TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DÂY CHUYỀN ĐẾM VÀ ĐÓNG SẢN PHẨM HIỆN NAY
Giới thiệu về quy trình phổ biến hiện nay
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến nhu cầu ngày càng cao về tự động hoá trong mọi lĩnh vực kinh tế và đời sống xã hội Tự động hoá không chỉ là ngành mũi nhọn trong công nghiệp mà còn là thước đo đánh giá trình độ phát triển kinh tế của một quốc gia Việc phát triển tự động hoá là cần thiết, với sự phổ biến của các sản phẩm tự động trong cả công nghiệp lẫn đời sống hàng ngày Đề tài “Xây dựng mô hình dây chuyền đếm và đóng sản phẩm vào hộp” nhấn mạnh tầm quan trọng của hệ thống tự động hoá trong việc thay thế sức lao động con người Trong dây chuyền sản xuất, việc sử dụng băng tải và hệ thống đếm số lượng sản phẩm là rất quan trọng Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn chưa áp dụng tự động hoá hoàn toàn trong khâu phân loại và đóng bao bì, dẫn đến năng suất thấp Do đó, thiết kế và thi công mô hình băng chuyền để đóng và đếm sản phẩm không chỉ gần gũi với thực tế mà còn là một mô hình học tập quý giá cho học sinh, sinh viên.
Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Cuộc cách mạng công nghệ thông tin đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong lịch sử nhân loại, đặc biệt là trong việc nâng cao năng suất và tự động hóa thông qua sự trợ giúp của máy tính Việc thiết kế hệ thống băng tải đóng gói 3 sản phẩm sử dụng PLC S7-1200 là một ví dụ điển hình, kết hợp giữa cơ khí, điện và lập trình điều khiển Đề tài này không chỉ đòi hỏi sự chính xác cao mà còn có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang lại hiệu quả cao.
Trong quá trình thực hiện đề tài, cần nghiên cứu và tính toán để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả, ổn định và tối ưu hóa công năng.
Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Trong ngành công nghiệp, tự động hoá đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ chính xác, năng suất và hiệu quả kinh tế Sự can thiệp của con người trong quá trình sản xuất ngày càng giảm, đặc biệt trong giai đoạn cuối của quy trình sản xuất, như đếm và đóng gói sản phẩm Mặc dù công việc này có thể thực hiện bằng tay, nhưng việc sử dụng máy móc thiết bị để xử lý sản phẩm có khối lượng lớn là cần thiết để nâng cao năng suất và giảm bớt công việc nặng nhọc cho con người.
Mục đích của đề tài là “Xây dựng mô hình đếm và đóng sản phấm vào hộp ”
Mô hình dây chuyền băng tải đếm và đóng sản phẩm vào hộp, được thu nhỏ theo tỷ lệ 1/10, được sử dụng trong giảng dạy và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm cho học sinh và sinh viên Đây là một công cụ hữu ích nhằm nâng cao khả năng học tập và hiểu biết về quy trình sản xuất.
- Tìm hiều về các loại băng tải thường sử dụng trong thực tế.
- Tìm hiểu về những ứng dụng của PLC trong điều khiển truyền động băng tải.
- Xây dựng mô hình đếm và đóng sản phẩm vào hộp.
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp phân tích nghiên cứu tài liệu kết hợp với tìm kiếm thông tin.
Kết quả đạt được của đề tài
Đề tài này cung cấp cơ sở quan trọng cho giảng viên trong việc giới thiệu mô hình dây chuyền sản xuất tự động hóa cho sinh viên, giúp họ nghiên cứu và tìm hiểu thực tế Đồng thời, mô hình cũng đáp ứng nhu cầu đào tạo thực hành tại trường, đặc biệt khi sinh viên không thể thực tập tại các cơ sở sản xuất Ngoài ra, đề tài còn là tài liệu tham khảo hữu ích cho đồng nghiệp và sinh viên trong quá trình học tập và làm việc.
DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI
Tổng quan về PLC
PLC, hay Bộ điều khiển logic khả trình, là thiết bị cho phép thực hiện các giải pháp điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Nó có khả năng thực hiện nhiều sự kiện khác nhau tùy theo yêu cầu của quá trình sản xuất và dễ dàng thay đổi nhiệm vụ chỉ bằng cách điều chỉnh chương trình trong bộ nhớ.
1.2 Ưu điểm của hệ thống sử dụng PLC:
- Thích ứng với nhiều nhiệm vụ điều khiển khác nhau
- Khả năng thay đổi chương trình một cách linh hoạt
- Tiết kiệm không gian lắp đặt
- Dễ dàng kiểm tra chỉnh sửa lỗi
- Khả năng truyền thông mạnh để điều khiển giám sát từ xa
- Không cần các tiếp điểm…
PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau như:
- Điều khiển các quy trình sản xuất: Bia, xi măng, giấy, sữa, …
- Các dây chuyền đóng gói bao bì, đóng thùng
- Thiết bị sấy, khai thác
- Hệ thống giữ xe, rửa xe tự động
1.4 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động:
Tất cả các PLC đều bao gồm một bộ nhớ chương trình RAM, bộ vi xử lý với cổng giao tiếp cho việc kết nối với các module I/O Một số PLC hoàn chỉnh có thể đi kèm với đơn vị lập trình bằng tay hoặc máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để lưu trữ chương trình dưới dạng hoàn thiện hoặc bổ sung Nếu đơn vị lập trình là sách tay, RAM thường là loại CMOS với pin dự phòng, và chương trình chỉ được truyền sang bộ nhớ PLC khi đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng Đối với các PLC lớn, việc lập trình thường được thực hiện trên máy tính, giúp hỗ trợ việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình kết nối với PLC qua các cổng như RS232, RS422, RS458.
Nguyên lý hoạt động của PLC :
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC bằng cách đọc và kiểm tra chương trình trong bộ nhớ, sau đó thực hiện từng lệnh để điều chỉnh các đầu ra Các trạng thái ngõ ra này được gửi tới các thiết bị liên kết để thực thi, và mọi hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển trong bộ nhớ Hệ thống bus là tuyến truyền tín hiệu, bao gồm nhiều đường tín hiệu song song.
+Address bus:bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau
+Data bus:bus dùng để truyền dữ liệu
Bus điều khiển trong PLC là thành phần quan trọng để truyền tải các tín hiệu định thời và điều khiển đồng bộ các hoạt động Hệ thống Bus đảm nhiệm vai trò trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị I/O Đặc biệt, CPU nhận một xung clock với tần số 1,8 MHz, quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời cũng như đồng hồ cho hệ thống.
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
Run/stop: đèn xanh/đèn vàng báo hiệu PLC đang hoạt động/dừng hoạt động
Maint: đèn báo khi ta buộc (Force) địa chỉ nào đó lên 1
Có 2 loại đèn chỉ thị:
• Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào.
• Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra.
PLC thường cần bộ nhớ để thực hiện các chức năng như định thời cho các kênh trạng thái I/O, lưu trữ trạng thái của các chức năng như định thời, đếm và gọi Relay.
Mỗi lệnh trong chương trình được lưu trữ tại một vị trí riêng trong bộ nhớ, với các vị trí này được đánh số bằng địa chỉ bộ nhớ Bộ đếm địa chỉ trong bộ vi xử lý sẽ trỏ đến địa chỉ của từng ô nhớ và tăng giá trị thêm một sau khi xử lý mỗi lệnh Khi có địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ được xuất ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong của PLC được cấu thành từ vi mạch bán dẫn, với khả năng lưu trữ từ 2000 đến 16000 dòng lệnh, tùy thuộc vào loại vi mạch Các loại bộ nhớ như RAM và EPROM đều được áp dụng trong hệ thống này.
RAM có khả năng nạp, thay đổi và xóa nội dung bất cứ lúc nào, nhưng sẽ mất dữ liệu nếu nguồn điện bị ngắt Để khắc phục tình trạng này, các PLC thường được trang bị pin khô, cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế, RAM được sử dụng để khởi tạo và kiểm tra chương trình Hiện nay, CMOS RAM đang được ưa chuộng nhờ vào khả năng tiêu thụ điện năng thấp và tuổi thọ cao.
EPROM là loại bộ nhớ mà người dùng chỉ có thể đọc, không thể ghi lại nội dung, và thông tin trong EPROM vẫn được giữ nguyên ngay cả khi mất nguồn Bộ nhớ này thường được gắn sẵn trong thiết bị và đã được nhà sản xuất nạp sẵn hệ điều hành Nếu không cần sử dụng bộ nhớ, người dùng chỉ cần sử dụng EPROM gắn bên trong PLC Trên PG, có sẵn chỗ để ghi và xóa EPROM.
EEPROM kết hợp với khả năng truy xuất linh động của RAM và tính ổn định cao Nội dung của EEPROM có thể được xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần thực hiện thao tác này là có giới hạn.
Tổng quan về PLC S7-1200
2.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa nhờ thiết kế nhỏ gọn và chi phí hợp lý Với tập lệnh mạnh mẽ, S7-1200 cung cấp giải pháp hoàn hảo cho các nhu cầu tự động hóa hiện đại.
1200 S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợpsẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
Tất cả các CPU đều được trang bị chức năng bảo vệ bằng mật khẩu để ngăn chặn truy cập trái phép vào PLC Ngoài ra, tính năng "bảo vệ bí quyết" giúp bảo vệ các khối đặc biệt, đảm bảo an toàn cho dữ liệu và quy trình hoạt động.
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặcRS232.
Phần mềm Step7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình gồm FBD, LAD và SCL Nó được tích hợp trong TIAPortal 11 của Siemens.
Để thực hiện một dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
1: Bộ phận kết nối nguồn
2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU) b Các module trong hệ S7-1200
Các module CPU PLC S7-1200 có nhiều kiểu khác nhau, mang đến sự đa dạng về tính năng và dung lượng Điều này giúp người dùng phát triển các giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
2.2 Phạm vi ứng dụng của Simatic S7 1200:
+ S7 – 1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng.
+ Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là DC/DC/DC hay DC/DC/Rly
+ Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware.
+ Chẩn đoán lỗi online/offline.
+ Một đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực.
2.3 Các chức năng nổi bật của PLC S7-1200 1211C AC/DC/RLY :
PLC S7-1200 1211 AC/DC/RLY được trang bị bộ vi xử lý tốc độ cao, cho phép xử lý các ứng dụng phức tạp một cách hiệu quả Với 50kB bộ nhớ chương trình và 10kB bộ nhớ dữ liệu, thiết bị này đáp ứng tốt nhu cầu của các hệ thống tự động hóa hiện đại.
PLC S7-1200 1211 AC/DC/RLY linh hoạt và có khả năng mở rộng với các mô-đun bổ sung như mô-đun đầu vào/đầu ra, mô-đun truyền thông và mô-đun điều khiển chuyển động Sự mở rộng này giúp đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ứng dụng khác nhau.
PLC S7-1200 1211 AC/DC/RLY được trang bị nhiều tính năng tiên tiến, bao gồm giao thức PROFINET và bộ điều khiển PID, đáp ứng tốt các yêu cầu của các ứng dụng hiện đại.
2.4 Sơ đồ đấu dây PLC CPU 1211 AC/DC/RLY :
Hình 2 Sơ đồ đấu dây
Giới thiệu về phần lập trình cho S7-1200
Để viết code cho PLC S7-1200, người dùng cần phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal), một công cụ lập trình chuyên dụng Phần mềm này giúp phát triển và tích hợp hệ thống tự động hóa nhanh chóng, giảm thiểu thời gian xây dựng ứng dụng từ các phần mềm riêng lẻ Với giao diện thân thiện, TIA Portal phù hợp cho cả người mới và những lập trình viên có kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa.
Phần mềm TIA Portal của Siemens là nền tảng cơ sở cho việc lập trình, cấu hình và tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm tự động hóa toàn diện Nó cho phép lập trình các bộ điều khiển Simatic thông qua Simatic Step 7, cấu hình màn hình HMI với Simatic WinCC, và chạy Scada trên máy tính Được phát triển từ nhiều năm nghiên cứu về nhu cầu của khách hàng, TIA Portal tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens, giúp chia sẻ cơ sở dữ liệu chung, tạo sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Người dùng có thể cấu hình tất cả thiết bị và mạng truyền thông trên cùng một cửa sổ, cùng với các tính năng hữu ích như thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án và chẩn đoán lỗi, mang lại trải nghiệm tối ưu khi sử dụng TIA Portal.
toán và lựa chọn các thiết bị cần có trong mô hình
Băng tải
Băng tải là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong ngành luyện kim để chuyển quặng và than đá, cũng như trong các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu Tại các kho bãi, băng tải giúp vận chuyển hàng bưu kiện và vật liệu hạt Ngoài ra, trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất, băng tải còn được sử dụng để chuyển giao sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, đồng thời loại bỏ các sản phẩm không đạt yêu cầu.
1.2 Ưu điểm của băng tải.
- Có cấu tạo đơn giản
- Có khả năng vận chuyển vật liệu theo phương nằm ngang hoặc hơi nghiêng
- Nghiêng với khoảng cách lớn
- Số lượng sản phẩm vận chuyển lớn
Vốn đầu tư thấp, hệ thống tự động hóa dễ dàng, vận hành đơn giản và bảo trì thuận tiện Máy móc hoạt động tin cậy, có năng suất cao và tiêu thụ năng lượng không đáng kể so với các loại máy vận chuyển khác.
Hệ thống băng tải và băng chuyền có thể được lắp đặt ở mọi địa hình, mang lại hiệu quả kinh tế cao Ngoài ra, chúng còn giúp giảm thiểu tai nạn lao động, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
1.3 Cấu tạo chung của băng tải
Cấu tạo chung 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 giữ 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.
1.4 Các loại băng tải thường dùng trong công nghiệp hiện nay.
Hệ thống băng tải là giải pháp vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu và tư liệu sản xuất hiệu quả về chi phí Mỗi loại băng tải được thiết kế để hoạt động tối ưu trong các điều kiện môi trường khác nhau.
Băng tải cao su: Thường được sử dụng để chuyển nguyên liệu than, kẽm, quặng…
Từ vùng khai thác ra vùng tập kết loại này có thể lắp trên mọi địa hình và mọi khoảng cách.
Băng tải con lăn là hệ thống băng tải được cấu thành từ các con lăn sắp xếp trên giá đỡ đứng, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm Hệ thống này hỗ trợ hiệu quả trong việc vận chuyển hộp sản phẩm và giá đỡ thùng hàng.
Băng tải xích là thiết bị quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong sản xuất ô tô và xe máy, nơi nó được sử dụng để truyền tải phụ tùng xe một cách hiệu quả.
Băng tải rung: Thường sử dụng vận chuyển thực phẩm, phù hợp với môi trường khắc nhiệt.
Băng tải đứng: Thường vận chuyển hàng hoá giống như thang máy.
Rơ le trung gian
Rơ le trung gian là thiết bị điện quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động và cơ cấu điện từ Nó đảm nhiệm vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị như contactor và rơ le thời gian, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và tăng tính hiệu quả trong hệ thống điện.
1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Cấu tạo của Rơle trung gian
Khi cuộn dây được cấp điện áp, lực điện từ xuất hiện và vượt qua lực của lò xo, kéo nắp về phía lõi thép, dẫn đến việc các tiếp điểm thường đóng mở ra và các tiếp điểm thường mở đóng lại Các thanh gắn tiếp điểm động được làm từ thép lò xo hoặc đồng lò xo nhằm đảm bảo tiếp xúc tốt giữa các tiếp điểm Rơle trung gian có vai trò truyền tín hiệu cho các rơle bảo vệ trong mạch điều khiển, do đó số lượng tiếp điểm của rơle trung gian thường khá nhiều.
Rơ le trung gian có thiết kế nhỏ gọn, trang bị tối đa 4 cặp tiếp điểm thường đóng và thường mở liên động Công suất tiếp điểm đạt 5A, 250V AC và 28V DC, với hệ số nhả nhỏ hơn 0,4 Thời gian tác động nhanh chóng dưới 0,05 giây, và tuổi thọ tiếp điểm lên tới 106 ± 107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác lên đến 1200 lần mỗi giờ.
Các thông số kỹ thuật và lựa chọn rơ le trung gian
Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM.
Chân COM (chân chung) luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại của rơ le Việc chân COM kết nối với chân nào phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
+ NC (Normally Closed): bình thường rơ le đóng Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
+ NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.
Kết nối COM và NC dòng điện cần điều khiển khi rơ le ở trạng thái OFF Và khi rơ le ON thì dòng này bị ngắt.
Ngược lại thì nối COM và NO.
Dòng điện định mức trên rơ le trung gian là mức dòng điện tối đa mà rơ le có thể hoạt động lâu dài mà không bị hư hỏng Khi lựa chọn rơ le trung gian, dòng điện định mức phải lớn hơn hoặc bằng dòng tính toán của phụ tải Giá trị dòng điện này chủ yếu được xác định bởi các tiếp điểm của rơ le trung gian.
Iđm = (1,2 ÷ 1,5)Itt = 23,4A Điện áp làm việc của rơ le trung gian là mực điện áp mà rơ le có khả năng đóng cắt Ulv > U1 = 380V
- Dòng làm việc của rơ le trung gian phải lớn hơn dòng điện định mức của động cơ Ilv > 15,6 A
Điện áp định mức cho cuộn hút của rơ le là mức điện áp cần thiết để rơ le hoạt động hiệu quả Để đảm bảo tính tương thích với bộ điều khiển PLC, điện áp cuộn hút Uh được quy định là 24VDC.
Trong mô hình hệ thống đã sử dụng rơ le trung gian MY2NJ của OMRON. Các thông số của MY2NJ :
+ Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED báo hiển thị.
+ Thông số của tiếp điểm: 5A - 24 VDC 17
Hình 3.1: Rơ le MY2NJ của OMRON
Nút ấn
Nút ấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là một thiết bị điện quan trọng được sử dụng để đóng ngắt các thiết bị điện và điện từ Nó có khả năng điều khiển các dụng cụ báo hiệu và chuyển đổi mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động và bảo vệ Nút ấn hoạt động hiệu quả trong các mạch điện một chiều với điện áp lên đến 440V và mạch điện xoay chiều với điện áp tối đa 500V, tần số từ 50 đến 60Hz.
3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Nút ấn bao gồm hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường mở và thường đóng, cùng với vỏ bảo vệ Khi nút ấn được kích hoạt, các tiếp điểm sẽ chuyển đổi trạng thái, và khi không còn tác động, chúng sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Nút ấn là thiết bị phổ biến dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ điện Nó hoạt động bằng cách đóng và ngắt các mạch cuộn dây hút của công tắc tơ và khởi động từ trong mạch động lực của động cơ.
Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn.
Nút ấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải.
Động cơ
4.1 Giới thiệu động cơ một chiều:
Trong mô hình sử dụng truyền động băng tải, do không yêu cầu tải trọng lớn, nên không cần động cơ có công suất cao Băng tải chỉ cần đáp ứng các yêu cầu đơn giản, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
- Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Không đòi hỏi độ chính xác, tải trọng băng tải nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy chỉ cần sử dùng loại động cơ 1 chiều có công suất nhỏ, khoảng 20 –
Động cơ điện 1 chiều 40 W, với điện áp vào từ 12 - 24 V, là loại động cơ hoạt động với dòng điện 1 chiều, rất phổ biến trong công nghiệp và các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục Trong dân dụng, động cơ điện 1 chiều thường sử dụng điện áp thấp và thích hợp cho tải nhỏ Ngược lại, trong công nghiệp, chúng được áp dụng ở những nơi yêu cầu momen khởi động lớn và khả năng điều chỉnh tốc độ mượt mà trong phạm vi rộng.
Hình 3.4: Động cơ sử dụng trong mô hình
4.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều:
- Stato (phần cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
Rotor, hay còn gọi là phần ứng, bao gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép có hình trụ, được làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5mm và được phủ sơn cách điện để ghép lại Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng chứa nhiều vòng dây, với hai đầu kết nối đến hai phiến góp, trong khi hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn nằm trong hai rãnh dưới hai cực khác tên.
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor
- Chổi than: làm bằng than graphit Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy.
Hình 3.5: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
4.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều:
Khi dòng điện chạy qua cuộn dây quấn quanh lõi sắt non, lực tác động lên cạnh cực dương hướng lên và cạnh đối diện hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming, gây ra sự quay của rotor Để đảm bảo rotor quay liên tục và đúng chiều, bộ cổ góp điện chuyển mạch dòng điện sau mỗi 1/2 chu kỳ Tuy nhiên, khi cuộn dây song song với các đường sức từ trường, lực quay của động cơ bằng 0 tại vị trí 90 độ, khiến rotor quay 20 độ theo quán tính Trong các máy điện một chiều lớn, nhiều cuộn dây được nối ra các phiến góp khác nhau trên cổ góp, giúp dòng điện và lực quay duy trì liên tục và ổn định ở các vị trí khác nhau của rotor.
4.4 Tính toán công suất động cơ trong mô hình
Công suất động cơ được xác định theo công thức:
-Pct: là công suất cần thiết trên trục động cơ
-Pt: là công suất tính toán
Giả sử thiết lập hệ dẫn động băng tải làm việc ổn định với tải trọng không đổi ta có: Công suất tính toán:
Khoảng cách từ vị trí cấp phôi đến vị trí cuối băng tải = 0.6m
Thời gian vật di chuyển từ vị trí cấp phôi đến vị trí cuối băng tải là 30s
Lực ma sát của vật trên băng tải được tính theo công thức sau:
Lực ma sát (F) được đo bằng đơn vị Newton (N) và phụ thuộc vào hệ số ma sát (μ), có đơn vị là không có Khối lượng của vật (m) tính bằng kilogam (kg), trong khi gia tốc trọng trường (g) được đo bằng mét trên giây bình phương (m/s²) Góc dốc của băng tải (α) được biểu thị bằng độ.
Ma sát giữa vật với băng tải:
Lực kéo băng tải F là lực tác dụng lên băng tải để làm cho băng tải chuyển động. Lực kéo băng tải được tính bằng công thức sau:
P: Trọng lượng của vật liệu trên băng tải (N)
Fm: Lực ma sát giữa vật liệu và băng tải (N)
Trọng lượng của vật liệu trên băng tải được tính bằng công thức sau:
Trong đó: m: Khối lượng vật liệu trên băng tải (kg) g: Gia tốc trọng trường (9,81 m/s^2)
Bằng cách điều chỉnh các giá trị của P, μ và N trong công thức tính lực kéo băng tải, chúng ta có thể xác định lực kéo cần thiết để băng tải hoạt động hiệu quả.
Như vậy, lực kéo băng tải cần thiết để làm cho băng tải chuyển động là 63.765 N.
Hiệu suất hệ dẫn động: η=η
Trong đó: η: Hiệu suất toàn máy η1=khớp nối cứng
Vậy hiệu suất toàn máy η = η 1=1
Tính toán tốc độ của động cơ điện một chiều
Số vòng quay của trục máy công tác: nlv= ( 60 × 1000 × v ) πD (Vòng/phút) Trong đó:
D = 25mm đường kính con lăn
Ud: Tỉ số truyền bánh răng
Uh: Tỉ số truyền hộp giảm tốc
Vậy tỉ số truyền của hệ thống dẫn động U = Ud x Uh = 1 x 2.5 = 2.5
Số vòng quay sơ bộ của động cơ: n= U.nlv = 2.5 x 15 = 38 (vòng/phút)
Chọn động cơ thõa mãn điều kiện
Chọn số vòng quay đồng bộ của động cơ > 38 (vòng/phút)
Vậy ta có thể chọn được 1 chiều: 12v với tốc độ trên 40v/p có sẵn trên thị trường. Động Cơ giảm tốc GA25 12V40RPM
Tốc độ (RPM):40 Điện áp cấp cho động cơ hoạt động: 12 VDC
- Tốc độ quay không tải: 40rpm
Cảm biến
Cảm biến là thiết bị chuyển đổi các đại lượng vật lý và không có tính chất điện thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý Các đại lượng cần đo như nhiệt độ, áp suất tác động lên cảm biến, tạo ra đặc trưng điện như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng Những đặc trưng này chứa thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo, và chúng là hàm của đại lượng đó.
Trong lĩnh vực đo lường, (s) đại diện cho đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến, trong khi (m) là đầu vào hoặc kích thích, có nguồn gốc từ đại lượng cần đo Việc đo đạc giá trị của (s) giúp xác định và nhận biết giá trị của (m).
Phương trình của cảm biến được viết như sau : Y = f(X)
X- đại lượng không điện cần đo
Y- đại lượng điện sau chuyển đổi
5.2Một số ứng dụng của Cảm biến
5.3 Cảm biến sử dụng trong mô hình
-Tên cảm biến: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
-Mục đích: Nhận biết vị trí của lon, dừng băng tải khi cảm biến phát hiện lon đã đến vị trí của các khâu.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh và ít nhiễu nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt Người dùng có thể điều chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, và cần thêm một trở treo lên nguồn ở chân output do ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở.
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.
Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.
Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.
Dòng kích ngõ ra là 300mA, với ngõ ra dạng NPN cực thu hở, cho phép tùy biến điện áp ngõ ra Điện áp ngõ ra sẽ tương ứng với giá trị trở treo, tức là trở treo lên bao nhiêu sẽ tạo ra điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
Chất liệu sản phẩm: nhựa.Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.
Nâu: VCC supply Đen: Tín hiệu ra
Cơ cấu xylanh
6.1 Nguồn cung cấp khí nén
Khí nén được tạo ra từ máy nén khí Một động cơ điện lai máy nén, nén khí vàobình chứa.
Một máy nén khí điển hình bao gồm 12 bộ phận như sau:
5 Bộ điều chỉnh áp suất và đồng hồ đo
Ngày nay, hệ thống khí nén đang tạo ra sự chuyển mình mạnh mẽ trong ngành sản xuất công nghiệp và thủ công nghiệp, không chỉ tại Việt Nam mà còn trên toàn cầu.
Trong hệ thống khí nén, van khí nén đóng vai trò quan trọng và có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động Hiện nay, các nhà sản xuất cung cấp đa dạng loại van như van điều khiển bằng cơ, van điện từ và van điều khiển bằng khí để đáp ứng nhu cầu của khách hàng Các van này có nhiều kiểu dáng và kích thước khác nhau, nhưng đều thực hiện chức năng chính là đóng mở cửa van để cung cấp khí nén cho các thiết bị như xi lanh, bộ lọc, điều áp và bình dầu.
Chức năng của van khí nén Điều khiển hướng Điều khiển dòng chảy
Van khí có điều chỉnh bằng vít hoặc núm vặn
Van khí cho chảy tự do theo 1 hướng nhất định và hạn chế việc chảy ngược lại.
Van khí nén điện từ, hay còn gọi là van đảo chiều khí nén, được phân loại dựa trên số cửa và số vị trí truyền động, bao gồm các loại như van khí nén 5/2, 3/2, 5/3 và 4/2.
+ Hay còn gọi là van phân phối hai cổng Van được lắp và dùng cho những hệ thống khí nén đơn giản.
Van khí nén 2/2 bao gồm một thân van và một coil điện Thiết kế của van 2/2 có hai vị trí và hai cửa khí, bao gồm một cửa khí vào và một cửa khí ra.
Cửa van hoạt động bằng cách bắt đầu ở trạng thái đóng, ngăn chặn dòng khí nén Khi có điện năng cung cấp, từ trường được tạo ra sẽ tác động lên van, cho phép khí nén đi vào cửa 1 và thoát ra ở cửa 2 Khi ngắt điện, van nhanh chóng trở về trạng thái ban đầu.
+ Van điện từ khí nén 3/2 hay còn gọi là solenoid vale 3/2
Van 3/2 có cấu tạo tương tự như van 2/2, bao gồm thân van và coil điện, với hai vị trí truyền động và ba cửa: cửa cấp khí nén, cửa khí nén làm việc, và cửa xả khí nén Trong trạng thái bình thường, cửa khí số 1 bị chặn đóng, trong khi cửa khí số 2 và số 3 hoạt động.
Khi dòng điện được cấp vào van, cuộn điện tạo ra từ trường, làm thay đổi trạng thái của van Cửa khí 1 kết nối với cửa 2, trong khi cửa 3 bị chặn, cho phép dòng khí đi từ cửa 1 lên cửa 2 và qua van Khi ngắt điện, van sẽ trở về trạng thái ban đầu trong vòng 1-2 giây.
Van khí đơn giản gồm thân van và đầu điện, với 4 cửa khí và 2 vị trí Các cửa khí bao gồm 1 cửa khí vào, 2 cửa khí làm việc kết nối với cửa khí của xi lanh, và 1 cửa khí xả.
Khi cung cấp điện cho van, lực từ trường kích hoạt cửa khí vào số 1 mở, cho phép khí nén đi đến cửa làm việc số 1 Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, khí nén sẽ trở về cửa làm việc số 2 và thoát ra ngoài qua cửa xả Tất cả hoạt động của van sẽ trở về trạng thái ban đầu khi ngắt kết nối điện hoặc ngừng tác động lực lên van cơ 4/2.
Van điện từ khí nén 5/2 được chia thành hai loại chính: van 5/2 một đầu điện và van 5/2 hai đầu điện Cấu tạo của cả hai loại van này bao gồm thân van, đầu điện và trục nối Thân van có 5 cửa khí, bao gồm 1 cửa đưa khí vào, 2 cửa khí xả và 2 cửa khí làm việc, kết nối với 2 cửa khí của xi lanh và 2 vị trí truyền động.
Trong trạng thái bình thường, khí nén không lưu thông qua van, với cửa số 1 thông với cửa số 2, cửa số 3 đóng, và cửa số 4 thông với cửa số 5 Khi cấp nguồn điện 12V, 24V, 110V hoặc 220V, cửa số 1 sẽ thông với cửa số 4, và cửa số 2 sẽ thông với cửa số 3.
Cửa số 5 bị đóng, khí sẽ được dẫn qua van tới xi lanh Với van 5/2 một đầu điện, khi cấp điện, van sẽ đảo chiều; khi ngừng cấp điện, van sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Van điện từ khí nén 5/2 với hai đầu điện cho phép điều khiển chuyển động của ty xi lanh Khi cấp điện vào đầu số 1, ty xi lanh sẽ được đẩy ra ngoài, trong khi khi cấp điện vào đầu số 2, ty xi lanh sẽ rút về nhanh chóng.
Van khí 5/3 có thiết kế đơn giản và gọn nhẹ, bao gồm thân và đầu điện Van này sở hữu 3 vị trí và 5 cửa: một cửa khí vào, hai cửa làm việc và hai cửa xả Với những đặc điểm này, van khí nén 5/3 được đánh giá là thiết bị lý tưởng để điều khiển xi lanh đơn, xi lanh kép và các loại động cơ khí nén khác.
Van khí nén 5/3 thường ở trạng thái đóng, với cửa 1 thông với cửa 4 và cửa 2 thông với cửa 3 khi có điện Để tự động hóa van khí nén 5/3, tiết kiệm thời gian và nhân công, khách hàng có thể sử dụng timer hoặc cảm biến xi lanh Van này cung cấp khí nén chính xác và kiểm soát hướng đi hiệu quả, được ưa chuộng trong các hệ thống lò hơi, dây chuyền đóng gói, máy in, sản xuất nồi hơi, máy siết ốc, hệ thống điều hòa, hệ thống vệ sinh và máy nén khí.
Xylanh là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống chuyển động thẳng Van điều khiển xylanh biến năng lượng tích lũy được thành chuyển động tịnh tiến.
Về cơ bản có thể chia xylanh thành 2 loại:
- Xylanh tác động đơn (Single acting cylinder) được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu lực nhỏ và khoảng dịch chuyển ngắn
Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển
Sơ đồ khối của hệ thống
Khối xử lý trung tâm PLC.
Bộ điều khiển logic lập trình PLC S7-1200 của hãng SIEMENS là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, đảm nhiệm vai trò điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động của dây chuyền PLC có khả năng giao tiếp hai chiều với khối vào ra và khối điều khiển, đồng thời thực hiện giao tiếp một chiều với cơ cấu chấp hành để điều khiển động cơ thực hiện các lệnh từ chương trình điều khiển.
Khối máy tính điều khiển.
Có chức năng cài đặt, sửa chữa chương trình của PLC Việc giao tiếp giữa PLC với máy tính được thực hiện qua cổng COM.
Khối cơ cấu chấp hành.
Gồm 2 động cơ thực hiện truyền động 2 băng tải để di chuyển sản phẩm và hộp
Sơ đồ mạch điều khiển ứng dụng PLC
- Nguồn điện 24V: cung cấp điện cho động cơ
- Nguồn điện 1 pha 220V/50Hz: cấp nguồn cho bộ PLC S7- 1200.
- Bộ PLC S7- 1200: điều khiển cấp nguồn cho cuộn hút của các rơle trung gian.
- Mạch nguồn 24V/DC: chỉnh lưu thành điện áp một chiều cấp cho PLC S7-
1200 và cấp nguồn cho rơle trung gian.
- 2 nút nhấn: Start dùng để khởi động động cơ, cho hệ thống bắt đầu hoạt động Stop dùng để dừng động cơ.
- 2 rơle trung gian: chuyển tín hiệu từ PLC S7-1200 tới các contactor K1 và K2.
- 2 cảm biến để nhận tín hiệu và chuyển về PLC S7-1200.
- 1 xilanh khí nén để đẩy sản phẩm.
Quy trình vận hành của hệ thống
Khi nhấn nút khởi động Start, băng tải BT2 sẽ di chuyển hộp đựng sản phẩm Cảm biến 2 phát hiện sự có mặt của hộp, khiến băng tải BT2 dừng lại Đồng thời, băng tải BT1 hoạt động và xilanh đẩy sản phẩm vào hộp đựng Số lượng sản phẩm được cảm biến quang S1 đếm, và khi đạt 3 sản phẩm, băng tải BT1 sẽ dừng lại Sau đó, BT2 tiếp tục di chuyển để đóng gói hộp mới Bộ đếm sẽ được reset và quá trình lặp lại cho đến khi nhấn nút dừng Stop.
Các đầu vào/ra
STT Địa chỉ Kí hiệu Chức năng
1 I0.0 Start Khởi động băng chuyền
2 I0.1 Stop Dừng hệ thống băng chuyền
3 I0.2 Cảm biến 1 Dừng hộp băng chuyền dưới
4 I0.3 Cảm biến 2 Đếm sản phẩm băng chuyền trên
1 Q0.0 Băng tải trên Động cơ băng tải trên
2 Q0.1 Băng tải dưới Động cơ băng tải dưới
3 Q0.3 Xilanh Đẩy sản phẩm vào
Ưu nhược điểm của hệ thống
+ Mô hình đơn giản và hiệu quả Áp dụng được trong thực tế.
+ Sử dụng đẩy sản phẩm tự động để tăng tốc độ sản xuất.
+ Độ tin cậy và tính nhất quán để đảm bảo độ chính xác đồng nhất.
+ Có thể hạn chế sức lao động con người.
+ Chỉ sử dụng cho vật có kích thước nhỏ.
+ Còn hạn chế về độ đồng nhất của mô hình.