đề tài hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

bị và tự động hóa trong phương thức sản xuất nhằm đưa con người đến một mức phát triển cao hơnTrang bị điện cũng là một môn học để giúp người học có thể nắm được những kiến thức căn bản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINHKHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO

MÔN HỌC: THỰC TẬP TRANG BỊ ĐIỆN − KHÍ NÉNĐỀ TÀI: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

GVHD: THẦY PHÙNG SƠN THANH SINH VIÊN THỰC HIỆN:

MAI CÔNG THÀNH19151173

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trong công cuộc đổi mới và phát triển của đất nước, việc giải phóng sức lao động và nâng cao năng suất sản xuất lao động đã thúc đẩy cho sự phát triển của máy móc thiết

bị và tự động hóa trong phương thức sản xuất nhằm đưa con người đến một mức phát triển cao hơn

Trang bị điện cũng là một môn học để giúp người học có thể nắm được những kiến thức căn bản nhất để có thể hòa nhập được với sự phát triển của xã hội, tuy nhiên đối tượng của nó gồm các yêu cầu công nghệ mà các công cụ, trang thiết bị, dây chuyền sản xuất đặt ra đòi hỏi cần cung cấp những thiết bị điện như thế nào để yêu cầu công nghệ của các thiết bị, máy móc đó được thỏa mãn.

Lĩnh vực nghiên cứu của môn học này rất rộng đòi hỏi cần có nhiều thời gian, vì

thế nên chúng em đã tập trung vào nghiên cứu cho đề tài “Hệ thống phân loại sản phẩmtheo màu sắc”

Trong quá trình làm sẽ có nhiều điểm thiếu sót và chưa hợp lý Nên chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy và các bạn.

CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện-điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu đó, chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 1.1).

Hình 1.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.

Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định màu sắc của sản phẩm Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau.

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:

- Chuyển động của băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian

- Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén

Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xylanh đẩy vào băng chuyền Cảm biến sẽ phát hiện sản phẩm, sau đó băng chuyền chạy Tiếp theo sẽ có một cảm biến phát hiện sản phẩm lỗi Có ba cảm biến màu sắc (xanh, đỏ, vàng) với 3 xylanh để đẩy sản phẩm theo đúng màu Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phân loại với màu sắc khác nhau Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyển đến từng thùng hàng để đóng gói Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong 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, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được 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.

Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa…

1.2 Các vấn đề đặt ra

Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.

Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các

chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.

- 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.1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài “Phân loại sản phẩm theo màu sắc” đã được nhiều sinh viên của các trường nghiên cứu và thực hiện Đồng thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những mô hình đơn giản Mô hình này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, chúng em đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:

* Phương pháp tuần tự và đồng thời

Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể việc đầu tiên là nghiên cứu mô hình cụ thể sau đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong thiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản Từ đó, áp dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài.

* Phương pháp thực nghiệm

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.

Cho chạy thử hết công suất, sau khi đã vận hành hết các chức năng cũng như công suất của hệ thống để rút ra giới hạn của hệ thống từ đó đưa ra phương án cải tiến hay thay thế từ đó đưa ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệ thống, vận tốc của

băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng, năng suất của hệ thống ).

1.4 Phạm vi giới hạn

Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau:

- Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 1700 x 700 x 400 (mm)- Khối lượng: 30 Kg

- 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.

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp Hiện nay, Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất Một trong những thiết bị, máy móc hiện đại đó phải kể đến

hệ thống phân loại sản phẩm Chính vì vậy, chúng em 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”(Hình 2.4) Mô hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt

động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển hệ thống

Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng để phân loại các sản phẩm có màu sắc khác nhau với độ chính xác cao Hệ thống được ứng dụng rất nhiều trong các ngành ông nghiệp như:

- 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.

CHƯƠNG 3 – VẬT LIỆU Đế đỡ toàn bộ mô hình: Sử dụng gỗ tấm (Hình 3.1).

Kích thước (Dài x Rộng x Cao) : 1700 x 700 x 20 (mm)

Hình 3.1 Gỗ tấm.

Một số ưu điểm của gỗ tấm:- Gia công đơn giản.- Giá thành vừa phải.

- Khối lượng nhẹ hơn nhiều so với vật liệu khác.- Không bị ăn mòn.

- Thuận tiện cho việc thiết kế và bắt vít cố định cho toàn bộ mô hình hệ thống.

Bộ phận đỡ băng chuyền, xylanh và cảm biến: Sử dụng nhôm ống hình hộp

(Hình 3.3) Trong mô hình, nhôm ống hình hộp có chức năng vừa làm khung đỡ kết cấu băng chuyền vừa làm cột đỡ xylanh và cảm biến Nhôm ống hình hộp được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cũng như xây dựng, kết cấu dân dụng, khung cửa…

Hình 3.3 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 3.4) Ổ bi dùng để dẫn trục

quay nhẹ và giảm ma sát.

Hình 3.4 Ổ bi.

d) Cảm biến sử dụng trong mô hình hệ thống

Với đề tài phân loại sản phẩm theo chiều cao, chúng em sử dụng cảm biến quang

E3F-DS10C4 (Hình 3.17) để nhận biết và phân loại sản phẩm.

Hình 3.17 Cảm biến quang E3F-DS10C4.

Đây là cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán: đầu ra là NPN.

Đặc điểm của cảm biến:

- Chống nhiễu tốt - Gọn và tiết kiệm chỗ.

- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn - Chế độ hoạt động: ON - đèn sáng, OFF - đèn tắt.

Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật:

- Thông số kỹ thuật: E3F DS10C4.

- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 22 x 70 mm - Khoảng cách phát hiện: 100mm.

- Dòng định mức: 200mA - Vỏ làm bằng chất liệu ABS.

- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm - Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện - Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm) - Điện áp nguồn cấp: 12VDC-24VDC.

- Công suất tiêu thụ: Tối đa 25mA - Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.

- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ) Bảo quản -30°C đến 70°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ)

- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95% - Trọng lượng (cả vỏ): 85g.

3.1.6.Rơ le trung gian

Thông tin chi tiết về rơ le [4].a) Khái niệm chung về rơ le

Rơ le (Hình 3.18) là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơ le được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hàng ngày.

Rơ le có nhiều chủng loại với nguyên lý làm việc, chức năng khác nhau như rơ le điện tử, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện từ tương tự, rơ le điện tử…

Hình 3.18 Rơ le trung gian.

Đặc tính cơ bản của rơ le: là đặc tính vào ra Khi đại lượng đầu vào X tăng đến một giá trị tác động X , đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0 (Y ) đến 1 (Y2minmax) Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả X thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy cấp từ 1 xuống1 0 Đây là quá trình nhả của rơ le.

b) Phân loại rơ le

Có nhiều loại rơ le với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau Do vậy có nhiều cách để phân loại rơ le:

Phân loại nguyên lý làm việc theo nhóm:

- Rơ le điện cơ.- Rơ le nhiệt.- Rơ le từ.- Rơ le số.

Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:

- Rơ le có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp

- Rơ le không tiếp điểm (rơ le tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột

các tham số cảu cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,…

Phân loại theo đặc tính tham số vào:

- Rơ le dòng điện.- Rơ le công suất.- Rơ le tổng trở…

Phân loại theo cách mắc cơ cấu:

- Rơ le sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.

- Rơ le thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biếne) Rơ le trung gian

Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động, đặc điểm của rơ le trung gian là số lượng tiếp điểm khá lớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ.

Cấu tạo của rơ le trung gian (Hình 3.19).

Hình 3.19 Cấu tạo của rơ le trung gian 1 Gông từ 2 Cuộn dây 3 Thép từ 4 Lò xo 5 Tiếp điểm.

Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:

Nếu cuộn dây của rơ le được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơ le chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra sẽ tạo ra trong mạch từ thông, 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 sẽ nhả đưa nắp và các tiếp điểm về vị trí ban đầu Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ nên hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang

Rơ le trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến bốn cặp thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250VAC, 28VDC, hệ số nhả của rơ le nhỏ hơn 0.4, thời gian tác động dưới 0.05s, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/giờ.

Hình 3.20 Rơ le OMRON MY4N-J DC24.

Trong mô hình sử dụng rơ le OMRON MY4N-J DC24 (Hình 3.20) với các thông số kỹ thuật:

- Số chân: 14 chân dẹt - Có đèn led hiển thị - Điện áp cuộn dây: 24VDC - Tiếp điểm: 5A, 250VAC/28VDC - Thời gian tác động: 20ms Max.

- Tần số hoạt động: Điện: 1800 lần/giờ, Cơ: 18000 lần/giờ - Tuổi thọ: AC: 50.000.000 phút, DC: 100.000.000 phút - Tần số: 1800 lần/giờ.

- Nhiệt độ làm việc: -55°C - 70°C

3.1.7.Nút nhấn

a) Khái niệm

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện một chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ…

Nút nhấn thường được dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.

b) Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.

Nút nhấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn Các loại nút nhấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt Nút nhấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy (Hình 3.21)

Hình 3.21 Nút nhấn.