Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Chúng em đã quyết địnhchọn đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiềucao” Mục tiêu của chúng em khi lựa chọn đề tài này là thiết kế được một hệ thốngp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

Sinh viên thực hiện 2: Lê Văn Hiếu

Mã sinh viên: 1811504410121 Lớp: 18CDT1

Sinh viên thực hiện 3: Lê Đình Hòa

Mã sinh viên: 1811504410126 Lớp: 18CDT1

Lớp HP: 221DTNC08

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Sinh viên thực hiện 1: Nguyễn Ngọc Dũng

đó, có thể giúp con người tiếp cận được khoa học công nghệ mới nhất và áp dụngvào trong cuộc sống nâng cao hiệu quả kinh tế lao động Chúng em đã quyết địnhchọn đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiềucao”

Mục tiêu của chúng em khi lựa chọn đề tài này là thiết kế được một hệ thốngphân loại sản phẩm theo chiều cao ứng dụng cho một số dây chuyền sản xuất nhỏcũng như ứng dụng về PLC S7-200 mà chúng em đã được học

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp

ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths Nguyễn Thị Thanh Vi, giảng viên

Khoa Cơ Khí - trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

em trong suốt quá trình làm đồ án

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Sư Phạm Kỹ

Thuật nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em

kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được

cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đồ án

này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ

bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý

thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,

quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá

tốt nghiệp

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022

Chúng em xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp … là công trình nghiên cứu của bảnthân mình Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê

và nêu rõ ra tại phần tài liệu tham khảo Đồng thời những số liệu hay kết quả trìnhbày trong đồ án đều mang tính chất trung thực, không sao chép, đạo nhái

Nếu như sai chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Dũng

Lê Văn Hiếu

Lê Đình Hòa

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Lời nói đầu

Lời cam đoan

Mục lục

Danh sách các bảng hình v

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2

1.1 Tổng quan 2

1.2 Khả năng ứng dụng 4

1.3 Tổng quan về mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao 5

1.3.1 Đặt vấn đề 5

1.3.2 Các loại hệ thống phân loại đang hiện hành 6

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG 12

2.1 Sơ đồ khối của hệ thống: 12

2.2 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong mô hình 12

2.2.1 Xilanh khí nén 12

2.2.2 Cảm biến quang 14

2.2.3 Động cơ băng tải và các thiết bị khác 16

2.2.4 Van 19

2.2.5 Role 22

2.3 Sơ đồ đấu điện: 25

2.4 Sơ đồ đấu điện 26

2.5 Sơ đồ đấu chân PLC S7-200 27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 28

3.2.2 Phần mềm lập trình 31

Sử dụng phần mềm V4.0 STEP7 microWINSP9 31

3.3 Giới thiệu chung về PLC S7-200 32

3.3.1 Tổng quan về PLC S7 – 200 32

3.2.2 Phương pháp lập trình 42

3.3 Phân tích công nghệ và lập lưu đồ thuật toán 45

3.4 Lập trình cho PLC S7 200- CPU 224 49

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53

4.1 Mô hình phân loại sản phẩm 53

4.2 Hình ảnh mô hình phân loại sản phẩm 53

4.3 Hướng phát triển 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Hình 1.1: Tự động hóa trong sản xuất 2

Hình 1.2: Công đoạn phân loại sản phẩm 5

Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 7

Hình 1.4: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 8

Hình 1.5: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng 10

Hình 1.6: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 12Y Hình 2.1: Nguyên lí làm việc của Xilanh 16

Hình 2.2: Xilanh 2ty TN 17

Hình 2.3: Nguyên lí làm việc cảm biến quang 18

Hình 2.4: Cảm biến quang 19

Hình 2.5: Động cơ 20

Hình 2.6: Hình băng tải 22

Hình 2.7: Nguồn nuôi động cơ 23

Hình 2.8: Van điện từ khí nén SMC 25

Hình 2.9: Cấu trúc chung của rơle 26

Hình 2.10: Relay Module 26

Hình 2.11: Sơ đồ đấu điện động lực 29

Hình 2.12: Sơ đồ đấu điện 30

Hình 2.13: Sơ đồ đấu chân PLC s7-200 3 Hình 3.1: Phần mềm lập trình 32

Hình 3.2: Chạy thử mô phỏng 32

Hình 3.3: Hình dạng bên ngoài của S7 – 200 và các module mở rộng 33

Hình 3.4: Mô hình thực tế 4 Hình 4.1: Mô hình phân loại sản phẩm 54

Hình 4.2: Mô hình sau khi đã hoàn thiện 55

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, Tự động hoá trởthành một trong những ngành không thể thiếu trong nền công nghiệp hiện đại Đây làmột ngành khoa học góp phần áp dụng những tiến bộ của khoa học công nghệ vào sảnxuất nâng cao hiệu quả chất lượng sản phẩm, giảm sức lao động của con người Tạođiều kiện cho sự phát triển xã hội nâng cao tri thức con người Qua đó, có thể giúp conngười tiếp cận được khoa học công nghệ mới nhất và áp dụng vào trong cuộc sốngnâng cao hiệu quả kinh tế lao động

Được sự đồng ý của Khoa Cơ Khí và cô giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Thanh Vi, chúng em đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp:

“Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao”

Mục tiêu của chúng em khi lựa chọn đề tài này là thiết kế được một hệ thốngphân loại sản phẩm theo chiều cao ứng dụng cho một số dây chuyền sản xuất nhỏ cũngnhư ứng dụng về PLC S7-200 mà chúng em đã được học

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN

LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Tổng quan

Ngày nay, nhu cầu thị hiếu con người ngày càng cao, yêu cầu về số lượng và chấtlượng của các sản phẩm xã hội cũng không ngừng tăng Điều đó đòi hỏi các dâychuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tự động hóa ngàycàng cao với việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại có trợ giúp của máy tính

Cơ điện tử là một nhân tố quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đạihóa Nhờ có cơ điên tử trong công nghiệp, các nhà máy đã và đang trở nên hiệu quảhơn trong việc sử dụng năng lượng, nguyên vật liệu và nguồn nhân lực Tự động hóatrong công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính, robot và côngnghệ thông tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất khác nhau trongcông nghiệp Sau cơ khí hóa, tự động hóa chính là bước thứ hai trong trong quá trìnhcông nghiệp hóa

Hình 1.1: Cơ điện tử trong sản xuất

Khái niệm “Cơ điện tử” (Mechatronics), bắt nguồn từ “tự động” (automatic) vàtrở nên phổ biến từ năm 1947, khi tập đoàn General Motors thành lập Bộ phận Tựđộng hóa Đây cũng là lúc các ngành công nghiệp bắt đầu ứng dụng cơ chế điều khiểnphản hồi (feedback controller) một cách mạnh mẽ, mặc dù công ngệ này đã được phátminh từ những năm 1930

Trong những năm 1970, hệ thống điều khiển phân tán (DCS) đầu tiên đã đượcphát triển bởi một nhóm các kỹ sư tại hãng Honeywell, và cũng trong thời gian này, thiết bị điều khiển lập trình (PLC) đã được phát minh bởi Dick Morley Cho đến ngàynay, đây vẫn là hai trong số các hệ thống tự động hóa phổ biến nhất trên thế giới

Các kỹ sư công nghiệp từng kỳ vọng rằng các nhà máy sẽ trở nên hoàn toàn tựđộng ít nhất là từ giữa thế kỷ 20 Các cuộc chạy đua tự động hóa bắt đầu từ những năm

1980, khi các nhà sản xuất xe hơi của Mỹ đã đưa ra tầm nhìn về một “dây chuyền sảnxuất không con người”, nghĩa là toàn bộ quy trình sản xuất sẽ do robot thực hiện Tuynhiên, cho đến tận ngày nay, đây vẫn mới chỉ là một ý tưởng xa vời Viễn cảnh về mộtnhà máy tự động hóa hoàn toàn có thể sẽ rất lâu mới trở thành hiện thực, song hiệnnay, tự động hóa đã được ứng dụng phổ biến và có ý nghĩa quan trọng trong nhiềungành công nghiệp Một hệ thống tự động hóa cũng có những ưu và nhược điểm nhấtđịnh

Những ưu điểm chính của tự động hóa là:

Giảm chi phí vận hành: Tự động hóa công nghiệp giúp giảm thiểu số nhân côngcần thiết để vận hành máy móc dẫn đến việc giảm được các chi phí liên quan đến conngười như tiền lương, tiền bảo hiểm y tế, tiền lương nghỉ lễ, nghỉ ốm, tiền làm thêmgiờ hay lương hưu

Tăng năng suất: Hệ thống tự động hóa có thể cho phép một nhà máy họat động24/7 trong một tuần, một tháng và thậm chí là cả năm Nhờ vậy, năng suất sản xuất sẽđược cải thiện và nâng cao đáng kể

Cải thiện chất lượng sản phẩm: Tự động hóa có khả năng giảm các sai sót mà conngười có thể gặp phải Hơn nữa, các sản phẩm được tạo nên bởi hệ thống tự động hóa

sẽ có chất lượng đồng đều hơn

Tăng tính linh hoạt: Khi thêm một bước mới vào quy trình sản xuất, các nhà quản

lý sẽ thường phải hướng dẫn, đào tạo người lao động về bước mới đó Tuy nhiên,robot và các hệ thống máy tính hoàn toàn có thể được lập trình để thực hiện các thaotác mới mà không cần qua đào tạo hay hướng dẫn, nhờ đó giúp quy trình sản xuất trởnên linh hoạt hơn

Tăng mức độ an toàn: Hệ thống tự động hóa có thể thay thế con người trongnhững môi trường nguy hiểm như ở dưới nước, khu vực có lửa, cơ sở hạt nhân hayngoài vũ trụ…

Tuy nhiên, tự động hóa trong công nghiệp cũng có các hạn chế như:

Chi phí đầu vào cao: Việc chuyển từ sử dụng nhân công con người sang dâytruyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao Ngoài ra, cũng cần có

chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết bị, máy móc hiện đại vàphức tạp.

Các mối đe dọa an ninh: Hệ thống tự động điều khiển bằng máy tính hay robothoàn toàn có nguy cơ bị hack Khi hệ thống tự động hóa bị tấn công hay xâm nhập, sảnxuất của một nhà máy sẽ bị đình trệ và gây ra những thiệt hại nghiêm trọng

Mặc dù có một số hạn chế nhất định, song có thể thấy những ưu điểm của tựđộng hóa trong công nghiệp là rất lớn Đây cũng chính là lí do tại sao tự động hóa đã,đang và sẽ được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

1.2 Khả năng ứng dụng

Trong công cuộc đổi mới khoa học kỹ thuật tiến bộ thì việc sử dụng các loại máymóc đang dần thay thế sức lao động của con người Khoa học kỹ thuật áp dụng tronghầu hết các lĩnh vực từ sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, y tế, học đường… trong đócông nghệ tự động hóa được chú trọng hàng đầu qua quá trình nghiên cứu của các nhàkhoa học thì việc sản xuất ra những thiết bị hiện đại đem lại hiệu quả cao

Đối với ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo ta có thể thấy rất rõ các thành tựu đãđạt được của khoa học kỹ thuật nói chung và tự động hóa nói riêng

Trong các xí nghiệp sản xuất thì đều được chia ra làm nhiều công đoạn, dâytruyền khác nhau Một trong những công đoạn đó là dây truyền phân loại sản phẩm,điều này thấy rất rõ trong công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng thùng

Hình 1.2: Công đoạn phân loại sản phẩm

Mục đích hàng đầu của các xí nghiệp, doanh nghiệp là đạt chỉ tiêu về số lượngcũng như về chất lượng Vì vây, mỗi công đoạn cần tính toán thiết kế đảm bảo năngsuất, giảm thời gian quá độ giữa các công đoạn Từ đó tiết kiệm chị phí sản xuất, tăngnăng suất, chất lượng sản phẩm Hàng hóa chủ yếu được sản xuất dưới hình thức hàngloạt, vì vậy sản phẩm sản xuất ra cần được phân loại theo hình thức

Do vậy, trong sản xuất công nghiệp nói chung và hàng hóa nói riêng thì côngđoạn phân loại là rất quan trọng nó quyết định rất lớn tới các công đoạn sau đó

Ngày nay, phân loại sản phẩm được chia ra làm rất nhiều hình thức khác nhautùy theo yêu cầu của sản phẩm đặt ra trong đó có các hình thức phổ biến như:

Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Phân loại sản phẩm theo khối lượng

Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Phân loại sản phẩm, phế phẩm

1.3 Tổng quan về mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao

1.3.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triền của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện

từ mà trong đó điếu khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vựckhoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đóchúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sựphát triền nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điềukhiển tự động nói riêng Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các

khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấynhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu tự độngtrong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được cácbăng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm Tuy nhiên đốivới những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụngtrong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậynhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả Từ những điều đã được nhìn thấytrong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường muốn tạo rahiệu suất lao động lên gấp nhiều lần đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao vềkích thước Nên em đã quyết định thiết kế một mô hình sử dụng băng chuyền để phânloại sản phẩm vì nó rất gần gũi thực tế Vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sảnxuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đốivới chúng em góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triền mạnh hơn để xứng tầmvới sự phát triển của thế giới.

1.3.2 Các loại hệ thống phân loại đang hiện hành.

Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sảnphẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phânloại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc Một hệ thống hoàn chỉnh cóthể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thờigian trì hoãn hệ thống Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao

và có tính tuần hoàn nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong côngviệc Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất

Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứngnhu cầu cấp bách này

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trongcác nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sảnphẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo chiều cao

a) Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

+ Cấu tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có cấu tạo chính gồm:Cấu tạo:

 Một băng chuyền

 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 van đảo chiều

 Các rơ le trung gian

 Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

 Nút nhấn

+ Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Xylanh piston sẽ đẩy sảnphẩm ra băng chuyền Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sảnphẩm có màu sắc khác nhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu

về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiểnpiston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt

+ Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong cácdây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản

phẩm nhựa hay trong chế biến nông sản (như cà phê, gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sảnxuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suấtlao động.

b) Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hình 1.4: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

+ Cấu tạo:

 Một băng chuyền

 Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền

 Ba cảm biến nhận biết chiều cao

 Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm

 Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

 Van đảo chiều

 Các rơ le trung gian

 Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

 Nút nhấn

+ Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhấthoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai Trênbăng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khácnhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đóPLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vàtrung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền

và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai Sau đó động cơ mộtchiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sảnphẩm thấp về vị trí tương ứng

+ Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong cácngành 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 1.5: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng

+ Cấu tạo:

 Một băng chuyền

 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

 Nút nhấn

+ Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Trên băng chuyền sẽ thiết kếcảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thịgiác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điềukhiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêngbiệt

+ Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiềungành công nghiệp:

 Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dángkhác 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

Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có hệthống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm Ví dụ như phân loại sảnphẩm theo trọng lượng, kích thước Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động củachúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể làxylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loạicảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, haycamera phát hiện hình dạng vật thể)

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN VẬT LIỆU 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống:

+ Khối nguồn: Gồm các linh kiện tác động đến công xuất,dòng điện cung cấpnăng lượng thích hợp cho mô hình hệ thống

+ Khối Tín Hiệu: Gồm 3 cảm biến quang phát hiện vật thể và đưa tín hiệu vềPLC để mã hóa tín hiệu

+ Khối Điều Khiển: Gồm 1 PLC S7-200 xử lý tín hiệu từ cảm biến và xuất tínhiệu được mã hóa đến khối hiện thị và phân loại

Khối Nguồn

Khối Tín Hiệu

Khối Điều Khiển

Khối Phân Loại

+ Khối Phân loại: Gồm 3 xylanh nhận tín hiệu từ PLC và phân các loại sản phẩmtheo yêu cầu của mô hình đề tài.

2.2 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong mô hình

2.2.1 Xilanh khí nén

Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích

lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động Xi lanh khí nén hay còn được gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với

chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén ( lấy từ máy nén khí thông thường)

Để thực hiện chức năng của mình, xi lanh khí nén truyền một lực lượng bằngcách chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng Điều này đạt được bởikhí nén có khả năng mở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nóxảy ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển

Sự giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn Một khiđược kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do đó, truyền tảilực trên piston Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén

Hình 2.1: Nguyên lí làm việc của Xilanh

Xi lanh khí nén cũng có nhiều loại thiết kế khác nhau cho phù hợp yêu cầu chếtạo máy như: xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh kẹp, xi lanh compact, xi lanh xoay, xilanh trượt…

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Xy lanh có cấu tạo gồm nhiều bộ phận và chi tiết tạo thành: nòng, ty, phốt,piston, vỏ xylanh, đầu tác động, cổng cung cấp khí, đầu ra khí nén Được sản xuất trên

1 chuỗi dây chuyền hiện đại, khâu kiểm tra chất lượng kỹ càng, có tem, nhãn hiệu,xuất xứ đầy đủ Chất liệu tốt: thép, inox… nên có thể chống oxy hóa, chịu được cáclực va đập nhẹ và làm vệc trong nhiều môi trường có nhiệt cao

Cấu tạo của Xylanh 2 ty TN là khối chữ nhật dẹp, cổng khí vào, cổng khí ra, vỏ

xi lanh, 2 trục ty

Để giúp điều khiển hoạt động xy lanh như ý muốn, người ta thường gắn xy lanhvới một van khí loại van 3/2 hoặc van 5/2 Khi được cung cấp khí nén, khí sẽ đi vàotrong của xy lanh trong đó có piston Sau đó lực sẽ truyền đến làm piston di chuyểnđẩy ra vào Khi hết hành trình thì xy lanh xả khí nén ra ngoài và bắt đầu một chu kỳnén- đẩy mới Những chu kỳ này sẽ lặp lại, liên tục

Hình 2.3: Nguyên lí làm việc cảm biến quang

Ứng dụng của cảm biến quang: ứng dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng đểphát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau, phát hiện đo lường khoảng cách hay phát hiệntốc độ của đối tượng,…ví dụ: phát hiện một chai nhựa trên băng chuyền hoặc kiểm traxem tay robot đã gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay chưa?

Cảm biến quang đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự độnghóa Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, giống như làmviệc mà không nhìn được vậy

Cảm biến quang có nhiều ưu điểm hơn so với các loại cảm biến khác( cảm biến

từ, cảm biến điện dung )

Cảm biến quang không tiếp xúc trực tiếp với vật cần phát hiện cho nên tuổi thọ,

3.Đen: OUT(Tín hiệu)

2.2.3 Động cơ băng tải và các thiết bị khác

 Động cơ:

Động cơ điện một chiều hay còn gọi là motor DC ( DC là từ viết tắt của "DirectCurrent Motors") là động cơ điều khiển trực tiếp có cấu tạo gồm hai dây (dây nguồn vàdây tiếp đất) DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục

Khi bạn cung cấp năng lượng, motor DC 12V sẽ bắt đầu quay, chuyển điện năngthành cơ năng Hầu hết các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòng

quay/ phút), và các động cơ DC đều được ứng dụng để làm quạt làm mát máy tính,hoặc kiểm soát tốc độ quay của bánh xe

Để điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, người ta dùng điều biến độ rộngxung (kí hiệu là PWM), đây là kỹ thuật điều khiển tốc độ vận hành bằng việc bật và tắtcác xung điện Tỷ lệ phần trăm vận tốc với thời gian của thiết bị được điều khiển bằng

cơ chế bật tắt một mức độ cơ số vòng quay xác định của động cơ

Ứng dụng của băng tải: Có nhiều loại băng tải được ứng dụng trong các điều kiện

và tính chất làm việc khác nhau, dùng để vận chuyển hàng hóa, đóng gói sản phẩm,phân loại sản phẩm, dễ dàng tích hợp với máy test sản phẩm tự động, máy đóng đai tựđộng… dùng trong rất nhiều ngành sản xuất, lắp ráp linh kiện, thiết bị điện tử, lắp ráp

ô tô, xe máy, xe đạp điện, trong ngành sản xuất thực phẩm, y tế, dược phẩm, may mặc,dầy dép

Mỗi loại băng tải được sử dụng trong những trường hợp nhất định, cần tìm hiểUđể lựachọn đúng để có thể sử dụng đạt hiệu quả cao

Hình 2.5: Động cơ

Hình 2.6: Hình băng tải

+ Thông số kỹ thuật:

 Băng tải PVC được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền lắp ráp trong cáclĩnh vực chế biến thực phẩm, dược phẩm, điện tử, thuốc lá, in ấn…

 Độ bền kéo tốt, tuổi thọ dài , không bị dãn trong quá trình hoạt động

 Bề mặt dây PVC chống nước chịu nhiệt từ (-10°C – 80°C) có thể chịu đượcnhiệt độ 110° C trong một thời gian nhất định

 Băng tải PVC có độ dày 1 -5 (mm)

 Khả năng chống thấm hơi ẩm, axit, dầu, khí, ánh sáng mặt trời

 Khả năng chống rách, bong tróc và tác động trọng lượng dây PVC nhẹ, linhhoạt …

 Băng tải PVC (Mặt trên trơn láng hoặc carô – mặt dưới là lớp bố dệt), có độdày 1mm, 2mm, 3mm, 4,5mm và 5mm

 Nguồn nuôi động cơ:

Bộ nguồn tổ ong 24V 5A thực chất là nguồn xung Trên bộ nguồn này bạn thấyrất nhiều các lỗ thông hơi thoát nhiệt hình lục giác giống cấu tạo tổ ong nên được mọingười gọi vậy cho dễ nhớ Bộ nguồn tổ ong 24V 5A có tác dụng biến đổi từ nguồnđiện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung bằng mạchđiện tử kết hợp với một biến xung

Bộ nguồn tổ ong 24V 5A có công dụng nổi bật: chỉnh lưu, biến tần, nắn dòng…làm dòng điện, điện áp, tầng số dao động ổn định, thiết bị này hay được dùng trong cácmạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp ảnh hưởng tới mạch, sụt áp, đồngthời cũng làm tăng tuổi thọ của các thiết bị điện Với giá thành rẻ, nhỏ gọn, dễ tích hợpcho những thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao, nên đây là thiết bị rất được ưa chuộng trongthời đại đèn LED, vi mạch điện tử lên ngôi hiện nay

Hình 2.7: Nguồn nuôi động cơ

Van điều khiển khí SMC sẽ thực hiện chức năng cung cấp dòng khí để các thiết

bị công tác hoạt động, phân chia dòng khí nén theo yêu cầu của người sử dụng.Vanđiều khiển có hai loại: van điều khiển bằng khí và van điện từ Với van điện từ, kháchhàng ưu tiên chọn lựa bởi sự đóng mở cửa nhanh chóng, việc chuyển trạng thái từthường đóng sang ở hoặc ngược lại diễn ra gần như đồng thời với việc đóng ngắt điện.Van điện từ có nhiều loại cuộn coil điện từ 12V cho đến 24V, 110V cho đến220V nên khách hàng dễ chọn lựa hơn.Với van điều khiển bằng khí nén, hoạt động củavan dựa vào áp lực của dòng khí nén tác động để đóng mở cửa van Tuy nhiên, nguồnkhí phải đủ mạnh và cung cấp liên tục để van hoạt động

Một số loại van khí SMC như: van điện từ VXD, van điện từ VF 1000, van điện

từ VF 3000, van điện từ VF 5000 …

Ưu điểm của van SMC: thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt với nhiều kích thước renkhác nhau, van có tính thẩm mỹ cao, làm từ chất liệu tốt nên rất bền, chịu được nhiệt

độ và áp suất cao, có thể làm việc liên tục, chế độ công việc nặng

Tuy nhiên dù là thiết bị tốt như thế nào nếu khách hàng không tìm hiểu kỹ cách

sử dụng, không bảo quản tốt, vệ sinh định kỳ thì sẽ không đem lại hiệu quả cao và tuổithọ như mong muốn

Ứng dụng van điều khiển khí SMC

Khí nén SMC không chỉ có van mà còn nhiều loại thiết bị khí nén như: xi lanh, xilanh hai ti, co nối, bộ lọc, thiết bị điều áp, với 12000 mã hàng trong lĩnh vực khí nén sẽđáp ứng đầy đủ chủng loại, mẫu mã, kích thước mà khách hàng cần

Van điều khiển khí SMC có thể dùng trong nhiều máy móc như máy đóng nhãn,máy đóng gói trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất robot và trong sản xuất linh kiện:điện thoại, xe máy, các con chíp điện tử… Tuy nhiên cần tìm hiểu địa chỉ kinh doanh

và mua thiết bị chính hãng để tốt nhất về giá và chất lượng

Việc sử dụng thiết bị khí nén là xu thế tất yếu khi công nghiệp phát triển mạnh

mẽ, đem lại sự thay đổi cho con người và xã hội Chúng ta cần tiếp nhận, thực hiện,ứng dụng để quá trình sản xuất đem lại nhiều lợi nhuận hơn

Hình 2.8: Van điện từ khí nén SMC

+ Thông số kỹ thuật:

Thuộc tính Giá trị

Nhiệt độ hoạt động tối thiểu 0 ° C

Tốc độ dòng chảy tối đa 687,05 NL / phút

Áp suất hoạt động tối thiểu 0 MPa

Hình 2.9: Cấu trúc chung của rơle

Nếu cuộn dây của rơ le được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơ lechính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong mạch từ từthông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng

mở ra Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các tiếp điểm về vị trí banđầu Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ (5A) nên hồ quang khi chuyển mạchkhông đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang

2.2.5 Role

Hình 2.10: Relay Module

Mô-đun điều khiển rơ le 3 kênh LM YN Khóa liên động Bộ kích hoạt tự khóa 3trong 1 Mô-đun chuyển tiếp Bộ kích hoạt mức cao - thấp với các chỉ báo cho điềukhiển thiết bị gia dụng, điều khiển công nghiệp PLC, Arduino (5V)

Mô-đun sử dụng thiết kế máy tính một chip, chứa điện trở giới hạn dòng điện, bảo vệđi-ốt tự do, chống nhiễu mạnh Sử dụng bóng bán dẫn cao áp công suất lớn, khả năngtruyền động mạnh mẽ, hiệu suất ổn định

Việc sử dụng bảng mạch PCB hai mặt, bộ phận tiếp xúc rơ le, sử dụng cách điệntrung kế vật lý, thiết kế độc lập từng cách cho dòng điện lớn qua bảng bố trí để xemxét hiệu suất toàn diện, ổn định

Thông qua cài đặt jumper, mô-đun để đạt được chức năng ba bầu cử (tự khóa,lồng vào nhau, kích hoạt (chạy bộ) Chế độ cài đặt kích hoạt lựa chọn kích hoạt mứccao/thấp, điều khiển linh hoạt

Module sử dụng rơ le chính hãng chất lượng cao, giao diện thường mở tải tối đa:

AC 250V/10A, DC 30V/10A;

Chỉ báo nguồn (màu đỏ), từng chỉ báo trạng thái rơ le (màu xanh) Thiết kế chịulỗi, ngay cả khi dòng điều khiển tắt, rơle sẽ không hoạt động; kích hoạt cách lyoptocoupler, nguồn cung cấp kích hoạt có thể là nguồn cung cấp điện độc lập bênngoài

Đặc trưng:

Phương pháp làm việc là tự khóa / khóa liên động / kích hoạt ba tùy chọn

1 [Tự khóa]

Nhấn một lần, kéo rơle Nhấn một lần nữa, rơ le tắt

Tự khóa độc lập với nhau độc lập với nhau, nhưng cũng có thể là một công tắckích hoạt bên ngoài (nối dây đầu cuối CH), với kích hoạt cao hoặc thấp (tùy chọn), cóthể điều khiển nhiều, chẳng hạn như điều khiển ánh sáng

2 [Kích hoạt (chạy bộ)]

Được nhấn khi rơle kéo, nhả nút tắt rơle Cũng có thể kết nối công tắc kích hoạt(đấu dây đầu cuối CH) và kích hoạt với mức cao hoặc mức thấp (tùy chọn)

Thích hợp cho như khóa cửa điện, khóa cửa điện, gắn với bộ vi điều khiển và do

đó chỉ cần một mạch xung cao hoặc thấp

3 [Lồng vào nhau]

Nhấn nút tương ứng, tương ứng với rơ le hút và tắt 2 chiều còn lại, 3 kênh chỉ cómột chiều sẽ bị khóa, tương tự với công tắc bánh răng quạt, hai kênh không thể hoạtđộng cùng lúc

Rơ le cũng có thể là công tắc kích hoạt bên ngoài (đấu dây đầu cuối CH), vớikích hoạt cao hoặc thấp (tùy chọn) Ứng dụng thực tế như mạch chuyển đổi gian hàngquạt

Thông số điện:

Điện áp kích hoạt: mức thấp là 0-2,5V, mức cao mặc định là 3,5-5V;

Điện áp cung cấp: DC5V;

Dòng tĩnh: 18mA / 5V;

Làm việc hiện tại: 285mA / 5V;

Kích thước mô-đun: 64,5x72x18,5mm / 2,54x2,83x0,73 inch (L * W * H),

Trọng lượng mô-đun 60g / 0,13lb

Giao diện mô-đun:

đầu vào điện:

1.DC +: Nguồn điện tích cực;

2.DC-: Nguồn cấp âm;

Đầu ra rơle:

1.NO1-NO3: giao diện tiếp xúc thường mở

2.COM1-COM3: giao diện chung chuyển tiếp

3.NC1-NC3: giao diện rơ le thường đóng

2.3 Sơ đồ đấu điện:

Hình 2.11: Sơ đồ đấu điện động lực