khoá luận tốt nghiệp thiết kế và lắp ráp dây chuyên đóng nắp hộp hoa quả dùng plc fx1s 20mr

Tự động hóatrong quá trình sản xuất giúp nâng cao năng suất lao động, tăng độ chính xác hoạt độnglâu dài và do đó tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế trong quá trình sản xuất.Vào những thậ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘIKHOA ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -    -

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP DÂY CHUYÊN ĐÓNG NẮP HỘPHOA QUẢ DÙNG PLC FX1S-20MR

Giảng viên hướng dẫn:ThS TỪ VIỆT BA

Sinh viên thực hiện:NGUYỄN THÀNH TUẤNLÊ CÔNG TÍT

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2024

1.4 Ý nghĩa của đề tài 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Bài toán công nghệ dây chuyền sản xuất tự động 9

2.2 Phân loại và cấu trúc hệ thống 10

2.3.4 Hệ thống điều khiển On – Off 14

2.3.5 Hệ thống điều khiển tuyến tính 14

2.3.6 Hệ thống điều khiển PID 15

2.4 Hệ thống giám sát 15

2.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp 16

2.5.1 Phân tích và lựa chọn giải pháp cơ khí 16

2.5.2 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động khí nén 18

2.5.3 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động điện 20

2.5.4 Phân tích lựa chọn giải pháp cảm biến 23

2.5.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển 26

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI 29

3.1 Thiết kế mô hình hệ thống cơ khí 29

3.2.3 Cảm biến ( cảm biến quang ) 41

3.2.4 Động cơ điện 1 chiều có giảm tốc 42

3.2.5 Van điện từ (5/2) 43

3.2.6 Rele trung gian 44

3.2.7 Bộ điều khiển trung tâm ( PLC ) 44

3.2.7 Khối nguồn 47

3.2.8 MCB 47

3.3 Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống Hệ thống điều khiển trung tâm 48

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

LỜI MỞ ĐẦU

Như đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vìvậy vấn đề tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò rất quan trọng Tự động hóatrong quá trình sản xuất giúp nâng cao năng suất lao động, tăng độ chính xác hoạt độnglâu dài và do đó tăng tính hiệu quả về mặt kinh tế trong quá trình sản xuất.

Vào những thập niên cuối thế kỉ XX sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ bándẫn điện tử cùng với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin đã mở ra nhiều hướng đimới cho ngành tự động hóa từ đó xuất hiện một loại thiết bị điều khiển với tên gọi làProgrammable Logic Controller ( PLC ).

PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được dùng rộng rãi trong công nghiệp để điềukhiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi người sử dụng Chính vì những ưuđiểm của nó hiện nay PLC đang là sự lựa chọn tối ưu cho các công ty, xí nghiệp hoạtđộng trong lĩnh vực tự động hóa đang muốn nâng cao chất lượng hệ thống sản xuất, nângcao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí vận hành cũng như tiết kiệm nhân công lao động,đáp ứng được nhu cầu của thị trường.

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của ứng dụng trong thực tế, chúng em sau một thờigian học tập được các thầy cô giảng dậy kiến thức về ngành điện tử công nghiệp và sự

giúp đỡ từ thầy hướng dẫn Từ Việt Ba cùng sự nghiên cứu tìm tòi của nhóm chúng em đã

sử dụng PLC Mitsubishi FX2N ứng dụng vào thực tế đồ án, với mục đích nghiên cứu tíchlũy kinh nghiệm và do kiến thức còn hạn hẹp nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót.Chúng em rất mong nhận được nhiều sự góp ý của thầy cô để phát triển bản thân về sau.

Em xin chân thành cảm ơn !

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã nghiên cứu thảo luận, lên phương án, đi vàothực hành để hoàn thành nội dung đề tài theo đúng tiến độ đề ra Để đạt được kết quả này,nhóm em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, chia sẻ góp ý và tạo điều kiện của các thầy côtrong quá trình thực hiện.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Điện trường Cao Đẳng Cơ Điện Hà

Nội và thầy giáo hướng dẫn Từ Việt Ba đã tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp kiến thức,

góp ý để chúng em hoàn thiện đồ án này.

Với một khối lượng kiến thức lớn, có nhiều phần thực tiễn, khi thực hiện đồ án trongtính toán, lựa chọn không tránh khỏi những sai sót và hạn chế Kính mong được sự chỉbảo góp ý và giúp đỡ của quý thầy cô để chúng em có thể hoàn thiện tốt hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 05 tháng 04 năm 2024 Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Tuấn

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2-1: Dây chuyền đóng gói phân loại tự động 10

Hình 2-2: Dây chuyền đóng gói tự động 10

Hình 2-3: Nhôm định hình 20X20mm 15

Hình 2-4: Băng tải dây blet PVC,PU 16

Hình 2-5: Băng tải con lăn 17

Hình 2-6: Xi lanh dẫn hướng đôi 18

Hình 2-7: Xi lanh xoay 18

Hình 2-8: Động cơ một chiều 19

Hình 2-9: Động cơ bước 20

Hình 2-10: Động cơ Servo 21

Hình 2-11: Cảm biến tiệm cận điện cảm 22

Hình 2-12: Cảm biến tiệm cận điện dung 23

Hình 2-13: Cảm biến quang 24

Hình 2-14: Vi điều khiển 25

Hình 2-15: PLC của hãng Mitsubishi 26

Hình 2-16: PLC của hãng Keyence 27

Hình 3-1: Các chi tiết: Ổ lăn, ổ đỡ, ổ kẹp 28

Hình 3-2: Cơ cấu cấp hàng cho hệ thống 29

Hình 3-3: Cơ cấu gập nắp thùng 29

Hình 3-4: Cơ cấu gập nắp thùng 30

Hình 3-5: Cơ cấu di chuyển thùng 30

Hình 3-6: Cơ cấu dán nắp thùng 31

Hình 3-7: Cơ cấu cắt băng dính 31

Hình 3-8: Cơ cấu giá đỡ 32

Hình 3-15: Sơ đồ hoạt động của cảm biến quang 40

Hình 3-16: Động cơ điện 1 chiều có giảm tốc(GA25 370) 41

Hình 4-3: Phần khí nén của mô hình 53

Hình 4-4: Màn hình Menu điều khiển mô hình 54

Hình 4-5: Màn hình Main điều khiển mô hình 54

Hình 4-6: Màn hình Manual điều khiển mô hình 55

Hình 4-7: Màn hình đầu ra và đầu vào điều khiển mô hình 55

Hình 4-7: Thùng đi vào vị trí lấy hang 56

Hình 4-8: Hệ thống bắt đầu hoạt động khi nhấn Start 57

Hình 4-9: Băng tải cấp hàng đưa hang vào thùng 57

Hình 4-10: Cảm biến đếm số lượng hàng On lên 58

Hình 4-11: Thùng hàng đến vị trí gấp mép sau 58

Hình 4-12: Thùng hàng được gấp các mép thùng bằng cơ cấu cơ khí 59

Hình 4-13.1: Con lăn 1 bắt đầu ép băng dính 59

Hình 4-13.2: Con lăn 1 bắt đầu ép băng dính 60

Hình 4-14: Con lăn 2 ép băng dính 60

Hình 4-15: Thùng hàng đến vị trí cắt băng dính 61

Hình 4-16: Thùng hang thoát khỏi vùng dán băng dính 61

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN HỆ THỐNG

1.1 Tổng quan chung hệ thống

Dây chuyển tự động hóa ngày càng thể hiện vai trò của mình trong các quá trìnhchế tạo, sản xuất, lắp ráp, đóng gói và kiểm tra sản phẩm trong các nhà máy hiện đại Tựđộng hóa sản xuất hiểu đơn giản là công nghệ trong đó một hoặc nhiều công đoạn đượcthực hiện nhờ sự có mặt của các cơ cấu, máy móc tự động và sự xuất hiện cũng như canthiệp tối thiểu của con người.

Do đó trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, nhu cầu đối với các loại dây truyền đónggói là rất lớn và đa dạng, tuy nhiên lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản xuấtnước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm, việc sản xuất máy móctrong nước thường không đáp ứng tốt về mặt chất lượng và năng suất dù vẫn có ưu thế vềgiá thành.

Đối với khâu đóng gói sản phẩm, việc sử dụng máy tự động thay thế cho công việcđóng gói thủ công là một điều tất yếu vì đây là khâu tốn nhiều sức lao động cho một côngviệc có thể tự động hóa được.

Hệ thống đóng gói sản phẩm được ứng dụng qua nhiều năm và trở thành 1 bộ phậnquan trọng trong tổ chức sản xuất với quy mô lớn nhỏ khác nhau ở nhiều lĩnh vực.

Biện pháp đề ra:

- Cần thiết kế, lắp đặt hệ cơ khí vững chắc, vật liệu bền giảm rung lắc.

- Đóng gói chính xác.

- Trang bị tính năng an toàn cho người sử dụng.

1.3 Phương pháp nghiên cứu1.3.1 Về mặt lý thuyết

- Nghiên cứu qua tài liệu sách, tài liệu các diễn đàn.

- Nghiên cứu các bài toàn, mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn cơ khí, thiết bị điện.

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hoạt động của động cơ, cảm biến, xi lanh,…- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, ứng dụng viết chương trình điều khiển cho PLC và

màn hình giám sát.

1.3.2 Về mặt thực nghiệm

- Nghiên cứu các mô hình thực tế có sẵn.

- Sử dụng phầm mềm solidworks để thiết kế cơ khí.

- Sử dung phần mềm GX Works2 để lập trình PLC, GT Designer 3 để thiết lập giao diện giám sát.

1.4 Ý nghĩa của đề tài

- Về mặt khoa học, đề tài là một tài liệu nghiên cứu tổng hợp về khả năng ứng dụngđiều khiển PLC cho dây chuyền sản xuất tự động.

- Đây là những nghiên cứu đầy đủ đầu tiên về việc xây dựng thiết bị đóng gói côngnghệ cao trong lĩnh vực tự động hóa tạo điều kiện cho các cơ sở chế biến, sảnxuất… nâng cao hiệu quả sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp vàngười lao động.

- Về mặt thực tiễn, đề tài hướng đến việc thiết kế chế tạo dây chuyền đóng gói tựđộng để làm được sinh viên cần nghiên cứu nhiều nguồn tài liệu để hoàn thành đồán tạo ra một sản phẩn với giá rẻ đáp ứng cho một số nhu cầu trong thực tế màchưa cần đến những dây chuyền phức tạp đắt tiền khác.

CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Bài toán công nghệ dây chuyền sản xuất tự động

Bài toán công nghệ dây chuyền sản xuất tự động là một bài toán đặt trong lĩnh vựctự động hóa công nghiệp Bài toán này thường liên quan đến việc thiết kế và triển khaimột hệ thống dây chuyền sản xuất để sản xuất các sản phẩm theo quy trình tự động.

Hệ thống dây chuyền sản xuất tự động bao gồm các thành phần như:

- Các thiết bị cảm biến để đo các thông số đầu vào của sản phẩm như kíchthước, khối lượng, độ chính xác, độ bền.

- Bộ xử lý và điều khiển để dễ dàng kiểm soát dây chuyền sản xuất.

- Các thiết bị chuyển động như động cơ và băng tải để di chuyển sản phẩmđến các vị trí khác nhau trên dây chuyền và đưa sản phẩm vào các quy trìnhsản xuất khác nhau.

- Các máy móc, thiết bị khác nhau để thực hiện các quy trình sản xuất, ví dụnhư robot hàn, máy cắt, máy đóng gói.

Bài toán đặt ra là làm sao để các thiết bị và quy trình này hoạt động liên tục và đầyđủ nhằm đảm bảo sản xuất ra sản phẩm chất lượng cao với năng suất cao Đồng thời, hệthống cần được thiết kế sao cho tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa hiệu suất sản xuất Ví dụ,bằng cách giảm thiểu thời gian chờ đợi và tăng tốc độ sản xuất, câu hỏi đặt ra là làm saođể các thiết bị và quy trình hoạt động được ổn định và hiệu quả.

Để giải quyết bài toán này, nhóm cần phải thiết kế mô hình dây chuyền sản xuấtđúng với yêu cầu của sản phẩm, cài đặt các thiết bị cảm biến và hệ thống điều khiển đểgiám sát các chỉ số đầu vào, sử dụng các thuật toán tối ưu hoá hiệu suất sản xuất và cài đặthệ thống tương tác giữa các máy móc và thiết bị sản xuất trên dây chuyền Ngoài ra, việcgiám sát và bảo trì các thiết bị cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệthống.

2.2 Phân loại và cấu trúc hệ thống2.2.1 Nguyên lý làm việc

2.2.1.1 Khái niệm về dây chuyền đóng gói

Đầu tiên chúng ta cần phải biết dây chuyền đóng gói hộp bánh là gì? Dây chuyền đónggói bánh tự động là sản phẩm được các chuyên gia tự động hóa nghiên cứu, phát triển vàlắp ráp đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của khách hàng trong ngành công nghiệp thực phẩm,sản xuất bánh kẹo.

Với nhiệm vụ di chuyển, cấp bánh – đóng túi – mở hộp – đóng gói bánh vào hộp – bôikeo và dán nắp hộp – vận chuyển hộp bánh tới máy đóng thùng carton, sản phẩm giúp cơsở sản xuất, nhà máy.

2.2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Các loại thiết bị được sử dụng trong dây chuyền đóng gói tự động: robot delta, máyđóng gói, đóng hộp, cấp hộp tự động và băng tải công nghiệp giúp nâng cao chất lượngsản phẩm và năng suất so với phương pháp đóng gói truyền thống.

- Băng tải vận chuyển sản phẩm.- Hệ thống xilanh đẩy sản phẩm.- Máy đóng gói sản phẩm.- Máy cấp hộp, thùng carton.

- Máy bôi keo tự động dán nắp hộp.

Hệ thống đóng gói tự động giúp tăng năng suất 3 -5 lần so với phương pháp đóng gói thủ công truyền thống.

2.2.2 Phân loại dây chuyền

Về dây chuyền đóng gói cũng được chia thành nhiều loại: Theo mức độ tự động:

- Dây chuyền đóng gói hoàn toàn tự động: toàn bộ quá trình làm việc đều được tự động hoàn toàn.

- Dây chuyền đóng gói bán tự động: dây chuyền này cần sự can thiệp của conngười vào quy trình vận hành đóng gói.

 Theo chức năng: theo chức năng của doanh nghiệp yêu cầu vi dụ như:

- Phân loại theo chiều cao.- Phân loại theo màu sắc.- Phân loại theo khối lượng.

Hình 2-1: Dây chuyền đóng gói phân loại tự động

2.2.3 Cấu trúc hệ thống

Cấu tạo cơ bản của dây chuyền bao gồm:

- Phần điện: PLC, màn hình điều khiển, các cuộn điện trở, motor, các thiết bị điều khiển, các loại cảm biến, sensor quang…

- Phần cơ khí: khung của các loại máy, trục quay, dao cắt, thiết bị định lượng…- Phần mền: Ngôn ngữ lập trình, phần mền điều khiển.

Hình 2-2:Dây chuyền đóng gói tự động

2.2.3.1 Hệ thống vận chuyển

Hệ thống vận chuyển rất đa dạng, tùy vào theo yêu cầu công nghệ, về hàng hóa,hình thức vận chuyển Mà có những phương thức vận chuyển hàng tương ứng Hiện nay,hệ thống vận chuyển rất đa dạng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng.

Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu nhất cho dây chuyền củacác nhà máy, xí nghiệp Băng tải ở những môi trường này có nhiệm vụ vận chuyển sảnphẩm, hàng hóa đến nơi đóng gói Băng tải có rất nhiều loại, mỗi loại được dùng để tảimột loại khác nhau.

2.2.3.2 Hệ thống đóng gói

Hệ thống đóng gói sản phẩm rất đa dạng trên thị trường, tuy nhiên hầu hết mọi dâychuyền đóng gói sản xuất đều có 3 bộ phận chính sau:

- Phần điện: Gồm có những thành phần như là PLC, bo mạch chính, motor,

đồng hồ điều khiển nhiệt, điện trở, sensor quang…

- Phần mềm: Gồm ngôn ngữ lập trình PLC được những phương pháp viên cài

đặt lên PLC.

- Phần cơ khí: Có các chi tiết cụ thể là khung máy, phễu để chứa nhiên liệu,

máng tạo túi, dao cắt, hộp tốc độ, trục quay…

Ngoài ra thì hệ thống dùng cho việc đóng gói sản phẩm còn có những máy cấp &mở thùng gift box tự động, thiết bị gắp sản phẩm, robot gắp thùng, Máy cấp cũng nhưmở thùng gift box sẽ tự động chuyển hộp theo băng tải tới các máy gắp sản phẩm, kế đến.Những sản phẩm hộp giấy đựng hàng hóa được chuyền về máy gắp lớn để vận chuyểnhộp cho việc được đóng gói chuẩn.

2.2.3.3 Đặc điểm của hệ thống đóng gói cho sản phẩm

Hệ thống đóng gói sản phẩm có những đặc điểm như sau:

- Dùng lập trình PLC để kiểm soát & hiển thị bằng màn hình cảm ứng, với

công dụng ổn định.

- Được thiết kế dây chuyền sản xuất theo một mẫu tiêu chí, sắp xếp phù hợp

và tiện lợi cho tất cả những người trực tiếp làm việc

- Thiết bị dựng và dán đáy thùng được điều khiển nhờ vào khí nén nên khá

thuận lợi cho các đơn vị kinh doanh cung cấp.

- Dùng máy xếp pallet tự động thay thế người vận chuyển pallet, giúp quy

trình trở lên hoàn hảo hơn so với những quy trình tiến độ đóng gói không códòng máy này.

- Robot gắp sản phẩm hiệu suất cao, thúc đẩy nhanh thời gian tiến hành vận

chuyển hàng hóa sản phẩm để về lưu kho.2.2.3.4 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm các loại cảm biến, rơle.Hệ thống điều khiển có vai trò nhận tín hiệu điều khiển và điều khiển hoạt động củacác cơ cấu chấp hành giúp vận hành dây chuyền đóng gói một cách tự động chính xác.2.2.3.5 Hệ thống chấp hành

Hệ thống chấp hành bao gồm các động cơ, xilanh và các cơ cấu cơ khí có vai trò biến đổi, truyền chuyển động, trực tiếp vận chuyển sản phẩm.

2.3 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm các loại cảm biến, rơle.Hệ thống điều khiển có vai trò nhận tín hiệu điều khiển và điều khiển hoạt động củacác cơ cấu chấp hành giúp vận hành dây chuyền đóng gói một cách tự động chính xác.

Có nhiều hệ thống điều khiển khác nhau:

2.3.1 Hệ thống điều khiển vòng hở

Điều khiển trong một hệ thống điều khiển vòng hở, hành động điều khiển đến từ bộđiều khiển độc lập với "đầu ra của quá trình" Một ví dụ tốt về bộ điều khiển vòng hở làmột nồi hơi sưởi ấm trung tâm điều khiển chỉ bằng một bộ định thì, do đó nhiệt lượngđược đưa vào trong một thời gian liên tục, mà không phụ thuộc nhiệt độ của tòa nhà.

2.3.2 Hệ thống điều khiển vòng kín

Trong một hệ thống điều khiển vòng kín, hành động điều khiển từ bộ điều khiểnphụ thuộc vào giá trị đầu ra mong muốn và giá trị đầu ra thực tế của quá trình Trong

trường hợp tương tự của nồi hơi trên, bộ điều khiển này sẽ sử dụng một bộ điều khiểnnhiệt để theo

dõi nhiệt độ của tòa nhà, và do đó phản hồi trở lại một tín hiệu để đảm bảo đầu ra của bộđiều khiển duy trì nhiệt độ của tòa nhà để đặt trên bộ điều khiển nhiệt.

2.3.3 Hệ thống điều khiển logic

Các hệ thống điều khiển logic cho các máy móc công nghiệp và thương mại đãđược thực hiện trong lịch sử tại điện áp lưới sử dụng các rơ le kết nối với nhau, được thiếtkế bằng cách sử dụng ladder logic Ngày nay, hầu hết các hệ thống như vậy được xâydựng với các bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) hoặc các vi điều khiển Ký hiệucủa ladder logic vẫn còn được sử dụng như một ngôn ngữ lập trình cho PLC.

Các bộ điều khiển logic có thể đáp ứng với thiết bị đóng cắt, cảm biến ánh sáng,rơle áp lực,.v.v., và có thể điều khiển và dừng các hoạt động khác nhau của máy này Cáchệ thống Logic được sử dụng cho các hoạt động cơ khí trình tự trong nhiều ứng dụng.

2.3.4 Hệ thống điều khiển On – Off

Một bộ điều khiển nhiệt là một bộ điều khiển phản hồi âm đơn giản: khi nhiệt độ("biến quá trình" hoặc PV) nằm dưới điểm đặt (SP), lò sưởi sẽ được bật nguồn Một ví dụkhác có thể là một rơle áp suất trên một máy nén khí Khi áp lực (PV) giảm xuống dướingưỡng (SP), máy bơm sẽ được cấp nguồn Tủ lạnh và máy bơm chân không cũng gồmcác cơ chế hoạt hoạt động tương tự theo hướng ngược lại, nhưng vẫn cung cấp thông tinphản hồi âm để sửa sai số.

Hệ thống điều khiển phản hồi on-off đơn giản như thế có giá thành rẻ và hiệu quảcao Trong một số trường hợp, ví dụ như máy nén khí đơn giản, có thể đại diện cho mộtsự lựa chọn thiết kế tốt.

2.3.5 Hệ thống điều khiển tuyến tính

Các hệ thống điều khiển tuyến tính sử dụng phản hồi âm tuyến tính để tạo ra mộttín hiệu điều khiển toán học dựa trên các biến khác, với quan điểm để duy trì quá trìnhđiều khiển trong một phạm vi hoạt động chấp nhận được.

Đầu ra từ một hệ thống điều khiển tuyến tính vào quá trình điều khiển có thể dướihình thức một tín hiệu biến đổi trực tiếp, chẳng hạn như một van có thể là mở 0% hoặc100% hoặc bất cứ vị trí ở giữa nào Đôi khi điều này là không khả thi và vì vậy, sau khi

tính toán tín hiệu yêu cầu khắc phục hiện tại, một hệ thống điều khiển tuyến tính có thểliên

tục đóng mở lặp đi lặp lại một cơ cấu chấp hành, chẳng hạn như cấp điện cho một máybơm, động cơ hay lò nung, hoàn toàn và sau đó tắt điện hoàn toàn một lần nữa, việc điềuchỉnh chu kỳ làm việc bằng cách sử dụng chế độ rộng xung.

2.3.6 Hệ thống điều khiển PID

Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) làmột cơ chế phản hồi vòng điều khiển (lý thuyết điều khiển tự động)|bộ điều khiển]) tổngquát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiểnPID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điềukhiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trịđặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trịđiều khiển đầu vào Trong trường hợp không có kiến thức cơ bản (mô hình toán học) vềhệ thống điều khiển thì bộ điều khiển PID là sẽ bộ điều khiển tốt nhất.

2.4 Hệ thống giám sát

Hệ thống giám sát (Monitoring system) là một hệ thống được thiết kế để giám sátvà theo dõi sự hoạt động của các thiết bị, quá trình và hệ thống ở một mức độ cụ thể vàliên tục Hệ thống giám sát sử dụng các cảm biến, máy tính và các thiết bị đầu cuối khácđể thu thập các dữ liệu và phân tích các thông tin đó để đưa ra các quyết định hoặc hànhđộng nhằm tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Hệ thống giám sát được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ viễn thông đếny tế, sản xuất, năng lượng và an ninh Ví dụ, các hệ thống giám sát được sử dụng trongsản xuất để đảm bảo rằng quá trình sản xuất được hoạt động ổn định và hiệu quả, cũngnhư để phát hiện và giải quyết các sự cố nhanh chóng Trong lĩnh vực y tế, các hệ thốnggiám sát được sử dụng để giám sát các biến số thể chất như huyết áp, nhịp tim và nồng độoxy trong máu để giúp bác sĩ đưa ra quyết định chẩn đoán và điều trị kịp thời.

Các phần mềm và công nghệ giám sát hiện đại cung cấp một loạt các tính năng chophép người dùng giám sát và điều khiển các thiết bị và quá trình một cách từ xa và tựđộng Chúng cũng cung cấp các công cụ phân tích dữ liệu để giúp đưa ra các quyết địnhthích hợp, đồng thời hỗ trợ việc lưu trữ và xử lý lượng lớn dữ liệu thời gian thực.

Một hệ thống giám sát bao gồm các thành phần phần cứng như sau: các cảm biếnvà thiết bị chấp hành, mạng truyền thông, và các trạm giám sát trung tâm và từ xa-cấptrường (SCADA computing system-hệ thống máy tính SCADA).

Các thiết bị và các cảm biến được kết nối với các thiết bị được điều khiển và giámsát bởi các hệ thống SCADA để chuyển đổi các thông số vật ý, như tốc độ, mức nhiệt độvà mức nước thành các tín hiệu số và tương tự, có thể đọc được từ các trạm xa trung tâm.Các thiết bị chấp hành là các thiết bị thực thi nhiệm vụ trong hệ thống, thực hiện đóng/cắtcác thiết bị.

Quá trình thu thập và điều khiển dữ liệu bắt nguồn từ các trạm ở xa, PLC(Programmable Logic Controllers) và RTU (Remote Terminal Unit), với việc đọc các giátrị hiện tại của các thiết bị đang được kết nối tới bộ thu thập PLC/RTU và được điềukhiển tương ứng PLC và RTU là các thiết bị tính toán riêng, và được sử dụng với cáckiểu bố trí để độc các đầu vào, thực hiện tính toán và điều khiển, và đưa tín hiệu ra đầu ra.Sự khác nhau giữa PLC và RTU là ở phần ngôn ngữ lập trình và điều khiển đầu vào/ramềm dẻo hơn, trong khi cấu trúc phân tán giữa các CPU (Central Process Unit-Thiết bị xửlý trung tâm) và các card vào/ra, độ chính xác hơn và trình tự các sự kiện.

2.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp

2.5.1 Phân tích và lựa chọn giải pháp cơ khí

2.5.1.1 Nhôm định hình 20x20mm

Hình 2-3: Nhôm định hình 20X20mm

 Ưu điểm:

- Kích thước phong phú dễ lựa chọn, tinh chịu lực tốt.- Tải trọng nhẹ, không bị oxy hóa, khó cong vênh.- Có tính thẩm mỹ, dễ lắp đặt và thay thế.

 Nhược điểm:- Giá thành cao Kết luận:

Với những ưu điểm và nhược điểm nêu ở trên và với yêu cầu của một mô hình đồ ánnhóm quyết định lựa chọn phần giá đỡ băng chuyền được làm bằng nhôm định hình20x20 mm, các thanh nhôm được gắn chặt với bề mặt móng bằng bulong đai ốc Trên cácthanh nhôm có các thanh nhôm ngang liên kết các trụ thép thành một khối vững chắc.2.5.1.2 Băng tải vận chuyển hàng

Băng chuyền là thiết bị dùng vận chuyển sản phẩm, hàng hóa từ vị trí này đến vị tríkhác mà không mất nhiều nhân công lao động So với vận chuyển theo mô hình truyềnthống sẽ mất thời gian vận chuyển, chi phí và hiệu quả sản xuất không cao Các dâychuyền băng tải kết hợp với hệ thống tự động giúp quá trình sản xuất, vận chuyển trở nênnhanh chóng và chính xác.

- Băng tải dây blet PVC, PU: vận chuyển các dòng sản phẩm nhỏ, nhẹ, các linh

kiện điện tử

Hình 2-4: Băng tải dây blet PVC,PU

 Ưu điểm:

- Giá thành rẻ.

- Đơn giản dễ chế tạo và sử dụng.

- Thay đổi linh hoạt về độ cao và độ rộng băng tải. Nhược điểm:

Có nhiều hạn chế.

- Vật liệu hay sản phẩm có thể kẹt vào băng tải.

- Băng tải con lăn: vận chuyển thùng carton, thùng hàng, bao bì,

Hình 2-5: Băng tải con lăn

 Ưu điểm:

- Có thể di chuyển ở khi dây chuyền có góc cong.

- Chi phí bảo trì thấp. Nhược điểm:

- Khó chế tạo và chi phí cao hơn băng tải dây blet.

- Sản phẩm có khối nặng khá lớn. Kết luận:

Với ưu nhược điểm nêu trên nhóm em quyết định chọn băng tải dây blet

2.5.2 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động khí nén

Do quá trình đóng gói nắp hộp cần xilanh cắt băng dán và đóng nắp thùng nên chúng em lựa chọn 2 loại xi lanh

 Xi lanh dẫn hướng đôi:

Hình 2-6: Xi lanh dẫn hướng đôi

Ở đây em chọ xilanh đôi được gắn lưỡi dao với hành trình đủ để cắt băng dán thùngkhi hết chu trình dán.

2.5.3 Phân tích và lựa chọn giải pháp truyền động điện

Dây chuyền đóng gói yêu cầu điều khiển băng tải và xilanh điện khi cấp và đẩy sảnphẩm vừa nhanh, vừa chính xác và an toàn để đưa sản phẩm vào đúng hộp sau đó đónggói Hơn nữa động cơ cần phải có momen xoắn thích hợp để có thể chịu tải khi manghàng, điều này phụ thuộc vào loại hàng hóa công ty, xí nghiệp Ở đây yêu cầu đặt ra làphải lựa chọn được động cơ dẫn động để có thể điều khiển được chính xác vị trí, duy trìđược momen khi băng tải hoạt động.

Động cơ DC một chiều

 Ưu điểm: Hình 2-8: Động cơ một chiều

- Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có momen mở máy lớn, do vậy có thể tải nặng khi khởi động.

- Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.

- Hoạt động đơn giản, dễ sử dụng và lắp đặt, thay thế. Nhược điểm:

- Đáp ứng chậm trong mạch điều khiển phức tạp.- Bộ phận cổ góp hi hỏng theo thời gian.

- Tia lửa điện sinh ra gây dễ gây nguy hiểm trong môi trường cháy nổ.

Động cơ bước

Hình 2-9: Động cơ bước

Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điềukhiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay Loạiđộng cơ này có nhiều cuộn dây bên trong được sắp xếp theo từng nhóm gọi là “pha”.Bằng cách cung cấp năng lượng (nguồn điện) cho từng pha theo từng giai đoạn, động cơsẽ quay từng bước một Động cơ này được điều khiển rất chính xác về vị trí và tốc độ,chính vì đặc điểm này, nên động cơ bước được lựa chọn trong nhiều ứng dụng cần đếnviệc điều khiển chính xác.

 Ưu điểm

- Có thể điều khiển mạch hở- Duy trì momen tốt.

- Không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí và vận tốc.- Chi phí bảo dưỡng thấp.

- Định vị chính xác. Nhược điểm

- Động cơ làm việc không đồng đều, đặc biệt ở tốc độ thấp.

Động cơ Servo

Hình 2-10: Động cơ Servo

Động cơ servo là một thành phần trong hệ thống servo Động cơ servo nhận tínhiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khivận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.

Với những ưu điểm và nhược điểm đẽ nêu ở trên và với yêu cầu điều khiển với cấp độchính xác không cao, nhóm đã lựa chọn động cơ DC, vì nó đáp ứng được những yêu cầuđặt ra hơn thế nữa giá thành tốt, dễ dàng điều khiển rất phù hợp với đề tài và mong muốncủa nhóm.

2.5.4 Phân tích lựa chọn giải pháp cảm biến

Mỗi khi hộp được vận chuyển đến nơi đóng gói, cần phải có thiết bị xác nhận vàthông báo cho bộ xử lý trung tâm PLC biết một cách nhanh nhất để đáp ứng yêu cầu giúphệ thống hoạt động một cách nhanh nhất, tiết kiệm thời gian và có được hiệu quả cao nhấtvì thế ta phải sử dụng cảm biến để nhận biết thùng và sản phẩm.

Cảm biến tiệm cận điện cảm

Cảm biến tiệm cận điện cảm được dùng để phát hiện các đối tượng là kim loại(cảm biến này không phát hiện các đối tượng có cấu tạo không phải là kim loại) Loại nàyđược sử dụng phổ biến trong công nghiệp.

 Ưu điểm Hình 2-11: Cảm biến tiệm cận điện cảm- Vận hành tin cậy.

- Có thể lắp được nhiều vị trí.- Giá thành rẻ.

- Tín hiệu đáp ứng nhanh, chính xác. Nhược điểm

- Chỉ sử dụng với vật thể kim loại.

- Có thể bị nhiễu bỏi kim loại xung quanh.

Cảm biến tiệm cận điện dung

Cảm biến tiệm cận điện dung hay còn được gọi là cảm biến điện môi Đây là mộtthiết bị cảm biến có thể đo được những hằng số điện môi của môi trường xung quanh nó,cảm nhận được các mức chất lỏng, chất kết dinh hay phân loại các chất rắn có kích thướcnhỏ như là hạt nhựa, bột, xi măng, cát

 Ưu điểm Hình 2-12: Cảm biến tiệm cận điện dung- Có thể cảm nhận vật dẫn điện và không dẫn điện.

- Tính chất tuyến tính và độ nhậy không phụ thuộc vào vật liệu kim loại.- Nó có thể cảm nhận được vật thể nhỏ, gọn, nhẹ.

- Phản hồi nhanh.

- Tuổi thọ cao và ổn định cũng cao đối với nhiệt độ. Nhược điểm

- Bị ảnh hưởng bởi độ ẩm.

- Dây nối Sensor phải ngắn để dây điện dung không ảnh hưởng đến độcộng hưởng của bộ dao động.

Cảm biến quang

Cảm biến quang (tên tiếng anh là Photoelectric Sensor) là tổ hợp của các linh kiện

quang điện Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái, cảm biếnquang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể Khicó sự thay đổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu ởngõ OUT.

 Ưu điểm Hình 2-13: Cảm biến quang

- Phát hiện vật ở khoảng cách xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp.- Tuổi thọ và độ chính xác cao, ít bị hao mòn, tính ổn định khá cao.- Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau.

- Thời gian đáp ứng nhanh có thể chỉnh độ nhạy. Nhược điểm

- Phụ thuộc nhiều vào màu sắc và hệ số phản xạ của sản phẩm.- Cần 2 điểm để lắp đặt cho cảm biến và gương.

- Hoạt động không tốt khi bề mặt bụi bẩn, và trong môi trường nhiều bụi.

 Kết luận:

Với những ưu điểm và nhược điểm đẽ nêu ở trên và với yêu cầu điều khiển với cấp độchính xác cao, nhóm đã lựa chọn cảm biến quang, vì nó đáp ứng được những yêu cầu đạtra hơn thế nữa giá thành tốt, dễ dàng điều khiển rất phù hợp với đề tài và mong muốn củanhóm.

2.5.5 Phân tích và lựa chọn giải pháp điều khiển

Dây chuyền đóng gói yêu cầu hoạt động một cách tuần tự, tự động, liên tục, độchính xác cao, đặc biệt phải phù hợp và có tính ứng dụng cao trong công nghiệp vì vậycần phải lựa chọn bộ điều khiển thích hợp.

Sử dụng vi điều khiển

Vi điều khiển giống như một máy tính được tích hợp trên một con chip và được sửdụng đề điều khiển các thiết bị điện tử Nó là một hệ thống nhúng khép kín với các thiếtbị ngoại vi, bộ xử lý và bộ nhớ Nó được ứng dụng trong việc chế tạo khá nhiều thiết bịđiện tử dân dụng như điện thoại, xe hơi, thiết bị led,

Hình 2-14: Vi điều khiển

 Ưu điểm

- Tùy biến được tốt hơn, lập trình được các chương trình phức tạp nên phù hợp dùng trong các mạch điều khiển công suất nhỏ.

- Vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính.

- Tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích thước hệ thống.

 Nhược điểm

- Khả năng chống nhiễu thấp.- Độ ổn định thấp.

- Phải khuếch đại tín hiệu đầu ra vì dòng đầu ra rất nhỏ.

Sử dụng PLC

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình

thực hiện các thuật toán điều khiển logic Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bênngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output).

Hình 2-15: PLC FX2N của hãng Mitsubishi

Hình 2-16: PLC của hãng Keyence

PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi.

 Ưu điểm

- Độ ổn định và độ tin cậy cao.

- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển.

- Chống nhiễu tốt, phù hợp với môi trường công nghiệp.

- Tối ưu 80% dây điện, giảm thiểu số lương Role, Timẻ và không hạn chế số lượng tiếp điểm.

- Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ đọc dễ hiểu.

- Dung lượng chương trình lớn, có thể chứa nhiều chương trình phức tạp. Nhược điểm

- Giá thành cao, một số hãng phải mua thêm phần mền lập trình. Kết luận:

Với những ưu điểm và nhược điểm đẽ nêu ở trên và với yêu cầu điều khiển với cấp độchính xác cao, đồng thời thường phải thay đổi, thử nghiệm các chương trình khác nhau vàcuối dùng là thời gian nghiên cứu hạn chế nhóm đã lựa chọn sử dụng PLC để có thể tiếtkiệm thời gian và tập trung thử nghiệm chương trình.

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI

3.1 Thiết kế mô hình hệ thống cơ khí3.1.1 Mô hình cơ khí tổng thể hệ thống

Các thành phần chính của dây chuyền đóng gói hộp tự động bao gồm: Giá cảmbiến tiệm cận, con lăn băng tải, băng tải, cảm biến quang, động cơ DC giảm tốc, kẹp trục,ổ bi đỡ, xilanh cắt băng, xi lanh quay 900, con lăn miết băng, lưỡi dao cắt băng, nhômđịnh hình 20x20 mm.

Bằng việc sử dụng phần mềm vẽ 3d chúng em xác định các kích thước của các chitiết đã có sẵn ngoài thị trường ( như ổ bi, trục đỡ, nhôm 2020 ) từ đó hình thành lên môhình cơ khí bằng việc ghép các khối lại bằng phần mền SOLIDWORKS.

Chi tiết các thành phần bản vẽ được chúng em xây dựng như sau:- Các thành phần ổ lăn, ổ đỡ, kẹp trục được chúng em tính toán lựa chọn:

Hình 3-1: Các chi tiết: Ổ lăn, ổ đỡ, ổ kẹp

- Cơ cấu cấp hàng:

Hình 3-2: Cơ cấu cấp hàng cho hệ thống

Băng tải 1 di chuyển bằng động cơ DC được điều khiển khi có lệnh từ PLC với mục đích cấp hàng cho thùng.

- Cơ cấu gập thùng:

Hình 3-3: Cơ cấu gập nắp thùng

Xilanh quay và tay gập có tác dụng gập nắp trước của thùng.

Hình 3-4: Cơ cấu gập nắp thùng

Hai thanh dẫn và giá đỡ có tác dụng gập các nắp thùng còn lại.- Cơ cấu di chuyển thùng:

Hình 3-5: Cơ cấu di chuyển thùng

Khi hàng được cấp đủ số lượng nhờ bộ đếm cảm biến trên băng tải 1, khi có lệnh PLC điều khiển băng tải 2 qua động cơ DC đưa thùng đến các cơ cấu phía sau.

- Cơ cấu dán và cắt băng dánCơ cấu dán: