CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tình trạng thực tế tại công ty
2.1.1 Thực trạng phân loại tại công ty
2.1.2 Bất cập cần giải quyết
Quy trình phân loại thủ công
Chi phí cho công đoạn cao
Năng suất thấp phụ thuộc vào nhân công
2.1.3 Đánh giá đưa ra giải pháp
Trong bối cảnh nước ta đang trong quá trình phát triển và đối mặt với nhiều vấn đề lao động thủ công chưa được giải quyết, việc chế tạo "Máy phân loại" sẽ giúp giải quyết những thực trạng hiện tại, nâng cao hiệu quả sản xuất và cải thiện chất lượng lao động.
Sử dụng công nhân gây lãng phí và tốn rất nhiều nhân lực và cũng như thời gian, năng suất không ổn định
Phương pháp bán tự động là sự kết hợp giữa công nhân với máy móc tự động giúp gia tăng năng suất và giảm lãng phí
Phương pháp tự động giúp giảm lãng phí nhân lực và tăng năng suất ổn định
Hình 2 1 Thực trạng phân loại
2.1.4 Chọn giải pháp phù hợp
Nhằm giải quyết các vấn đề cấp thiết trong quy trình làm thủ công của công nhân tại nhà xưởng, nhóm nghiên cứu đã phát triển “Máy phân loại” hoàn toàn tự động Máy mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm năng suất cao, khả năng điều khiển dễ dàng và độ chính xác trong việc phân loại số lượng sản phẩm.
Một số máy phân loại trên thị trường
Trên thị trường hiện nay, nhiều công ty đang tận dụng xu hướng công nghệ để cải thiện năng suất sản xuất và hiệu quả kinh tế Một số loại máy phân loại đang có mặt trên thị trường bao gồm:
Hình 2 2 Máy phân loại của công ty tự động hóa Tân Phát
Hình 2 3 Máy phân loại của Công ty chế tạo máy FUJI
THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Cơ sở thiết kế
Để phát triển ý tưởng thiết kế "Máy phân loại", nhóm đã nghiên cứu các loại máy phân loại hiện có trên thị trường trong và ngoài nước Có nhiều loại máy với cơ cấu và chức năng đa dạng, phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng công ty Việc lựa chọn máy cần dựa trên cơ cấu, chức năng và chi phí, nhằm khắc phục những nhược điểm hiện có.
Máy nhập nguyên chiếc từ nước ngoài khó khăn cho việc bảo trì, tìm kiếm linh kiện thay thế khi hư hỏng
Giá thành nhập khẩu cao
Để chọn mua máy phù hợp với nhu cầu sử dụng, người tiêu dùng thường phải đầu tư nhiều thời gian cho các vấn đề như chi phí thiết kế và vận chuyển Hơn nữa, việc trao đổi thông tin về tình hình thực tế của công ty cũng gặp không ít khó khăn.
Vì vậy nhóm đã chọn và nghiên cứu, chế tạo nên “Máy phân loại ốc vít” đơn giản là máy có 2 cụm chính: Cụm cấp liệu, cụm mâm xoay
3.2 Nguyên lý hoạt động và nguyên lý chế tạo
3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật đặt ra
Năng suất đạt 10,000 sản phẩm/giờ
Máy nhỏ gọn, chiếm ít diện tích
Thao tác vận hành, sửa chữa đơn giản, dễ sử dụng
Tỷ lệ sai số cực thấp: 0.01%
3.1.3 Nguyên lý hoạt động của máy
Công nhân cho nguyên liệu vào phễu rung để cấp phôi tự động Sau đó, nguyên liệu sẽ được chuyển đến mâm xoay, nơi sản phẩm được xử lý Cuối cùng, cảm biến quang sẽ nhận diện sản phẩm một cách chính xác.
=> Camera xử lý hình ảnh => Thoát sản phẩm
Hình 3 1 Nguyên lý hoạt động của máy phân loại
3.1.4 Cơ cấu tổng thể của máy
Lựa chọn vật liệu khung máy
Hình 3 3 Khung máy phân loại Hình 3 2 Bản thiết kế 3D
Inox, hay còn gọi là thép không gỉ, là một hợp kim thép có khả năng chống ăn mòn và biến màu cao Tính chất chống oxi hóa của Inox phụ thuộc vào tỷ lệ Crom trong hợp kim, giúp nó duy trì độ bền trong môi trường xung quanh và nhiệt độ thông thường Inox không chỉ được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như bát, đĩa, cốc, chén mà còn trở thành một hợp kim thiết yếu trong ngành công nghiệp hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực vật liệu.
Cơ sở lựa chọn vật liệu:
Khi lựa chọn inox hộp và tấm để làm khung máy, cần xem xét yêu cầu và điều kiện môi trường làm việc Inox có đặc tính chống rỉ sét, tuổi thọ cao và khả năng nâng cao tính thẩm mỹ, là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp.
Nguyên lý hoạt động cụm cơ cấu
Phễu rung cấp vít tự động là hệ thống giúp tự động sắp xếp các vít theo một hướng nhất định Trong quá trình vận chuyển, các phôi được cấp vào phễu sẽ tự động được sắp xếp đứng thẳng nhờ vào các chi tiết cơ khí bên trong Sau khi được xếp thẳng, các vít sẽ được đưa ra theo một đường thẳng đến vị trí của máy Linear.
Hình 3 4 Phễu rung cấp vít
+ Phần phễu, bát rung để chứa linh kiện có cấu tạo xoắn bậc để dẫn linh kiện tới đầu ra theo yêu cầu
Khi cấp nguồn cho phần cảm từ của nam châm điện, hệ thống tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ vào lò xo lá, phễu vừa chuyển động lên xuống vừa xoay quanh tâm một góc nhỏ Các phôi nằm trong phễu sẽ tản ra xung quanh và di chuyển theo cánh xoắn từ đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho đến khi thoát ra khỏi phễu.
+ Điều chỉnh tốc độ của phễu nhanh chậm sử dụng inverter chỉnh tốc độ rung
Máy rung thẳng (Linear Feeder)
Bộ cấp liệu rung tuyến tính, hay còn gọi là bộ cấp liệu tuyến tính hoặc bộ nạp phôi tuyến tính, là thiết bị chuyên dụng để vận chuyển vật liệu, chi tiết và sản phẩm theo hướng thẳng từ phễu rung.
Máy rung có hai bộ phận chính: bộ rung và thanh dẫn hướng sản phẩm Bộ rung thẳng với thiết kế đơn giản hơn mâm rung thường được sử dụng để vận chuyển phôi từ mâm rung tròn vào máy sản xuất Việc sử dụng bộ rung thẳng giúp lưu trữ số lượng phôi lớn, đảm bảo máy sản xuất hoạt động liên tục ngay cả khi mâm rung tròn đặt ở xa.
+ Nam châm điện được rung bằng cách kết nối nam châm điện với điện áp xoay chiều
220 V và nam châm điện điều khiển tuyến tính bởi sự đàn hồi của lá thép để đi theo đường thẳng
+ Tải trọng rung tối đa: 1.5Kg
+ Kích thước củ rung: 140*45*102mm
+ Chiều dài thanh dẫn: 100-200mm
+ Bộ điều khiển: SDVC 20S, 21S, SDV-C31S,M Ưu điểm:
+ Các phôi được di chuyển trơn tru và gọn gàng, ổn định đầu ra
+ Giảm mạnh chuyển động của phôi do các đặc tính rung tối ưu
+ Có thể chuyển phôi đến một khoảng cách xa
+ Lắp đặt thuận tiện và kết nối dễ dàng với các thiết bị
Đảm bảo độ chính xác về hướng và chiều quay của sản phẩm là rất quan trọng Việc kết hợp các cảm biến giúp dừng và ngắt phễu rung khi xảy ra sự cố sẽ góp phần làm cho hệ thống vận hành một cách ổn định.
Mâm xoay là thiết bị quan trọng giúp vận chuyển các con vít đến các vị trí xử lý và phân loại một cách hiệu quả Có nhiều phương án thiết kế mâm xoay, nhưng nhóm đã quyết định chọn mâm xoay với 20 rãnh để tối ưu hóa việc chứa sản phẩm, đảm bảo sự phù hợp với bố trí của các cơ cấu khác trong hệ thống.
Theo thực nghiệm, camera có khả năng xử lý hình ảnh với tốc độ tối đa 11 vòng/phút, tương đương 660 vòng/giờ Để đáp ứng yêu cầu sản xuất 10.000 sản phẩm/giờ, số sản phẩm tương ứng trên mỗi vòng quay là 10.000 ÷ 660, tức 15 sản phẩm/vòng Tuy nhiên, do đặc tính của phễu rung cấp phôi không đều, chỉ đạt 70% so với mâm xoay, nên cần nhân với hệ số an toàn 1,3 Do đó, số rãnh trên mỗi vòng là 15 * 1,3 = 19,5 rãnh, và nhóm quyết định chọn 20 rãnh.
+ Mâm xoay có 2 tầng giúp cố định trên và dưới vít, giúp vít cố định không rơi ra ngoài
+ Đảm bảo số lượng vị trí dừng cho các cơ cấu hoạt động sao cho hiệu quả
+ Điều khiển đơn giản, dễ dàng
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ lắp ráp và chế tạo.
Lựa chọn hệ thống cấp phôi
Hiện nay, xu hướng tự động hóa trong sản xuất ngày càng gia tăng Để đảm bảo tính ổn định trong quá trình sản xuất, việc cung cấp phôi chính xác và liên tục theo chu trình hoạt động của máy là vô cùng cần thiết.
Quá trình cấp phôi là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu và cải tiến hệ thống sản xuất tự động, nhằm nâng cao năng suất lao động, tối ưu hóa việc sử dụng máy móc và thiết bị, cũng như cải thiện chất lượng sản phẩm.
Hệ thống cấp phôi tự động được thiết kế để tối ưu hóa từng giai đoạn trong quy trình sản xuất, hoạt động hiệu quả trong điều kiện cụ thể của từng máy móc và thiết bị Mục tiêu chính của hệ thống là đảm bảo hoạt động ổn định, tin cậy, cung cấp phôi một cách kịp thời và chính xác về vị trí, đáp ứng đủ số lượng và năng suất theo yêu cầu.
3.4.2 Ý nghĩa của hệ thống cấp phôi tự động
Hệ thống cấp phôi tự động là một phần thiết yếu trong các hệ thống sản xuất tự động, cho dù là tự động từng phần hay toàn phần Không thể có một hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh mà thiếu đi quy trình cấp phôi tự động.
Quá trình cấp phôi tự động nâng cao năng suất và đảm bảo độ chính xác trong chu trình cấp phôi, đồng thời không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khách quan như tâm sinh lý và sức khỏe của con người.
Cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân là cần thiết để giải phóng họ khỏi những công việc lao động phổ thông nhàm chán, như lặp đi lặp lại các động tác đơn giản Đồng thời, cần giảm thiểu các công việc nặng nhọc, như di chuyển và gá đặt các phôi có kích thước lớn và khối lượng nặng Hơn nữa, việc bảo vệ sức khỏe của công nhân cũng rất quan trọng, đặc biệt là trong những công việc có nguy cơ tiếp xúc với các phôi liệu có cạnh sắc bén.
3.4.3 Bộ điều khiển phễu rung
Bộ điều khiển CUH SDVC31-S được sử dụng trong phễu rung cấp vít trong máy phân loại, giúp điều chỉnh tần số theo tần số cộng hưởng của bộ cấp rung, mang lại hiệu ứng cấp liệu mượt mà Ngoài ra, việc điều chỉnh điện áp phễu giúp loại bỏ sự biến đổi tốc độ do dao động điện áp lưới, trong khi điều chỉnh thời gian khởi động cho phép điện áp tăng nhẹ nhàng từ 0 đến giá trị đặt trước, tránh hiện tượng rung lắc đột ngột.
Tính toán cơ cấu cho máy phân loại
3.5.1 Tính toán chọn động cơ cho mâm xoay
Tỉ số truyền giữa động cơ và hộp số là 1/30
Để đảm bảo sản lượng đáp ứng yêu cầu, động cơ cần quay với tốc độ 320 vòng/phút Do đó, để đạt được số vòng quay này, việc xuất xung là cần thiết.
9600 để đạt được tốc độ động cơ: 9600 ÷ 30 = 320 vòng/phút
Khối lượng của mâm xoay là 15.5 kg nên tải lên tới 16.6 Nm tại vì 1Nm tương ứng với 0.93 kg
N = số vòng quay động cơ 320 vòng/phút
Hình 3 8 Bộ điều khiển phễu rung CUH
Lựa chọn động cơ với công suất có hệ số an toàn là 0.55 * 1,3 ⁓ 0,71 kW
Lựa chọn động cơ
Động cơ là thiết bị tạo ra động năng bằng cách chuyển hóa một số dạng năng lượng nhất định như:
Động cơ điện chuyển hóa điện năng thành động năng và bao gồm hai phần chính: phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) Phần stator được cấu tạo từ các cuộn dây ba pha quấn trên lõi sắt, tạo ra từ trường quay Rotor, với nhiều vòng quấn trên lõi thép, hoạt động như một cuộn dây Khi kết nối với nguồn điện, sự tương tác giữa từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay quanh trục.
Sử dụng động cơ servo kết hợp với hộp số bước giúp điều khiển mâm xoay một cách chính xác và cung cấp momen xoắn lớn Hộp số bước không chỉ giảm tỉ lệ quán tính của động cơ mà còn gia tăng momen xoắn, giảm thiểu dư chấn và nâng cao độ ổn định trong quá trình hoạt động.
Thông số kỹ thuật động cơ Mitsubishi AC HF-KP73
+ Điện áp định mức: 3 pha 220V
Hình 3 9 Động cơ Servo Mitsubishi
+ Độ phân giải encoder: 18bit (262.144 xung/vòng)
+ Tốc độ vòng quay định mức: 3000 vòng/phút (tối đa 6000 vòng/phút)
3.6.1 Lựa chọn hộp giảm tốc
Hộp số và hộp giảm tốc là các cơ cấu truyền động sử dụng hệ thống ăn khớp trực tiếp với tỷ số truyền không đổi, thường được kết hợp với động cơ Chúng có hai tác dụng chính: truyền động hiệu quả và điều chỉnh tốc độ.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ cao theo tiêu chuẩn quốc tế cho phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế thấp, hộp giảm tốc là thiết bị cần thiết giúp điều chỉnh vòng quay, mang lại tốc độ mong muốn.
Lắp hộp giảm tốc vào động cơ giúp tăng moment xoắn, nâng cao khả năng tải trọng và cải thiện độ bền của trục ra hộp giảm tốc.
Động cơ ban đầu hoạt động ở tốc độ 320 vòng/phút, nhưng sau khi truyền qua hộp số, tốc độ giảm xuống còn 11 vòng/phút để đạt được sản lượng mong muốn, tương đương với mức giảm tốc độ 29.09 lần.
Từ bảng tra cứu tỉ số truyền hộp giảm tốc:
Ta chọn hộp số với tỉ số truyền là 1/30 để phù hợp với yêu cầu
Bảng 1 2 Bảng tra cứu tỉ số truyền
Hình 3 10 Hộp giảm tốc 3.6.2 Lựa chọn Driver Servo
Bộ điều khiển servo driver nhận tín hiệu lệnh điều khiển từ PLC (xung, analog) và truyền lệnh đến động cơ servo, giúp điều khiển hoạt động của động cơ theo yêu cầu Đồng thời, nó cũng thu nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại từ encoder.
- Lợi ích khi sử dụng hệ thống driver servo
Khả năng điều khiển tốc độ, vị trí và mô-men rất chính xác, với tốc độ phản hồi nhanh và quán tính gần như không có Hiệu suất hoạt động vượt trội, đạt trên 90%, ít sinh nhiệt và ổn định Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi liên tục giúp hoạt động êm ái, nhẹ nhàng và tiết kiệm điện năng.
Hình 3 11 Driver servo MR-JE-70A
+ Độ phân giải encoder: 17bit (131.072 xung/vòng)
+ Tốc độ tối đa: 5000 vòng/phút
Lựa chọn hệ thống điều khiển
3.7.1 Màn hình Để có thể kiểm soát được số lượng sản phẩm cũng như điều khiển máy được ở 2 chế độ bằng tay và tự động, đồng thời có thể kiểm tra các cơ cấu, vận hành đơn lẻ các hoạt động thì cần một màn hình hiển thị để người sản xuất có thể thao tác linh hoạt kiểm soát được hệ thống Vì vậy, nhóm đã lựa chọn màn hình HMI Kinco ET070 để có thể thực hiện các yêu cầu ở trên
+ Điện trở cách điện: hơn 50MΩ 500VDC
+ Điện áp mở rộng: 12 – 28VDC
+ Thời gian hoạt động của đèn nền 50000 giờ
Hình 3 12 Màn hình HMI Eview ET070
+ Nhiệt độ hoạt động: 0 – 45oC
+ Bộ xử lý 32- bit 800 MHz RISC
+ Bộ nhớ: 128MB FLASH + 64MB SDRAM
+ Chương trình tải về cổng USB/ Serial
+ Cổng giao tiếp COM0: RS232/RS485-2/RS422, COM2: RS232
Bộ nguồn 24V 2A được sử dụng cho máy đóng nắp Nguồn 24V sẽ được sử dụng cho việc cấp nguồn cho rơ le hoạt động
+ Điện áp đầu vào: AC 220V ( chân L và N)
+ Điện áp đầu ra: DC 24V ( chân dương V+, Chân mass GND: V-)
+ Bảo vệ: Quá tải, quá áp, ngắn mạch
Hình 3 13 Bộ nguồn tổ ong 24V 2A
Aptomat là thiết bị đóng cắt tự động, nó có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện
+ Dòng điện ngắn mạch: 4.5kA
+ Điện áp định mức: 230/400 VAC
Máy phân loại nhóm sử dụng rơ le trung gian để kết nối với các thiết bị đầu ra, giúp bảo vệ an toàn và duy trì hoạt động hiệu quả cho các thiết bị này.
Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm
Rơ le trung gian, hay còn gọi là rơ le kiếng, là một công tắc điện có khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái ON và OFF Trạng thái của rơ le phụ thuộc vào sự có mặt của dòng điện, với trạng thái ON khi có dòng điện và OFF khi không có dòng điện.
- Cấu tạo của rơ le trung gian:
Thiết bị nam châm điện bao gồm các thành phần chính như lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây, trong đó cuộn dây có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp hoặc cả hai Lõi thép động được gắn chặt bằng lò xo và được định vị thông qua một vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm của thiết bị này bao gồm cả tiếp điểm nghịch và tiếp điểm thường.
Khi dòng điện đi qua rơ le, nó sẽ kích hoạt cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy nội bộ, dẫn đến việc đóng hoặc mở các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơ le.
Hình 3 14 Aptomat 2 pha dòng LS
Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế
Rơ le hoạt động với hai mạch độc lập; một mạch điều khiển cuộn dây của rơ le, quyết định trạng thái ON hoặc OFF của nó Mạch còn lại kiểm soát dòng điện, xác định xem dòng có đi qua rơ le hay không, dựa vào trạng thái của rơ le.
Rơ le trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tiếp mạch điện cho các thiết bị khác Nó được sử dụng để điều khiển nhiều thiết bị như van điện từ, động cơ mâm xoay, động cơ siết nắp và phễu rung, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động trong các hệ thống điện.
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại rơ le trung gian, bao gồm rơ le trung gian 12V, 8 chân và 14 chân Để đáp ứng nhu cầu sử dụng một tiếp điểm cho mỗi thiết bị, nhóm đã quyết định chọn rơ le trung gian 8 chân 24VDC của OMRON, model LY2N.
+ Điện áp cuộn coil: 24VDC
+ Kiểu lắp đặt: Chân cắm
+ Độ bền: Đóng cắt 500.000 lần
Van điện từ khí nén là thiết bị quan trọng trong hệ thống khí nén, có chức năng điều khiển các chuyển động của thiết bị cũng như kiểm soát áp lực và lưu lượng khí.
Hình 3 15 Rơ le trung gian 8 chân
Van điện từ khí nén 5/2 là thiết bị quan trọng trong hệ thống chấp hành, giúp điều chỉnh và ngắt dòng khí, đảm bảo an toàn cho máy nén khí Việc sử dụng van này sẽ hỗ trợ hiệu quả trong việc thoát sản phẩm của nhóm đã lựa chọn.
Cấu tạo van gồm những thiết bị sau:
Thân van điện từ 5/2 được chế tạo từ nhôm, giúp giảm trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo độ bền và chắc chắn trong quá trình hoạt động.
+ Nòng van: Hay còn gọi là thanh trượt Bộ phận thanh trượt này sẽ thực hiện di chuyển qua lại vị trí giúp điều khiển hướng của dòng khí
+ Cổng vào: Vị trí khí đi vào trong thiết bị
+ Cổng ra: Là nơi dẫn dòng khí nén ra khỏi van
+ Cổng xả: Đây là vị trí xả khí từ bên trong van ra môi trường bên ngoài Ưu điểm:
+ Có khả năng truyền năng lượng đi xa
+ Lắp đặt dễ dàng sửa chữa bảo dưỡng
+ Thiết kế nhỏ gọn nhưng đảm bảo độ bền cao, chắc chắn khi sử dụng
+ Sử dụng nguồn điện đa dạng từ 24V-220V-380V
+ Thiết bị vẫn có thể xảy ra hiện tượng cháy đường dây cấp do từ trường sinh ra
Hình 3 16 Cấu tạo van điện tử khí nén 5/2
+ Dùng chế độ cảm ứng từ nên bộ phận thay thế sửa chữa ít
Van điện từ khí nén 5/2 mà nhóm lựa chọn cho máy phân loại là loại van AirTAC 4V110 –06 Sử dụng 2 van phục vụ hoạt động trên máy
+ Loại: Van hơi 5 cửa 2 vị trí ( 1 đầu coid điện)
+ Kích thước cổng xả: 1/8” ren 9,6
+ Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 Mpa ( 1.5 – 8 kg/cm2)
Máy phân loại sử dụng 2 nút nhấn: Start, Stop ngoài ra còn sử dụng thêm nút nhấn khẩn cấp và 1 đèn báo nguồn
- Nút nhấn là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển
Hình 3 17 Van điện từ khí nén AirTac
- Sử dụng đèn báo nguồn màu đỏ
Nút nhấn khẩn cấp là thiết bị quan trọng được sử dụng để dừng máy trong các tình huống khẩn cấp Với thiết kế đầu nút lớn, người dùng có thể dễ dàng tác động vào nút khi cần thiết Đặc biệt, khi được kích hoạt, nút khẩn cấp sẽ duy trì trạng thái dừng, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
3.7.7 Cảm biến Camera xử lý ảnh
Với cảm biến camera thông thường có rất nhiều yếu tố có thể phát hiện sai
Phát hiện sai do nguyên nhân không đáng kể như:
+ Mục tiêu không thẳng hàng
+ Vết dầu, ánh sáng môi trường xung quanh
+ Các sản phẩm khác nhau không cùng một nhóm
Hình 3 20 Phân biệt qua hình dạng
Cảm biến camera có vai trò quan trọng trong việc phân loại vít từ phễu rung Nhóm đã lựa chọn camera Keyence do giá cả hợp lý và khả năng xử lý hình ảnh nhanh chóng, đáp ứng hiệu quả năng suất phân loại yêu cầu.
Hình 3 19 Đèn báo nguồn, nút nhấn khẩn cấp
Khoảng cách tham chiếu 20 đến 500 mm
Cảm biến ảnh CMOS màu 1/3 inch Điều chỉnh lấy nét Tự động
Thời gian tiếp xúc 1/10 đến 1/50000 Đèn
Chiếu sáng Đèn LED màu trắng
Chuyển đổi giữa chiếu sáng xung và chiếu sáng DC
Nhiệt độ môi trường xung quanh 0 đến +50°C Độ ẩm tương đối 35 đến 85% RH
Rung động 10 đến 55 Hz; biên độ kép 1,5 mm Chống chịu va đập 500 m/s2, 6 lần cho mỗi hướng trong 3 hướng Chỉ số chống chịu thời tiết cho vỏ bọc IP67
Vật liệu Kẽm được đúc khuôn, TPU
Bảng 1 3 Thông số kỹ thuật Camera Hình 3 21 Kích thước chi tiết và cài đặt Camera Keyence IV2
3.7.8 Bộ khuếch đại cảm biến IV2-G30F
Bộ khuếch đại tín hiệu cho camera chuyển đổi tín hiệu hình ảnh thành tín hiệu RF, cho phép truyền tải xa mà không làm giảm chất lượng hình ảnh Nhờ đó, hình ảnh được giữ nguyên độ nét và không bị biến dạng.
Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại cảm biến IV2-G30F:
Chế độ khả dụng Chế độ nhận biết
Công cụ tích hợp chế độ chuẩn
Hình dáng, Vùng màu, Vùng, Độ phân giải pixel
Cài đặt chuyển đổi 128 chương trình
Số lượng ảnh có thể lưu trữ
Có thể lựa chọn giữa chỉ NG, gần ngưỡng
Có thể lựa chọn giữa thẻ SD và máy chủ
Bảng 1 4 Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại Hình 3 22 Bộ khuếch đại cảm biến và cách nối dây
3.7.9 Cảm biến Laser Keyence LV-NH32
Trong quá trình chụp và xử lý ảnh, nhóm đã lựa chọn cảm biến quang nhằm phát hiện vật thể một cách chính xác Khi sản phẩm đi qua cảm biến, tín hiệu sẽ được gửi về bộ điều khiển để thực hiện lệnh Cảm biến quang phát ra tia sáng, và khi có vật cản chắn tia sáng, cảm biến sẽ phát tín hiệu về trung tâm điều khiển.
Thông số kỹ thuật cảm biến Keyence LV-NH32:
Loại Có thể điều chỉnh điểm sáng
Laser bán dẫn màu đỏ nhìn thấy được, Chiều dài bước sóng: 660 nm
Khoảng MEGA 1200 mm cách phát ULTRA 1000 mm hiện SUPER 750 mm
Khả năng chống chịu với môi trường
Nhiệt độ môi trường xung quanh
Bảng 1 5 Thông số kỹ thuật cảm biến laser Hình 3 23 Cảm biến laser Keyence LV-NH32
3.7.10 Khuếch đại cảm biến Laser
Ngõ ra điều khiển 2 ngõ ra Ngõ vào phụ 1 ngõ vào Ngõ ra màn hình Không
NPN cực thu để hở 30 V, Điện áp dư từ 1 V trở xuống
1 ngõ ra cực đại: từ 100 mA trở xuống, tổng 2 ngõ ra: từ
1 ngõ ra cực đại: từ 20 mA trở xuống Định mức Điện áp nguồn
24 VDC (điện áp vận hành 10
Bình thường: từ 830 mW trở xuống
Chế độ tiết kiệm: từ 710 mW Chế độ tối đa:từ 550 mW trở xuống
Bảng 1 6 Thông số kỹ thuật cảm biến Laser Hình 3 24 Khuếch đại cảm biến Laser LV-N11N
Sơ đồ động lực điều khiển
Hình 3 26 Sơ đồ động lực điều khiển
Hình 3 25 Tủ điện thực tế
Lựa chọn bộ điều khiển trung tâm PLC
3.9.1 Giới thiệu tổng quan về PLC
PLC, hay thiết bị điều khiển logic khả trình, là viết tắt của Programmable Logic Control Được phát triển bởi nhóm kỹ sư của hãng General Motors vào năm 1968, PLC ra đời với mục tiêu thiết kế một bộ điều khiển đáp ứng các yêu cầu cụ thể trong công nghiệp.
+ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ hiểu
+ Dễ dàng sửa chữa và thay thế
+ Ổn dịnh trong môi trường công nghiệp
PLC là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì sử dụng mạch số để thể hiện các thuật toán đó.
+ Bộ Vi xử lý (CPU: Central Processing Unit)
+ Một hệ điều hành để quản lý và thực hiện chương trình
+ Một số hãng Sản xuất: Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, GE Fanuc, LG,…
Hình 3 27 PLC MITSUBISHI FX3U-16MT/ES-A
+ Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay
+ Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển
+ Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống
+ Nhiều chức năng điều khiển
+ Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao
+ Công suất tiêu thụ nhỏ
3.9.2 Lưu đồ giải thuật của hệ thống Để giải quyết bài toán điều khiển tự động sử dụng PLC, trước hết phải lập sơ đồ giải thuật hệ thống, xác định các ngõ vào (Input), và các ngõ ra (Output) của hệ thống và kết hợp lại với nhau để viết chương trình điều khiển
Nhóm đã tiến hành nghiên cứu và phân tích tín hiệu của máy đóng gói nhằm điều khiển hoạt động của máy, từ đó kết hợp với chương trình điều khiển để đạt được kết quả thực hiện hiệu quả.
Mâm xoay Phễu cấp liệu
Hình ảnh so sánh trên IV2
Van kích thổi sản phẩm NG
Van kích thổi sản phẩm OK
Vị trí thoát sản phẩm NG
Vị trí thoát sản phẩm OK
Hình 3 28 Lưu đồ giải thuật
Hình 3 29 Code lập trình 3.9.4 Bảng tín hiệu đầu vào và đầu ra của hệ thống
Bảng 1 7 Tín hiệu đầu vào
Y4 Van khí thổi sản phẩm NG
Bảng 1 8 Tín hiệu đầu ra
M0 Trạng thái động cơ chạy
M1 Trạng thái thổi sản phẩm NG
M8000 Luôn ON khi PLC bắt đầu RUN
C0 Trạng thái đếm sản phẩm lỗi
D210 Giới hạn số đếm sản phẩm NG
Bảng 1 9 Bit nhớ sử dụng trong chương trình
Máy sau khi hoàn thiện
Kết quả chạy thử nghiệm:
Số lượng sản phẩm Thời gian Tốc độ mâm xoay Sai số
8.000 1h 9 vòng/phút 0.01% (1 sản phẩm) 10.000 1h 11 vòng/phút 0.02% (2 sản phẩm) 12.000 1h 13 vòng/phút 0.08% (6 sản phẩm)
Bảng 1 10 Bảng kết quả thử nghiệm Đánh giá kết quả thử nghiệm:
Khi tốc độ mâm xoay tăng lên, sai số sản phẩm cũng gia tăng theo tỷ lệ thuận, do vượt quá ngưỡng tốc độ phản hồi của camera trong quá trình phân loại hình ảnh.
So sánh lợi ích kinh tế giữa phân loại thủ công và phân loại bằng máy cho thấy sự khác biệt rõ rệt về tốc độ và năng suất Cụ thể, phân loại thủ công đạt 4.000 sản phẩm trong 1 giờ, trong khi phân loại bằng máy có thể sản xuất lên đến 10.000 sản phẩm trong cùng khoảng thời gian Trong 8 giờ làm việc, năng suất của mỗi người làm thủ công chỉ đạt 32.000 sản phẩm, trong khi máy móc có khả năng sản xuất 80.000 sản phẩm, cho thấy sự vượt trội về hiệu quả khi sử dụng công nghệ máy móc.
Số nhân công 2.5 nhân công Tương ứng 1 nhân công Chi phí nhân công 1 năm (Lương tiêu chuẩn 7.000.000
Tiền nhân công tiết kiệm trong 1 năm 0 VND 210.000.000 -
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Tính mới và sáng tạo
Quá trình thiết kế và chế tạo mô hình đã đạt được kết quả ấn tượng với máy phân loại có năng suất từ 9900 đến 10100 sản phẩm/giờ Với yêu cầu sản lượng tối thiểu là 10000 sản phẩm/giờ, máy vẫn duy trì hiệu suất vượt trội, ngay cả khi tính đến số lượng vít bị lỗi (khoảng 1 đến 3 vít/phút) trong quá trình hoạt động.
Các cơ cấu cơ khí trở nên chính xác hơn sau quá trình tinh chỉnh, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động Bên cạnh đó, việc tái sử dụng các thiết bị cũ còn giúp giảm chi phí chế tạo và lắp đặt, đồng thời đảm bảo chúng vẫn hoạt động hiệu quả trong thời gian dài.
Hiệu quả kỹ thuật
+ Cải thiện điều kiện làm việc, giảm cường độ lao động chân tay
Người Việt Nam thể hiện rõ tính sáng tạo và độc lập tự chủ trong quá trình hội nhập toàn cầu Để đạt được điều này, giải pháp cần tập trung vào việc hiện đại hóa công nghệ sản xuất với chi phí thấp, nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững.
+ Tỷ lệ chính xác cao và hoàn thành sản phẩm nhanh
+ Không cần đầu tư nhiều thời gian trong quá trình thực hiện công việc của máy mà có thể làm việc khác
+ Không gian sử dụng nhỏ.
Hạn chế
Phễu rung cấp vít cần được tinh chỉnh nhiều lần để sản xuất đủ số lượng vít cho quá trình phân loại Để đảm bảo máy phân loại hoạt động hiệu quả, yêu cầu về mức độ khí nén tại các cơ cấu xi lanh và vòi xịt ở ống thoát sản phẩm phải rất cao Nếu lượng khí cấp không đủ, quá trình phân loại có thể bị gián đoạn và dẫn đến lỗi.
