Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống cơ khí, truyền động cho mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng plc mitsibishi fx2n

` TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KTĐ & TĐH - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ, TRUYỀN ĐỘNG CHO MƠ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC MITSIBISHI FX2N NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ : 7510203 Giáo viên hướng dẫn :ThS.Trần Kim Khuê Sinh viên thực :Trần Văn Dũng Mã sinh viên :1751080295 Lớp :K62-CĐT Khóa học : 2017 - 2021 Hà Nội, 2021 i LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày phát triển, nhu cầu vật chất tinh thần ngƣời ngày cao, toán cung – cầu đƣợc nhà sản xuất tìm cách giải Tự động hóa dây chuyền sản xuất phƣơng án tối ƣu, địi hỏi nhanh chóng, xác giảm thiểu đƣợc nhân cơng lao động Q trình sản xuất đƣợc tự động hóa cao nâng cao suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp Xét điều kiện cụ thể nƣớc ta cơng cơng nghiệp hóa đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm…Điều dẫn tới việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao sản xuất hàng loạt nhỏ loạt vừa sở sử dụng máy CNC, robot công nghiệp.Trong có trọng ảnh hƣởng đến chất lƣợng hàng hóa bán hệ thống phân loại sản phẩm Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” đƣợc nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy đƣợc mối liên hệ kiến thức học trƣờng với ứng dụng bên ngồi thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực nhƣ vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm.Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm chi phí sản xuất Do kiến thức hạn hẹp thời gian thực khơng nhiều nên q trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót Đề tài mong đƣợc góp q thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Kim Khuê hƣớng dẫn tận tình, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! ii NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) iii NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) iv MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i NHẬN XÉT ii NHẬN XÉT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Tổng quan dây chuyền phân loại sản phẩm .1 1.1.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống băng tải 1.1.2 Giới thiệu chung băng tải 1.1.3 Lợi ích việc sử dụng băng tải 1.1.4 Cấu tạo chung băng tải 1.1.5 Đặc điểm làm việc băng tải 1.3 Mục tiêu thiết kế hệ thống .8 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu 1.5Phƣơng pháp nghiên cứu 1.6 Phạm vi giới hạn hệ thống CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ .10 2.1 Thiết kế hệ thống khí lý thuyết .10 Sơ đồ khối hệ thống khí 10 Cấu tạo hệ thống băng tải gồm phận nhƣ sau: 10 Nguyên lý hoạt động băng tải: 11 2.1.1 Các yêu cầu thiết kế hệ thống băng tải 11 2.1.2 Hệ thống truyền động .13 2.1.3 Hệ thống điều chỉnh băng chuyền 14 2.1.4 Chọn động điện 14 2.1.5 Truyền động xích .17 2.2 Lựa chọn vật tƣ, thiết bị cho mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc……………… 20 v 2.2.1 Khối cấp nguồn 20 2.2.2 Khối cấu đẩy sản phẩm .22 2.2.3 Khối xử lí tín hiệu màu sắc 24 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH THỰC TẾ CỦA HỆ THỐNG 28 3.1 Yêu cầu kĩ thuật 28 3.2 Xây dựng sơ đồ lắp ráp thiết bị 28 3.2.1 Các thiết bị ngõ vào 29 3.2.2 Các thiết bị ngõ 29 3.2.3 Bộ điều khiển trung tâm 30 3.3 Gia công chế tạo số chi tiết .31 3.3.1 Gia công Panel gắn thiết bị điện 31 3.3.2 Thiết kế rack gắn thiết bị máng dây 32 3.4 Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm 32 3.4.1 Lắp ráp thiết bị Panel điều khiển 33 3.4.2 Lắp đặt hệ thống cấu đẩy sản phẩm khay đựng sản phẩm 34 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 38 4.1 Các bƣớc vận hành .38 4.1.1 Xây dựng sơ đồ khối mơ hình 38 4.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phân loại 39 4.2 Kết vận hành 39 KẾT LUẬN .42 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật động giảm tốc DS400 24VDC 17 Bảng 2.2: Bảng thông số aptomat 2P 15A LiOA MCCB2P1E/15A 21 Bảng 2.3: Thông số xylanh AIRTAC MAL 20X50-S 22 Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật cuộn dây điện từ AMISCO EVI 23 Bảng 2.5 Bảng thông số van khí nén điện từ 4V210-08 Airtac 24 Bảng 2.6: Bảng thông sốcảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 25 Bảng 2.7: Thông số thiết bị vi điều khiển Arduino UNO R3 26 Bảng 2.8: Thông số thiết bị cảm biến màu TCS3200 .27 Bảng 2.9 Thông số Relay 5V 27 Bảng 3.1: Các thiết bị ngõ vào dây chuyền phân loại màu sắc 29 Bảng 3.2: Các thiết bị ngõ dây chuyền phân loại màu sắc .30 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một số dây chuyền phân loại sản phẩm cơng nghiệp Hình 1.2: Hình ảnh thực tế băng tải công nghiệp(Nguồn:internet) Hình 1.3: Mơ hình hệ thống phân loại theo màu sắc(Nguồn: internet) Hình 1.4: Mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao(Nguồn: internet) Hình 1.5: Mơ hình phân loại sản phẩm theo hình dạng(Nguồn: internet) Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống khí .10 Hình 2.2: Cấu tạo băng tải .11 Hình 2.3: Hình dáng sản phẩm thiết kế phần mềm inventor .12 Hình 2.4: Cơ cấu chuyển động băng tải .15 Hình 2.5: Động điện chiều có hộp giảm tốc DS400 24VDC 17 Hình 2.6: Cấu tạo truyền xích(Nguồn: internet) 18 Hình 2.7: Hình ảnh truyền xích 19 Hình2.8: Aptomat 2P 15A LiOA MCCB2P1E/15A 20 Hình 2.9: Bộ nguồn tổ ong output 24V 5A .21 Hình 2.10: Xy lanh Model MAL 20X50-S .22 Hình 2.11: Cuộn dây điện từ EVI 7/9 .23 Hình 2.12: Van khí nén điện từ 4V210-08 Airtac 23 Hình 2.13: Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E3F-DS30C4 .24 Hình 2.14: Thiết bị vi điều khiển Arduino UNO R3 25 Hình 2.15: Cảm biến màu sắc TCS3200 26 Hình 2.16: Relay 5v 27 Hình 3.1: Hình ảnh thiết bị phần mềm Inventor Professional 2018 28 Hình 3.2: Bộ điều khiển trung tâm PLC Mitshubishi Fx2n 30 Hình 3.3: Ván ép gỗ chất lƣợng cao 31 Hình 3.4: Bản vẽ thiết kế Panel điều khiển .31 Hình 3.5: Máng dây loại 25x40 mm .32 Hình 3.6: Thanh cài nhôm 32 Hình 3.7: Bản vẽ thiết kế lắp đặt thiết bị Panel điều khiển .33 Hình 3.8: Hình ảnh sau lắp mạch điện điều khiển 34 Hình 3.9: Ống pu dẫn khí 35 viii Hình 3.10: Sơ đồ van van khí nén điện từ 4V210-08 Airtac 35 Hình 3.11: Bản vẽ thiết kế lắp đặt thiết bị băng tải 36 Hình 3.11: Lắp đặt hệ thống xylanh khí nén đẩy sản phẩm băng chuyền 37 Hình 3.12: Lắp ráp khoang cảm biến màu sắc 37 Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống phân loại màu sắc 38 Hình 4.2 Động giảm tốc băng tải 39 Hình 4.4: Bộ điều chỉnh độ song phẳng 40 Hình 4.5: Hệ thống xylanh khí nén đẩy sản phẩm vào khay 41 CHƢƠNG GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Tổng quan dây chuyền phân loại sản phẩm Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Do phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Hình 1.1 Một số dây chuyền phân loại sản phẩm công nghiệp Xuất phát từ đợt thực tập tốt nghiệp nhà máy tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em đƣợc thấy nhiều khâu đƣợc tự động hóa q trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyển sản xuất tự động hóa số lƣợng sản phẩm làm đƣợc đếm phân loại cách tự động Từ điều đƣợc thấy khả em, em muốn làm điều để góp phần vào giúp ngƣời lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo đƣợc độ xác cao Nên em định thiết kế mơ hình hệ thống đếm phân loại sản 29 3.2.1 Các thiết bị ngõ vào Bảng 3.1 Các thiết bị ngõ vào dây chuyền phân loại màu sắc STT Tên thiết bị Aptomat 15A Hình ảnh Cơng dụng Đóng ngắt nguồn điện tổng, Nút bấm chuyển Đóng ngắt mạch động băng tải reset đếm sản phẩm Nguồn tổ ong 24V Cấp điện 24V cho cảm biến động Cảm biến màu sắc Nhận biết giải màu sắc khác Cảm Biến Vật Cản Nhận biết Hồng Ngoại E3F- vật cản DS30C4 Arduino UNO R3 Xử lý tín hiệu màu Rơle 5V Cấp tín hiệu vào PLC 3.2.2 Các thiết bị ngõ 30 Bảng 3.2 Các thiết bị ngõ dây chuyền phân loại màu sắc STT Tên thiết bị Hình ảnh Công dụng Động giảm Động quay truyền tốc 24V động làm dây belt băng tải chuyển động Van điện áp Cấp khí cho xylanh Xylanh Chuyển động xylanh giúp đẩy sản phẩm khỏi băng chuyền 3.2.3 Bộ điều khiển trung tâm Sử dụng PLC Mitshubishi Fx2n để xử lí tín hiệu ngõ vào cảm biến cấp điện cho van điện áp hoạt động, giúp đẩy sản phẩm có màu sắc khác khỏi băng tải Hình 3.2 Bộ điều khiển trung tâm PLC Mitshubishi Fx2n 31 3.3.Gia công chế tạo số chi tiết 3.3.1 Gia công Panel gắn thiết bị điện Hình 3.3 Ván ép gỗ chất lƣợng cao Sử dụng vén ép gỗ chất lƣợng cao với thông số sau: Bảng 3.3 Thông số ván ép gỗ chất lƣợng cao Ván ép Ruột Tỷ Trọng Độ Ẩm Keo Lực phá vỡ mặt keo Keo dọc thớ Keo ngang thớ Kíchthƣớc Thiết kế gia cơng bảng Panel điều khiển: Thông số kĩ thuật Tạp rừng 600-700kg/m3 25 – 30% UF 15 – 18 kg/cm2 500 kg/cm2 300kg/cm2 60 x 60 x mm Hình 3.4 Bản vẽ thiết kế Panel điều khiển chân đế panel với kích thƣớc 3x3 cm 32 Panel kích thƣớc 60 x 60 cm lỗ 2,2 cm để gắn nút ấn 3.3.2 Thiết kếthanh rack gắn thiết bị máng dây Lắp đặt máng để thiết kế dây, đảm bảo tính thẩm mỹ mạch điện Sử dụng máng 25x40 mm dài 60 cm máng 25x40 mm dài 52 cm Hình 3.5 Máng dây loại 25x40 mm Thanh cài nhôm: Sử dụng cài nhôm để gắn thiết bị PLC lên Panel điều khiển Hình 3.6 Thanh cài nhơm 3.4 Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm 33 3.4.1 Lắp ráp thiết bị Panel điều khiển Trên bảng điều khiển ta thiết kế lắp đặt thiết bị dùng để điều khiển xử lí tín hiệu đầu đầu vào, thiết bị đƣợc đánh số vẽ bao gồm: Aptomat 15A Nút bấm chuyển mạch Nguồn tổ ong 24V Arduino UNO R3 Rơle 5V Cầu đấu 10A PLC Mitshubishi Fx2n - Thiết kế vẽ lắp đặt thiết bị Panel điều khiển, sử dụng phần mềm Inventor Professional 2018: Hình 3.7 Bản vẽ thiết kế lắp đặt thiết bị Panel điều khiển 34 Sau thiết kế đƣợc vẽ, ta tiến hành lắp ráp thiết bị chọn lên Panel điều khiển Hình 3.8 Hình ảnh sau lắp mạch điện điều khiển 3.4.2 Lắp đặt hệ thống cấu đẩy sản phẩm khay đựng sản phẩm Lắp đặt hệ thống xylanh khí nén: Tiến hành lắp đặt hệ thống xylanh khí nén, sử dụng ống pu có kích thƣớc 6mm để dẫn khí từ máy nén khí đến cổng P van điện áp Sau ghép ống từ cổng A B vào hai đầu cấp khí xylanh 35 Hình 3.9 Ống pu dẫn khí - Sơ đồ cổng van khí nén điện từ 4V210-08 Airtac Hình 3.10 Sơ đồ van van khí nén điện từ 4V210-08 Airtac Trên băng chuyền ta thiết kế lắp đặt thiết bị dùng để đẩy sản phẩm, hộp đựng sản phẩm cảm biến, thiết bị vẽ bao gồm: Van điện từ 4V210-08 Airtac Xylanh khí Cảm biến màu Khoang cảm biến màu Sản phẩm( sản phẩm) Cảm biến quang( số lƣợng 3) Hộp đựng sản phẩm(số lƣợng 2) - Thiết kế vẽ lắp đặt thiết bị băng tải, sử dụng phần mềm Inventor Professional 2018 36 Hình 3.11 Bản vẽ lắp đặt thiết bị băng tải - Tiến hành lắp ráp hệ thống cấu đẩy: 37 Hình 3.11 Lắp đặt hệ thống xylanh khí nén đẩy sản phẩm băng chuyền Khoang cảm biến màu có gắn cảm biến màu, giúp tiếp nhận tín hiệu màu sắc sản phẩm cấp tín hiệu điều khiển PLC Hình 3.12 Lắp ráp khoang cảm biến màu sắc 38 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM a Các bƣớc vận hành i Xây dựng sơ đồ khối mơ hình Start Băng tải chạy Cấp sản phẩm vào Màu Màu xanh đen Cảm biến cam Cảm biến xanh Cảm biến đen ON ON ON Màu cam Xylanh cam ON Xylanh xanh ON Xylanh đen ON END Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống phân loại màu sắc 39 Nguyên lý hoạt động hệ thống phân loại ii Nguyên lý hoạt động hệ thống: Khi nhấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạtđộng băng tải chạy Nếu khơng có sản phẩm qua hệ thống nhận dạngsản phẩm trạng thái ban đầu.Nếu sảnphẩm qua hệ thống nhận dạng màu sắc, sảnphẩm khơng màu nhận dạng cấu chấp hành (băng tải) đƣa sản phẩm vào thùng chứa màu đen cuối băng chuyền Nếu sản phẩmđúng màu nhận dạng màu cam xylanh vị trí đẩy sản phẩm màu cam hoạt động, đẩy vào thùng chứa màu cam, sản phẩm màu xanh dƣơng xylanh vị trí đẩy sản phẩm màu xanh dƣơng hoạt động, đẩy vào thùng chứa màu xanh dƣơng Sau đẩy hết sản phẩm vào thùng chứa kết thúc trình phân loại Bắt đầu chu trình b Kết vận hành a) Động giảm tốc truyền động cho truyền xích Sau nhấn nút start (nút màu xanh Panel điều khiển), gửi tín hiệu điều khiển PLC, sau cấp điện cho động chuyển động Hình 4.2 Động giảm tốc băng tải b) Bộ truyền xích truyền động quay băng tải Sau động quay làm quay đĩa dẫn, thông qua truyền xích truyền chuyển động làm quay đĩa bị dẫn Đĩa bị dẫn đƣợc gắn đồng trục với lănquay dâyđai băng tải, đĩa dẫn quay giúp băng tải chuyển động 40 Hình 4.3 Hệ thống truyền xích truyền động làm quay băng tải c) Hệ thống điều chỉnh độ song phẳng băng tải Khi băng tải chuyển động có tƣợng lệch đai Bộ điều chỉnh độ song phẳng điều chỉnh dây đai băng tải vị trí mong muốn Hình 4.4 Bộ điều chỉnh độ song phẳng d) Hệ thống khí nén đẩy sản phẩm 41 Hệ thống xylanh sau lắp đặt băng chuyền giúp đẩy sản phẩm vào hộp màu vị trí tƣơng ứng Hệ thống xylanh khí nén hoạt động liên tục có tín hiệu cấp vào cuộn dây van điện áp Hình 4.5 Hệ thống xylanh khí nén đẩy sản phẩm vào khay Nhƣ trên, bƣớc hoạt động băng tải có video mơ hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm 42 KẾT LUẬN Qua thời gian thực luận văn tốt nghiệp với để tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” em nhận thấy hoàn thành tốt yêu cầu ban đầu Tuy nhiên, đo thời gian có hạn giai đoạn nghiên cứu tìm hiểu học hỏi nên đồ án em cịn nhiều thiếu sót hạn chế Mong q thầy góp ý dẫn cho chúng em nhiều Các mặt làm đƣợc - Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống phân loại sản phẩm - Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống điều khiển - Thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình - Thiết kế chế tạo thành cơng hệ thống điều khiển trung tâm, phân biệt màu - Ứng dụng chế tạo thành công mơ hình cảm biến phân biệt màu Các mặt hạn chế - Mơ hình hoạt động cịn chậm, vận hành chƣa êm - Chƣa phân biệt đƣợc nhiều màu, tốc độ xử lý cảm biến hạn chế Hƣớng phát triển - Có thể nghiên cứu để phân biệt thêm nhiều màu sắc - Phát triển để tài thành ứng dụng cụ thể, ví dụ : Hệ thống phân loại hộp điện thoại,… 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Hiệp, Giáo trình Chi tiết máy – tập – NXB Giáo dục Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình Cơ sở thiết kế máy Địa website: https://cokhikienthuc.vn/tong-quan-ve-bang-tai-bang-chuyen-cua-co-khi-kienthuc https://bangtaivietphat.com/tin-tuc/huong-dan-tinh-toan-va-thiet-ke-bang-tai-89.html https://kienthuctudonghoa.com/dong-co-dien-1-chieu/