kế Nguyễn Hữu Khuyến Duyệt Ths Vũ Tuấn Anh LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Tờ: A3 Số tờ: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao TRƯỜNG ĐHCN-HN ... WinCC cho hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 Hệ thống phân loại Hình 2.1: Các cấu hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao gồm... TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 29 3.1 Thiết kế hệ thống khí 30 3.1.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị 30 3.1.2 Mơ hình hóa hệ thống phân loại sản phẩm. .. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có lẽ hệ thống quen thuộc, hệ thống tự động hóa vơ quan trọng thiếu lĩnh vực sản xuất công nghiệp Các hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao ngày