đồ án 2 bản chính nguyễn đứcđồ án môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm ninh 2017 0850

Quá trình sản xuất càng được tự độnghóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho cácdoanh nghiệp.Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công ngh

TRƯỜNG CƠ KHÍ

Bộ môn Cơ điện tử ========================

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1

1 Khái niệm và ứng dụng 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm 1

1.3 Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người 2

1.4 Khả năng ứng dụng trong thực tế 3

1.4.1 Công dụng và lợi ích của hệ thống 3

1.4.2 Các lĩnh vực áp dụng 3

1.5 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động 4

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 7

Bài toán điều khiển 16

3.2 Tính toán lựa chọn linh kiện cho hệ thống điều khiển 28

Chương 4 XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG 30

4.1 Thiết kế mạch điện hệ thống điều khiển 30

4.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động 32

KẾT LUẬN 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

Hình 1.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.Hình 2.1: Động cơ điện 1 chiều

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càngcao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết Tựđộng hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng,chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động Quá trình sản xuất càng được tự độnghóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho cácdoanh nghiệp.

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sửdụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, giacông, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linhhoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trêncơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnhhưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phận loại sản phẩm.

Đồ án “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” được nghiên cứu nhằm củng cốkiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy được mối liên hệ giữanhững kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế Đề tài có nhiềuứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm vàphân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân côngđi kèm với giảm chi phí sản xuất.

Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần chúng em chưa nắmvững, dù đã tham khảo nhiều tài liệu Khi thực hiện đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠĐIỆN TỬ”, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót, hạn chế Kính mongnhận được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn tới thầy TS Lê Đức Độ đã hướng dẫn tận tình,tạo điều kiện thuận lợi và cho em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án mônhọc này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM1 Khái niệm và ứng dụng

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay công việc phân loại sản phẩm rất phổ biến và có vai trò quan trọngtrong nhiều ngành sản suất, phân loại sản phẩm theo chất lượng, theo kích cỡ, theochủng loại v.v… Tuy nhiên công việc phân loại sản phẩm là một công việc với chutrình lặp đi lặp lại rất nhàm chán đối với người công nhân và khó tránh khỏi sai sótnhầm lẫn Do đó để nâng cao năng suất làm việc và tính ổn định của chất lượngsản phẩm, người ta đã đưa vào các các thiết bị sản suất trong công nghiệp với hệthống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản suất.

Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản suất tự động con ngườiđã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm sức lao động tránh được sự nhàmchán, tạo cho họ cơ hội được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kĩthuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.

Trong thời buổi kinh tế thị trường và sự hội nhập ngày càng sâu rộng vào nềnkinh tế thế giới vấn đề cạnh tranh trở thành một đề tài nóng mang tính sống còn,cạnh tranh về mẫu mã, về chất lượng sản phẩm… Có thể thấy rằng để có đượcnhững yếu tố cạnh tranh này thì ta phải áp dụng được những quy trình công nghệtiên tiến vào quá trình sản suất tạo tiền đề cho việc nâng cao chất lượng và giảmgiá thành sản phẩm…

1.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự độngnhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đónggói

hay loại bỏ sản phẩm hỏng.

- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng

Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dáng kích thước bên ngoài.Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu và sự khác biệt củaphôi với nhau.

1.3 Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người

Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời hình thành và phát triển làm tăng nhiều

mặt tốt phục vụ cho cho cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con ngườihứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và ổn định lâu dài Đồng thời cũng là nềntảng cho sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên thế giới Một lần nữa khẳng định nócó vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển, cung cấp phân phối sản phẩm tớicon người một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn Vấn đềsố lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóavà đa dạng về mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngàycàng được nâng cao và đáp ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảonhất Từ đây ta thấy được các thiết bị hiện đại đã giảm thiểu lớn thời gian lao độngsức tiếp cho quá trình sản xuất cũng như trong các quá trình khác để tạo ra sảnphẩm Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công việc khó khăn phức tạp đãđược thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ cần điềukhiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt Nhờ vậymà sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện mộtcách rõ rệt.

1.4 Khả năng ứng dụng trong thực tế1.4.1 Công dụng và lợi ích của hệ thống

Hệ thống có khă năng phân loại sản phẩm theo từng thuộc tính và sắp xếp cácsản phẩm phân loại đúng vị trí yêu cầu, đó là một khâu quan trọng trong quy trìnhcông nghệ tự động hóa sản xuất hoàn toàn Giúp nâng cao năng suất sản xuất và độchính xác khi thực hiện công việc, giảm nhu cầu về nhân lực và tạo ra môi trườnglàm việc thân thiện ở trình độ cao Tạo ra những tiền đề quan trọng nâng cao tínhcạnh tranh về giá cả, chất lượng và mẫu mã sản phẩm.

Ngày nay, để đáp ứng đầy đủ nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng cầnphải thiết kế chế tạo nên các loại sản phẩm hướng đến từng đối tượng người tiêudùng Do đó trong cùng một dây chuyền sản xuất lại có các cái loại sản phẩm cómàu sắc hình dạng khác nhau, để tạo điều kiện thuận lợi trong việc tiêu thụ sảnphẩm cần phải sắp xếp chúng đúng theo từng loại Và hệ thống phân loại sản phẩmlại tỏ ra khá hữu ích trong công việc này.

Hệ thống phân loại sản phẩm có thể được ứng dụng để giữ vai trò như là mộthệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm theo các tiêu chí đánh giá cụ thể, tạo nên sựlinh hoạt đa năng cho hệ thống, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng để tích hợp với các hệ thống tự độngkhác tạo nên một chu trình khép kín.

Hệ thống phân loại sản phẩm là một phần không thể thiếu trong hầu hết các

trong đó là hằng số và là dòng điện stato Mômen do động cơ phát triển được chobởi quan hệ:

ϕ (2) Trong đó: là hằng số cuộn dây phần ứng và là dòng điện phần ứng không đổiTừ (1) và (2) suy ra:

(với ) (3)

(5)

Trong đó:

là hằng số emf quay lại là vị trí góc hoặc độ dịch chuyển là vận tốc góc của động cơ.

Áp dụng phép biến đổi Laplace cho (4) với điều kiện ban đầu bằng không, dòng điện phần ứng là

(6)

Vì mômen trục được sử dụng để truyền tải chống lại mômen quán tính và ma sát, do đó,

(7)Trong đó:

là mômen quán tính là hệ số ma sát

Áp dụng biến đổi Laplace cho (7) , ta có: (8)

Trong đó tất cả các điều kiện ban đầu được giả định bằng không Sau một số thao tác đại số, hàm truyền sau được suy ra

(9)

Xét tác dụng của tải do bánh răng truyền đến trục chính động cơ, sơ đồ khối như hình 2 được vẽ:

Hình 3.2: Sơ đồ khối tương đương của động cơ điện một chiều có tải ngoài đượcghép bằng bánh răng

Hàm truyền liên hệ giữa mômen động cơ tải với vị trí tải là:(10)

Trong đó:

n = (11): Số răng của đầu vào (động cơ)

: Số răng của bánh răng đầu ra (tải): Động lượng quán tính của tải: Ma sát nhớt của tải

:Động lượng quán tính của tải quy về trục chính của động cơ:Ma sát nhớt của tải được quy về trục chính của động cơ (12)

Trong đó:

là tổng động lượng quán tính của trục chính động cơ là tổng ma sát nhớt của trục chính động cơ

Thay (12) vào (10), hàm truyền mới liên hệ mômen động cơ không tải với vị trí tảiđược tính là:

(13)

Sơ đồ khối tương đương hoàn chỉnh của hệ thống được thể hiện trong Hình 3

Hình 3.3: Sơ đồ khối tương đương của động cơ điện một chiều có tải ngoàiHàm truyền liên quan của sơ đồ khối tương đương của hệ thống được thể hiện trong Hình 3 được tính như sau:

Áp dụng tiêu chuẩn Routh, ta có bảng sau:

Ta thấy các giá trị cột đầu có 1 giá trị bằng 0 nên hệ hở trên không ổn định

Kiểm tra tính ổn định của hệ kín

Do không ổn định khi hệ hở nên cần có vòng phản hồi để hệ ổn định.

Ngoài ra để thời gian quá độ giảm hay nói cách khác là để thời gian ổn địnhcủa động cơ nhanh thì ta sẽ thiết kế thêm bộ điều khiển PID.

Ta có sơ đồ điều khiển với bộ điều khiển PID như sau:

Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển dùng PID

Bộ điều khiển được mô tả bằng mô hình vào – ra:

Trong đó: e(t) là tín hiệu đầu vào u(t) là tín hiệu đầu ra là hệ số khuếch đại là hằng số tích phân

là hắng số vi phân

Từ mô hình vào – ra trên ta có được hàm truyền của bộ điều khiển PID

Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào các tham số , , Hiện có khá nhiều phươngpháp xác định các hệ số này, song để tiện ích và dễ sử dụng em chọn phươngpháp Ziegler – Nichols

Hình 3.5 Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ

Hình 3.6 Bảng thông số ,

Ta chọn các tham số của bộ PID là:

Đồ thị biểu diễn đáp ứng của hệ thống khi có PID:

Theo yêu cầu của bài toán là thiết kế hệ thống cơ điện tử cho hệ thống phânloại sản phẩm với năng suất là 20sp/ph

Bài toán này sẽ được thiết kế với 2 chế độ là: bằng tay và tự động.

Tín hiệu đầu vào được lấy từ 3 cảm biến là cảm biến phát hiện phôi, cảmbiến phát hiện sản phẩm cao và cảm biến phát hiện sản phẩm trung bình.Tín hiệu đầu ra là xylanh cấp phôi, 2 xylanh đẩy sản phẩm cao và trungbình, sản phẩm thấp sẽ đi đến cuối băng tải

Dựa theo những yêu cầu trên em sẽ sử dụng 8 đầu vào và 6 đầu ra

Vậy để tiện cho việc lập trình và mô phỏng em sẽ chọn Controller là SIMATICS7-1200, cụ thể là CPU 1212C AC/DC/Rly.

PLC này có hỗ trợ giao diện, công suất cũng như số cổng vào – ra hoàn toànđáp ứng được yêu cầu bên trên.

Hình 3 7 CPU 1212C AC/DC/Rly.

Xylanh được sử dụng là xylanh tác động đơn, phản hồi về bằng lò xo.Van điều khiển xylanh là van 3/2 điều khiển bằng điện từ, phản hồi bằng lò xo

Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 dùng nguồn từ 10-30VĐộng cơ điện 1 chiều DS-42RP 7750246000-25K nguồn 24V

Chương 4 XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG4.1 Thiết kế mạch điện hệ thống điều khiển

Xây dựng mạch điện kết nối từ PLC ra các thiết bị khác

Dưới đây chính là giao diện của hệ thống điều khiển

4.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động (điều khiển)

KẾT LUẬN

Sau thời gian làm đồ án “Thiết kế hệ thống cơ điện tử” với sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo TS Lê Đức Độ, chúng em đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ đồ án

yêu cầu.Trong quá trình hoàn thành đồ án, chúng em đã nghiên cứu, tìm hiểu một số tài liệu sẵn có, tài liệu trên internet và sự chỉ bảo của giáo viên hướng dẫn nên chúng em đã thu được một số kết quả nhất đinh:

- Biết được cách trình bày, kết cấu cơ bản của một đồ án - Hiểu được quy trình phân loại sản phẩm và cách thức vận hành - Nắm bắt được quy trình tính toán, thiết kế một hệ thống cơ khí - Có thêm kinh nghiệm làm việc nhóm.

Tuy nhiên, do thời gian có hạn cùng với kiến thức của bản thân còn hạn chế nên quá trình tính toán sẽ có sai sót Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, côgiáo để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Lê Đức Độ đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài được giao.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, PGS TS Trịnh Chất- TS LêVăn Uyển.

[2] Chi tiết máy tập 1 + 2, Nguyễn Trọng Hiệp.

[3] Nguyễn Tiến Lưỡng: “Tự động hóa thủy khí trong máy côngnghiệp,”Nhà xuất bản Giáo dục, 2008.

[4] Tài liệu hướng dẫn thực hành PLC S7-1200.[5] Tài liệu lý thuyết điều khiển và tự động.

[6] Trần Văn Địch: “Tự động hóa quá trình sản xuất,” Nhà xuất bản Khoahọc kỹ thuật, 2001.