Microsoft Word nháp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU NGÀNH KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Trần Đình Khải Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Đào Đức Minh 1711030324 17DCTA3 Lê Đình Nam 1711030090 17DCTA1 Dương Thành Phát 1711030025 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, năm 2021 LỜI CẢM ƠN Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kì công.
GIỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu
Hình 1.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến để nhận diện vật liệu của sản phẩm, sau đó áp dụng xylanh để phân loại các sản phẩm dựa trên sự khác biệt về vật liệu.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:
Để truyền động quay cho trục băng chuyền, chúng ta sử dụng động cơ điện một chiều kết hợp với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian.
- Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có vật liệu khác nhau Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén
Khi ấn nút Start, máy bắt đầu hoạt động và sản phẩm được xylanh đẩy vào băng chuyền Hệ thống điều khiển giúp phân loại sản phẩm trên băng chuyền theo các vật liệu khác nhau Sau khi phân loại, các sản phẩm sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói Chu trình này tiếp tục cho đến khi hoàn tất việc phân loại sản phẩm.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
Giảm sức lao động giúp con người tránh sự nhàm chán trong công việc, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc Điều này tạo cơ hội cho mọi người tiếp cận với tiến bộ của khoa học kỹ thuật và làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng
Việc quản lý và giám sát trở nên dễ dàng hơn, không chỉ nhờ vào việc cải thiện điều kiện làm việc của công nhân mà còn giúp giảm số lượng công nhân xuống mức tối đa.
Các vấn đề đặt ra
Mục tiêu nghiên cứu là phát triển hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên vật liệu với thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt và bảo trì Quá trình thiết kế bao gồm cơ khí và điều khiển động cơ, cũng như hệ thống hoạt động tự động thông qua lập trình và điều khiển PLC Bên cạnh đó, cần chú ý đến các yếu tố khác như vật liệu mô hình, nguồn cung cấp và tính toán các thông số chi tiết.
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
Trong lĩnh vực cơ khí, việc phân tích và lựa chọn vật liệu cùng với thông số kỹ thuật của các chi tiết là rất quan trọng Các yếu tố cần đảm bảo bao gồm kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, độ bền cao, tính thẩm mỹ tốt, và khả năng lắp đặt cũng như sửa chữa dễ dàng.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài “Phân loại sản phẩm theo vật liệu” đã thu hút sự quan tâm của nhiều sinh viên từ các trường khác nhau Nhiều sinh viên không chỉ nghiên cứu mà còn thiết kế những mô hình đơn giản liên quan đến đề tài này Những mô hình này đã được phát triển và áp dụng trong thực tế, mang lại hiệu quả tích cực.
4 nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:
* Phương pháp tuần tự và đồng thời
Kết hợp giữa thiết kế tuần tự và đồng thời, bước đầu tiên là nghiên cứu mô hình cụ thể, sau đó xây dựng một mô hình toàn diện chứa đầy đủ các dự định trong thiết kế Qua đó, người thiết kế có cái nhìn tổng quan về hệ thống và xác định các thông số cơ bản.
Từ đó, áp dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài
Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo hoàn thiện
Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa có trên thị trường Sau đó chế tạo thật mô hình
Chạy thử hệ thống ở công suất tối đa giúp xác định giới hạn hoạt động và đánh giá hiệu suất của nó Qua việc kiểm tra các chức năng và công suất, chúng ta có thể đưa ra phương án cải tiến hoặc thay thế phù hợp Các chỉ số cần xem xét bao gồm công suất làm việc, vận tốc băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng, cũng như năng suất tổng thể của hệ thống.
Phạm vi giới hạn
Hệ thống phân loại sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu, với nhiều nhà máy xí nghiệp hiện nay sở hữu các hệ thống hoàn thiện về cả chất lượng lẫn thẩm mỹ Tuy nhiên, trong khuôn khổ của một đề tài nghiên cứu, các tính năng của hệ thống này sẽ bị giới hạn bởi kiến thức, thời gian và kinh phí.
- Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 1700 x 700 x 400 (mm)
- Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén
- Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston
- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều
- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền
- Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 05
Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm
2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành
Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời nhằm hiện đại hóa quy trình sản xuất, thay thế con người trong công việc phân loại và nâng cao hiệu quả công việc Với độ tin cậy cao, hệ thống này hoạt động liên tục, giảm thiểu thời gian trì hoãn Đặc biệt, trong những công việc yêu cầu sự tập trung cao, công nhân thường gặp khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Do đó, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm được phát triển để đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay rất đa dạng trong các nhà máy, chủ yếu được chia thành ba loại chính: phân loại theo màu sắc, hình dạng và vật liệu Phân loại sản phẩm theo màu sắc là một trong những phương pháp quan trọng, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1)
Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1) có cấu tạo chính gồm:
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Cảm biến nhận biết màu sắc
- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, động cơ điện một chiều được cấp điện áp một chiều, giúp băng chuyền hoạt động qua dây đai Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm ra băng chuyền, nơi được trang bị cảm biến nhận diện sản phẩm theo màu sắc Khi sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ PLC, và sau đó PLC sẽ truyền tín hiệu đến van đảo chiều để điều khiển piston đẩy các sản phẩm màu sắc khác nhau vào các khu vực chứa riêng biệt.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất gạch, ngói, đá granite, cũng như trong việc phân loại sản phẩm nhựa và chế biến nông sản như cà phê và gạo Việc áp dụng hệ thống này giúp giảm thiểu nhân công, tiết kiệm thời gian làm việc và nâng cao năng suất lao động.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu (Hình 2.2)
Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu
- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Ba cảm biến nhận biết vật liệu
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, động cơ điện một chiều đầu tiên hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền đầu tiên qua dây đai Băng chuyền này được trang bị cảm biến nhận biết sản phẩm với các vật liệu khác nhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ nhận diện và gửi tín hiệu đến bộ PLC, sau đó PLC điều khiển van đảo chiều để đẩy sản phẩm đồng và nhôm vào khay chứa tương ứng Sản phẩm nhựa sẽ tiếp tục di chuyển đến băng chuyền thứ hai, nơi chúng được phân loại vào hộp chứa Cuối cùng, động cơ một chiều thứ hai sẽ vận chuyển hộp chứa sản phẩm khác về vị trí tương ứng.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát c) Phân loại sản phẩm theo hình dạng
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng (Hình 2.3)
Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại
- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera)
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều được cấp cho động cơ điện, giúp băng chuyền hoạt động qua dây đai Trên băng chuyền, cảm biến thị giác Camera được thiết kế để nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, cảm biến thị giác nhận diện và gửi tín hiệu về bộ PLC Bộ PLC sau đó xử lý tín hiệu và điều khiển động cơ bước để gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản
- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh
Ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm đã đề cập, còn có hệ thống phân loại dựa trên đặc tính sản phẩm như trọng lượng và kích thước Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống này thường tương tự nhau, với sự khác biệt ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm, sử dụng các cảm biến như cảm biến màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hoặc camera phát hiện hình dạng vật thể.
2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu
Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa công nghiệp Trong bối cảnh đất nước đang phát triển và hội nhập, các sản phẩm không chỉ cần đạt tiêu chuẩn chất lượng mà còn yêu cầu độ chính xác cao về hình dạng, kích thước và trọng lượng Điều này dẫn đến sự hình thành các khu công nghiệp với dây chuyền máy móc hiện đại, nhằm nâng cao năng suất sản xuất Một trong những thiết bị quan trọng trong quy trình này là hệ thống phân loại sản phẩm Nhóm tác giả đã quyết định thiết kế và thi công mô hình với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm” để giúp hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC trong việc điều khiển hệ thống.
Hình 2.4 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu
(1) piston cấp phôi (2) ống chứa phôi
(3) Motor điện một chiều (4) băng tải
(5) cảm biến phát hiện vật liệu (6) piston đẩy phôi
(7) cảm biến phát hiện vị trí (8) khay đựng sản phẩm
(9) chân đế (10) khung cơ khí
Khi nhấn nút Start, động cơ một chiều quay truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Nguyên lý hoạt động được chia thành hai quá trình:
Quá trình cấp sản phẩm vào băng chuyền bắt đầu khi cảm biến nhận diện sản phẩm trong hộp và gửi tín hiệu đến PLC Bộ PLC xử lý tín hiệu và điều khiển van đảo chiều 5/2 để piston đẩy sản phẩm vào băng chuyền Trên băng chuyền, hai cảm biến quang được lắp đặt theo thứ tự và khoảng cách trung bình từ hộp cấp phôi.
Quá trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền diễn ra dựa vào loại vật liệu của từng sản phẩm Khi sản phẩm đồng đi qua cảm biến, tín hiệu sẽ được gửi ngay lập tức về bộ điều khiển PLC Bộ PLC sau đó xử lý tín hiệu và phát ra tín hiệu để thực hiện hành động phân loại.
Van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm đồng vào khay chứa, trong khi sản phẩm nhôm sẽ được cảm biến nhận diện và gửi tín hiệu về PLC Bộ PLC xử lý tín hiệu và điều khiển đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 để đẩy sản phẩm nhôm vào khay chứa tương ứng Cuối cùng, sản phẩm nhựa sẽ được phân loại và đưa vào khay chứa cuối cùng sau khi đi hết băng chuyền.
Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động
Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu giúp phân loại chính xác các sản phẩm với vật liệu khác nhau Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.
Vật liệu chế tạo
Đế đỡ toàn bộ mô hình: Sử dụng gỗ tấm (Hình 2.5)
Kích thước (Dài x Rộng x Cao) : 1700 x 700 x 20 (mm)
Một số ưu điểm của gỗ tấm:
- Khối lượng nhẹ hơn nhiều so với vật liệu khác
- Thuận tiện cho việc thiết kế và bắt vít cố định cho toàn bộ mô hình hệ thống
Khung đỡ được làm từ thép định hình, một vật liệu phổ biến trong các ngành công nghiệp và xây dựng dân dụng Thép định hình không chỉ đảm bảo độ bền cho các cấu trúc mà còn được ứng dụng rộng rãi trong việc kết cấu các bộ phận khác nhau.
Một số ưu điểm của thép định hình:
- Khả năng chịu nhiệt tốt
- Chi phí sản xuất thấp
Bộ phận đỡ băng chuyền, xylanh và cảm biến được chế tạo từ nhôm ống hình hộp, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ cấu trúc băng chuyền và làm cột đỡ cho xylanh và cảm biến Nhôm ống hình hộp được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm ngành công nghiệp, xây dựng, kết cấu dân dụng và khung cửa.
Hình 2.7 Nhôm ống hình hộp
Một số ưu điểm của nhôm ống hình hộp:
- Gia công đơn giản hơn thép ống hình hộp
- Khối lượng nhẹ hơn so với nhiều vật liệu khác
- Giá thành vừa phải, tiết kiệm chi phí
- Khả năng chống ăn mòn tốt
Vòng bi: Sử dụng ổ bi có kích thước Φ16 mm (Hình 2.8) Ổ bi dùng để dẫn trục quay nhẹ và giảm ma sát
Trục dẫn kéo băng chuyền: Sử dụng trục ren bằng thép có kích thước Φ8 mm, dài 160mm (Hình 2.9):
Hình 2.9 Trục dẫn kéo băng chuyền
Trục ren ở hai đầu băng chuyền không chỉ đóng vai trò là trục dẫn động mà còn tạo và duy trì lực căng cần thiết cho bộ phận kéo của băng chuyền.
Một số ưu điểm của trục ren thép:
- Đảm bảo độ cứng, vững cho toàn hệ thống
- Trục rất phổ biến trên thị trường nên giá thành vừa phải
- Khả năng ăn khớp với ổ bi và bánh răng dẫn động cao
Phần tử ghép nối cơ khí, bao gồm bulong-đai ốc, vít bắn, vít xoáy và thép chữ V, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thành phần cơ khí với nhau.
Hình 2.10 Các phần tử ghép nối cơ khí
Ưu điểm của các phần tử ghép nối:
- Chi phí sử dụng phù hợp
- Khả năng ghép nối cao
- Đảm bảo độ cứng, vững cho toàn hệ thống
Sản phẩm: Sử dụng gỗ khối hình hộp với chiều cao khác nhau (Hình 2.11)
Hình 2.11 Sản phẩm cần được phân loại.
Hệ thống truyền động
2.3.1 Động cơ điện một chiều
Trong mô hình này, việc sử dụng băng chuyền dây đai không yêu cầu động cơ có công suất lớn do tải trọng không cao Các yêu cầu của băng chuyền khá đơn giản, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần
- Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ
Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ từ 20-30 W và điện áp 24 V rất phổ biến trong công nghiệp và các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục Chúng thường được sử dụng trong dân dụng với điện áp thấp và tải nhỏ Trong ngành công nghiệp, động cơ này được ưa chuộng ở những ứng dụng yêu cầu moment khởi động lớn và khả năng điều chỉnh tốc độ mượt mà trong phạm vi rộng.
Hình 2.12 Một số loại động cơ trên thực tế a) Cấu tạo động cơ điện một chiều
Hình 2.13 Cấu tạo động cơ điện một chiều
1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3- Rotor 4- Cực từ
5- Cuộn cảm 6- Stator 7- Cuộn dây phần ứng
Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13):
Thông tin chi tiết về động cơ [1]
- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy Các cực từ chính có dây quấn kích từ
Rotor là phần động quan trọng trong máy điện, bao gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, được phủ sơn cách điện và ghép lại với nhau Mỗi phần tử của dây quấn phần động có nhiều vòng dây, kết nối với hai phiến góp ở hai đầu, tạo ra hai cạnh tác dụng của dây quấn trong hai rãnh dưới hai cực khác nhau.
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor
Chổi than được chế tạo từ than graphit, có chức năng tỳ chặt lên cổ góp nhờ vào lò xo và giá chổi điện được gắn trên nắp máy Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều dựa vào sự tương tác giữa từ trường và dòng điện, tạo ra mô men xoắn giúp động cơ quay.
Khi áp dụng điện áp một chiều vào hai chổi than, dòng điện sẽ chạy qua dây quấn phần ứng, tạo ra lực tác dụng lên các thanh dẫn trong từ trường, khiến Rotor quay Chiều lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí các thanh dẫn thay đổi do phiến cổ góp đổi chiều dòng điện, giúp duy trì chiều lực tác dụng Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, tạo ra sức điện động, xác định theo quy tắc bàn tay phải Trong động cơ một chiều, sức điện động ngược chiều với dòng điện, được gọi là sức phản điện động Phân loại động cơ điện một chiều cũng là một khía cạnh quan trọng trong nghiên cứu này.
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia thành:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đặc điểm là dòng điện kích từ và từ thông không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Nguồn điện cho mạch kích từ được cung cấp riêng biệt, tách rời khỏi nguồn điện của mạch phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ song song hoạt động với nguồn điện một chiều có công suất lớn, trong đó điện trở nguồn gần như bằng không, dẫn đến điện áp nguồn giữ nguyên và không bị ảnh hưởng bởi dòng điện trong phần ứng Loại động cơ này cũng được xem như là động cơ kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai loại dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn song song chiếm ưu thế Để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng.
Động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt hơn so với các loại động cơ khác Nó không chỉ cho phép thay đổi tốc độ một cách dễ dàng mà còn có cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản Bên cạnh đó, động cơ này đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải tốc độ rộng.
Từ phương trình tính tốc độ: ω = U ư
KΦ (2.1) Suy ra: để điều chỉnh ω có thể:
- Điều chỉnh Rư bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng
- Điều chỉnh từ thông của phần ứng
Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp
Khi mắc nối tiếp điện trở Rp vào phần ứng của động cơ, theo công thức tính tốc độ động cơ, ta thấy rằng Rư tăng lên dẫn đến ω giảm, làm giảm độ dốc của đường đặc tính Các đường 1 và 2 biểu thị đường đặc tính sau khi tăng Rư, trong khi đường TN là đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu (Hình 2.14).
Hình 2.14 Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo
18 Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế
Điều chỉnh từ thông trong phần ứng của động cơ điện một chiều ảnh hưởng trực tiếp đến moment điện từ và sức điện động quay Cụ thể, moment điện từ được tính bằng công thức M=KΦIư và sức điện động quay là Eư=KΦω Khi từ thông giảm, tốc độ quay của động cơ tăng lên, nhưng việc thay đổi từ thông cũng làm thay đổi moment và dòng điện I, dẫn đến khó khăn trong việc tính toán chính xác dòng điều khiển và moment tải Vì lý do này, phương pháp điều chỉnh từ thông ít được sử dụng.
Điều khiển điện áp phần ứng
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ
Trong quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ điện, phương pháp phổ biến là điều chỉnh điện áp phần ứng Việc thay đổi điện áp phần ứng sẽ dẫn đến sự thay đổi tốc độ động cơ theo công thức: ω = U ư.
Vì từ thông của động cơ không thay đổi, độ dốc của đặc tính cơ cũng giữ nguyên Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uư của hệ thống, cho thấy phương pháp điều khiển này rất hiệu quả Đặc tính thu được khi điều khiển tạo thành một tập hợp các đường thẳng song song.
2.3.2 Băng chuyền a) Giới thiệu chung về băng chuyền
Băng chuyền là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo hướng ngang và nghiêng Chúng thường được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
19 trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu
Băng chuyền được sử dụng rộng rãi trong các kho bãi để vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và các sản phẩm khác Trong ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất, băng chuyền hỗ trợ việc di chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn và phân xưởng, đồng thời giúp loại bỏ các sản phẩm không đạt tiêu chuẩn Những ưu điểm nổi bật của băng chuyền bao gồm tăng hiệu quả vận chuyển, tiết kiệm thời gian và giảm sức lao động.
Hệ thống điều khiển
2.4.1.1 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC a) Khái niệm về PLC
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển được công nhận bởi hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa Kỳ Nó tích hợp các chức năng logic, tạo xung, đếm thời gian, đếm xung và thực hiện các phép toán để điều khiển nhiều loại máy móc và bộ xử lý Tất cả các chức năng này được lưu trữ trong bộ nhớ và sắp xếp theo chương trình, cho phép PLC hoạt động như một máy tính công nghiệp để thực hiện các quy trình tự động hóa.
Khi ngành công nghiệp sản xuất phát triển, việc điều khiển dây chuyền và thiết bị máy móc trở nên quan trọng Người ta thường kết nối các linh kiện điều khiển như rơ le, timer và contactor để tạo thành một hệ thống điện điều khiển, đáp ứng nhu cầu công nghệ cụ thể.
Công việc thi công này phức tạp do yêu cầu thao tác đấu nối và lắp đặt tốn thời gian, nhưng hiệu quả không cao Một thiết bị có thể cần lấy tín hiệu nhiều lần, trong khi số lượng thiết bị lại hạn chế.
Trong quá trình sửa chữa và bảo trì, việc quản lý 21 lượng vật tư có thể gây ra nhiều khó khăn và tốn thời gian, đặc biệt khi cần thay đổi quy trình sản xuất Điều này dẫn đến việc tìm kiếm hư hỏng và di chuyển dây trở nên phức tạp hơn, từ đó làm giảm rõ rệt năng suất lao động.
Trước những nhược điểm hiện tại, các nhà khoa học và nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp hiện đại, đó là tự động hóa quá trình sản xuất Giải pháp này không chỉ giảm bớt sức lao động mà còn bảo vệ người lao động khỏi những khu vực nguy hiểm và độc hại, đồng thời tăng năng suất lao động lên nhiều lần.
Hệ thống điều khiển hiện đại cho ngành công nghiệp cần đáp ứng các tiêu chí quan trọng như tính tự động hóa cao, kích thước và khối lượng nhỏ gọn, chi phí hợp lý, dễ dàng thi công và sửa chữa, cùng với chất lượng làm việc ổn định và linh hoạt.
Hệ thống điều khiển PLC, được ra đời lần đầu tiên vào năm 1968 bởi Công ty General Motors (Mỹ), đã trải qua nhiều cải tiến để khắc phục những nhược điểm ban đầu như tính đơn giản và cồng kềnh Qua nhiều năm phát triển, các bộ điều khiển PLC hiện nay đã giải quyết hiệu quả các khó khăn trong vận hành, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
- Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển
- Có khả năng mở rộng các modul vào ra khi cần thiết
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình
- Có khả năng truyền thông đó là trao đổi thông tin với môi trường xung quanh như máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển…
Các hãng PLC nổi bật như Omron, Mitsubishi, Hitachi, ABB và Siemens đang phát triển song song trên toàn cầu, mỗi hãng có những ưu điểm và đặc trưng riêng Mặc dù chúng có chung nguyên lý hoạt động cơ bản, nhưng người sử dụng cần cân nhắc để lựa chọn hãng PLC phù hợp nhất với nhu cầu và lĩnh vực của mình, nhờ vào khả năng chống nhiễu và độ tin cậy cao của các sản phẩm này.
22 d) Lợi ích của việc sử dụng PLC
Với sự tiến bộ không ngừng của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng được cải thiện về tính năng và lợi ích trong ngành công nghiệp Kích thước của PLC đã được thu nhỏ, cho phép tăng cường bộ nhớ và số lượng I/O, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng và giúp người dùng giải quyết hiệu quả các vấn đề phức tạp trong việc điều khiển hệ thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần, không cần thay đổi kết cấu sau này, giúp giảm chi phí khi thay đổi thứ tự điều khiển PLC cung cấp khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn, cho phép giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau, mang lại sự linh hoạt cho hệ thống điều khiển.
Khác với các hệ thống cũ, PLC có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và điều khiển nhanh chóng, vượt trội hơn nhiều hệ thống khác Điều này đặc biệt thuận lợi cho các hệ thống điều khiển lớn và phức tạp, giúp tiết kiệm thời gian lắp đặt Bên cạnh đó, người sử dụng có thể dễ dàng nhận biết các trục trặc của hệ thống PLC thông qua giao diện màn hình máy tính Một số PLC thế hệ mới còn có khả năng tự động phát hiện hỏng hóc và thông báo cho người dùng, làm cho việc sử dụng trở nên thuận tiện hơn.
Người ta đã đi đến tiêu chuẩn hóa các chức năng chính của PLC trong các hệ điều khiển là:
Điều khiển chuyên gia giám sát:
+ Thay thế cho điều khiển rơ le
+ Thay thế cho các Panel điều khiển, mạch in
+ Điều khiển tự động, bán tự động bằng tay các máy và các quá trình
+ Có các khối điều khiển thông dụng (thời gian, bộ đếm)
+ Các phép toán số học
+ Điều khiển liên tục các quá trình (nhiệt độ, áp suất…)
+ Điều khiển động cơ chấp hành
+ Điều khiển động cơ bước
+ Điều khiển quá trình báo động
+ Phát hiện lỗi khi chạy chương trình
+ Ghép nối với máy tính (RS232/RS242)
+ Ghép nối với máy in
+ Thực hiện mạng tự động hóa xí nghiệp
Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC:
Hiện nay, PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp và dân dụng, từ việc điều khiển các hệ thống đơn giản với chức năng ON/OFF đến những ứng dụng phức tạp yêu cầu độ chính xác cao và sử dụng các thuật toán trong sản xuất Một số lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC bao gồm
- Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống dẫn
- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…
- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ, quá trình cáng, quá trình gia nhiệt…
- Thủy tinh và phim ảnh: Trong quá trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy
- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phẩm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, đóng gói…
- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng
Năng lượng là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển nguyên liệu cho các quá trình đốt và xử lý tuabin, yêu cầu các trạm hoạt động tuần tự để khai thác vật liệu như than, gỗ và dầu mỏ một cách tự động Việc lập trình hệ thống điều khiển PLC mang lại nhiều ưu điểm như tự động hóa quy trình và tăng hiệu suất, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần xem xét.
Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:
- PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình
Chương trình PLC có khả năng thay đổi và sửa chữa dễ dàng, cho phép người lập trình điều chỉnh các thông số bên trong bộ PLC để giải quyết hiệu quả các vấn đề sản xuất Công nghệ điều khiển chu trình trước đây giúp nhận biết trạng thái thực hiện một cách nhanh chóng Người lập trình có thể kết nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình và sử dụng các công cụ phần mềm để phát hiện lỗi phần cứng và phần mềm, từ đó thực hiện việc sửa chữa và theo dõi dễ dàng hơn.
- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơ le
Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng, cho phép người dùng không cần phải là chuyên gia để thao tác với hệ thống rơ le tiếp điểm và không tiếp điểm.
