đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

Xét điều kiện cụ thê ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày cảng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, ché biến sản

TRUONG CO KHI DO AN THIET KE HE THONG CO DIEN TU

Thiét ké hé thong phan loai san pham

Chữ ký của GVHD Bộ môn: Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Robot

Viện: Cơ khí

Hà Nội, tháng 02 năm 2023

ĐỎ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KÉ HỆ THÓNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã HP: ME4336Q

Ngày ./ /20 Ngay ./ /20 Ngày / /20

ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN NGƯỜI RA ĐÈ CB Hướng dẫn

Ngày giao nhiém vu: ./ /20 ; | Ngay hoan thanh: ./ /20 Họ và tên sv: cá MSSV: Mã lớp: Chữ ký sv:

I Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm Il Số liệu cho trước:

._ Hệ thống cấp phôi tự động Nguồn lực cấp phôi và đây phôi: Khí nén _ Nguồn lực quay băng tải: Động cơ điện

dì= cm, đ›= cm, 3= cm L] Hình lập phương: 1= em, 2= cm, 3= cm 6 Trọng lượng phôi: Quiu= kỹ; Quax= kỹ 7 Năng suất lam viéc: N= sp/ph

IH Nội dung thực hiện: 1 Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật

- Tổng quan vẻ hệ thống - Nguyên lý hoạt động - Phân tích tính chất, đặc điểm của phôi/sản phẩm để lựa chọn phương pháp cấp phôi phù hợp

của hệ thống

2 Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển

- Ý tưởng điều khiển, tinh nang diéu khién và giao tiếp - Lựa chọn phương án điều khiển

- Thành lập sơ đề điều khiển

- Diễn giải sơ đồ điều khiến

- Tính toán chỉ tiết, lựa chọn thành phan, linh kién - Giao tiếp hệ thống với người sử dụng - Mô phỏng hệ thống điều khiến - - -

3 Xây dựng bản vẽ thiết kê mạch điện điêu khiên

- Xây dựng bản vẽ thiết kế mạch điện điều khiến (1 Ban AI hoặc A2)

4 Mô phỏng nguyên lý hoạt động (điều khiên)

MỤC LỤC

CHUONG 1 TONG QUAN HỆ THỒNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM -5 2

1.1 Khái niệm và Ứng dỤụng: L4 kSH LH HT HT Hà HH Hà Hà Hà HH HH 2 Ai ion 5

CHUGNG 2 CÁC THÀNH PHẢN CƠ BẢN CỦA HỆ THÓNG . -.c -: 6

2.1 Động CƠ LH HH TH Hà Hà HH kh Hà Lọ Là HH LH Tà Hà HH Hà 6 2.2 Piston/ Van Khi né0 ow cece cccccssecssseseescssesaseecceeesseeeceseseeeeseseeeeeeeensaseaeeeeaseeaaeeaae 8

"si a 43 12 24 Thiết bị điều khiển (PL(C) - - c5 SEx1211211211811112111101111111111111111111 111111 xe 14 CHUONG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIÊU KHIỂN . -©-2©¿22++2zz+2cxz+rxe2 18 3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 22552 S222EEEE3SEESEEEEEEEEEvEEkrrkrrrrkrcree 18 3.2 _ Tính toán lựa chọn linh kiện cho hệ thống điều khiễn - 2-22-5555: 24 3.3 Lập trình điều khiển cho hệ thống động lực, giao điện điều khiển - 28 CHƯƠNG 4 THIET KE MACH DIEN VA MO PHONG HE THONG DIEU KHIEN 29 4.1 Thiét ké mach dién hé théng didu Khi6N occ cecccccssccssecsssessesssecssecsssesseessseesseeses 29

“MA9 cô i9 30

4.3 Mô phỏng hệ thống điều khiễn 2-5: +SCS+SEE222EEtEEEEEEEvSEEEEEEtrkrerrrrsrree 53 41108089 nã 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 2-6 ©2+SE 2222 2E22E122112112211121211121121121112111121111 11.2 e0 55

SVTH: Tô Văn Hưng

LOI MO DAU

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vi thé bai toán về cung — cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tôi ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiêu được nhân công lao động Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất, giảm chỉ phí và tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp

Xét điều kiện cụ thê ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày cảng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia

công, ché biến sản phâm Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh

hoạt , cho phép tự động động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các máy ỂNC, robot công nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thông phân loại sản phẩm

Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ khí với đề tài là “Thiết kế hệ thống phân loại sản

phâm” được nghiên cứu nhằm củng cô những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm Với hệ thông tự động hóa này chúng ta có thê giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất

Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên trong quá trình thực hiện sẽ không thê tránh khỏi những thiểu sót Đề tài của em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô

Em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Trọng Du đã hướng dẫn tận tình, tạo

nhiều điều kiện thuận lợi cho chúng em tìm hiểu, nghiên cứu cũng như phát triển và

hoan thiện đề tải này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng S năm 2022

SVTH: Tô Văn Hưng

CHUONG 1 | TONG QUAN HE THONG PHAN LOAI SAN PHAM

1.1 Khái niệm và ứng dụng: > Khai niém chung :

Hệ thống phân loại sản phâm là hệ thông điều khiến tự động hoặc ban tự

động nhằm chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau đề thực hiện

Hình 1-1 Hệ thống phân loại sản phẩm tự động Neguon: https://bangtaivietnhat.com/san-pham/thiet-ke-thi-cong-he-thong-dieu-

khien-tu-dong-lap-trinh-plc/ Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong các nhà máy xí nghiệp bao gồm:

* Phân loại sản phẩm theo kích thước: Phương pháp này dựa vào kích thước của sản phẩm mà phân loại Phương pháp này thường được áp dụng trong các ngành

công nghiệp chế biến bia, nước giải khát,

* Phân loại sản phâm theo màu sắc: Phương pháp này dựa vào màu sắc sản phẩm mà phân loại Phương pháp này được ứng dụng hiều trong các dây chuyền chế biên nông sản, vật liệu xây dựng nhăm phân loại chính xác màu sắc của sản phâm

— " 3 "HN S2 9 xu

Hình 1-3 Hệ thống phân loại cam theo màu sắc Nguồn: https://finom vn/phan-loai-sau-thu-hoach * Phân loại sản phâm theo khối lượng: Phương pháp này dựa vào khối lượng của

sản phẩm mà phân loại, thường gặp nhiều trong chế biến thủy, hải sản

pham đề phân loại Phương pháp này thường ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để nhận dạng sản phâm có lẫn kim loại, ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 3

v Phân loại sản phâm theo mã vạch: Mã vạch được tạo riêng cho từng loại sản phâm về số lượng, mặt hàng, thông tin khách hàng ngay trực tiếp trên sản phẩm Phương pháp này sử dụng công nghệ laser hoặc công nghệ chụp ảnh tuyến tính cho phép phát ra các tia sáng thẳng quét ngang mã vạch hoặc các chùm tia sáng bao trùm mã vạch

những sản phẩm bị lỗi (phế phâm) cũng như phân loại thành những nhóm có đặc

điểm khác nhau phục vụ cho những công đoạn sản xuất sau nảy Trong các nhà máy sản xuất hàng thực phẩm, nhà máy sản xuất gạch ốp lát cho ngành xây dựng hay sản xuất các chỉ tiết cơ khí, linh kiện điện tử ., dòng sản phẩm được tạo ra sau hàng loạt những qui trình công nghệ cần được kiêm tra đề đám bảo loại bỏ được những phế phẩm cùng với đó phân loại những sản phâm đạt chất lượng thành những nhóm cùng loại khác khau, tạo điều khiện thuận lợi cho quá trình lưu kho đề phân phối ra thị trường hay phục vụ tốt hơn cho những công đoạn sản xuất tiếp theo Hơn nữa, nó còn có thê tích hợp thêm chức năng dán nhãn, đếm và quản lý sản phẩm giúp nâng chất lượng của sản pham va nâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyên sản xuat

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 4

1.2 Nguyên lý hoạt động Hệ thông phân loại sản phẩm dựa trên nguyên lý dùng cảm biến đề xác định yếu to mang tinh chat phân loại sản phẩm Chuyên động của bộ băng chuyền đưa

sản phâm của bộ phận tiếp nhận đến bộ phận điều khiến đề tiến hành phân loại

Các sản phâm sau khi phân loại sẽ được chuyên đến thùng hàng đề đóng gói Chu

trình này sẽ lặp lại cho đến khi hết sản phẩm

Yêu cầu kĩ thuật cơ bản của các cụm chức năng trong hệ thống: chuyển động tịnh tiễn đưa sản phẩm đến bộ phận phân loại, hầu hết trong hệ thông phân loại san phâm dùng băng chuyền để tạo ra chuyên động này Đề truyền động quay cho trục của băng chuyền người ta dùng động cơ điện thông qua các bộ truyền ngoài như xích hoặc đai Ngoài chuyên động đưa sản phẩm vào của băng chuyền máy còn chuyển động cần thiết nữa đó là hai chuyền động tịnh tiên đề đây sản pham không đạt kích thước hoặc phân loại sản phâm của piston, xilanh hoặc khí nén Chuyên dong cua piston, xilanh được điều khiến bởi hệ thống khí nén

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 2

CHUONG 2 CAC THANH PHAN CO BAN CUA HE THONG

Hình 2-1 Mô Hình hệ thông phân loại sản phẩm theo chiều cao

Cac thanh phan cơ bản của hệ thống được biểu diễn trên hình ảnh:

(7),(9) Piston phan loại (20) Piston cap san pham

(10),(11),(12) | Van dao chiéu 5/2

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 6

Ứng dụng: Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyền động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thông thông gió cũng dựa vào động cơ điện Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong các đầu máy xe lửa

Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ỗ cứng, ỗ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ)

Nguyên tắc hoạt động: Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) va phan chuyén động (rotor) được quần nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây trên rotor và stato được nổi với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyên động quay của rotor quanh trục hay I mômen

Phân loại: Các loại động cơ điện: - Động cơ điện một chiều: Và hệ thống động cơ - máy phát cho phép thay đổi mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đám báo khởi động êm, hãm và đảo

chiều dễ dàng

e Nhược điểm của chúng là đắt, riêng loại động cơ điện | chiều lại khó kiếm và

phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt các thiết bị chỉnh lưu

- Động cơ bước, động cơ scrvo : nguyên lí hoạt động là nhận các sung tín hiệu dé điều chỉnh quay theo góc

e Ưu điểm: có độ nhạy và độ chính xác cao,khả năng hãm tốt e Nhược điểm : giá thành cao

Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu tải trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn Với yêu cầu khá đôn giản của băng tái như là:

e Băng tải chạy liên tục, có thê dừng khi cần e Không đòi hỏi độ chính xác, tải trọng băng tải nhẹ

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 7

2.2

* “We

e Dé diéu khién, gia thành rẻ

Vì vậy sử dụng loại động cơ I chiều có công suất 200W có thể điều chỉnh tốc độ trong koangr cho phép

Piston/ Van khí nén Theo thiết kế, cơ cầu phân loại sản phâm được thực hiện bằng piston khi nén Piston khí nén (x1 lanh khí nén) là thiết bị cơ học, hoạt động được nhờ khí nén g1úp chuyền năng lượng tiềm năng thành động năng (nhờ sự chênh áp bởi khí nén nên áp suất lớn hơn áp suất khí quyên), piston của xi lanh chuyên động làm cho sản phâm được phân loại

Hệ thống khí nén: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt ở những

lĩnh vực cần phải đám bảo vệ sinh, chống cháy nỗ hoặc ở các môi trường độc hại Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phâm, các khâu phân loại, đóng gói

SVTH: Tô Văn Hưng Trang Š

sản phâm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động: trong công nghiệp gia công cơ khí

> Uudiém: -Do không khí có khả năng chịu nén (đàn hồi) nên có thể nén và trích chứa

trong bình chứa với áp suất cao thuận lợi, xem như một kho chứa năng lượng

-Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ông với tốn thất nhỏ, khí

nén sau khi sinh công cơ học có thê thái ra ngoài mà không gây hại cho môi trường;

-Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiên với độ tin cậy và chính xác; - Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tái, quá áp suất hiệu quả

> Nhược điểm: -Công suất truyền động không lớn Ở nhu cầu công suất truyền động lớn, chỉ phí cho truyền động khí nén sẽ cao hơn 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất, tuy nhiên kích thước và trọng lượng lại chỉ bằng 30% so với truyền động điện;

-Khi tải trọng thay đối thì vận tốc truyền động luôn có xu hướng thay đối do

khả năng đàn hồi của khí nén khá lớn, vì vay kha nang Nhy trì chuyên động thắng

đều hoặc quay đều thường khó thực hiện -Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thê gây tiếng ồn Câu trúc của hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị sau:

-Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô)

-Khối điều khiển: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiên va cdc phan tử điều khiển

đáo chiều cơ cầu chấp hành

-Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút

Các phần tử của hệ thống khí nén: + Nguồn khí nén: Trong công nghiệp, theo quy mô sản xuất, người ta thường xây dựng một vài trạm khí nén phục vụ sản xuất với các mục đích khác nhau Hệ

thống khí nén muốn làm việc bền vững, liên tục, tin cậy thì nguồn khí nén phải

được tăng cường ôn định về áp suất, phun dâầu bôi trơn cho các phần tử điều khién, cơ cầu chấp hành , do đó cần được trang bị một loạt phần tử nối tiếp nhau như

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 9

máy nén khí có thé tích hành trình không đổi, bình tích áp, bộ lọc hơi nước, bộ tra dầu, van điều chỉnh áp suất có cửa tràn,

+ Thiết bị xử lý khí nén: Thiết bị sây khô bằng quá trình hóa học, bộ lọc và thiết bị sây khô bằng quá trình vật lý, bộ điều hòa phục vụ

+ Phân phối khí nén: Thường gồm một hệ thống các ống dẫn đề phân phối khí nén tới nơi yêu cầu

+ Các cơ cấu chấp hành: Có chức năng biến đôi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng

¢ Piston xilanh day san phẩm Piston xylanh bao gồm piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất là một loại

động cơ thủy lực (khí nén) dùng để biến đôi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ

năng, thực hiện chuyền thăng hoặc chuyên động vòng không liên tục Piston xylanh được dùng rất phô biến trên các thiết bị có cơ cầu chấp hành chuyên động thẳng đi về, xylanh khí nén có kết cầu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất

lớn, làm việc ôn định và giải quyết vẫn đề chắn khít tương đối đơn giản So với hệ

thống thủy lực, hệ thống khí nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:

- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tôn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

- Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể trích chứa

khí nén rất thuận lợi, không khí dùng đề nén hầu như có số lượng không giới hạn

và có thê thải ra ngược trở lại bầu khí quyền - Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò ri không khí nén ở hệ thống ống

dẫn, do đó không tôn tại mỗi de doa bi nhiém ban - Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì

phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén - Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đám bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp

- _ Phân loại piston xylanh: Có thê chia ra làm 2 loại: xylanh tác động đơn và xylanh tác động kép

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 10

hai phía của xylanh do yêu cầu điều khiển mà xylanh sẽ đi vào hay đi ra tùy thuộc

vào áp lực Lựa chọn piston xylanh dùng trong hệ thông

Do đặc điểm của xy lanh tác động nhanh, hành trình không lớn, cô định nên

ta chọn xy lanh tác động hai chiều sử dụng trong hệ thống Xylanh tác động hai chiều giúp hệ thống được điều khiển một cách hoàn toàn tự động và chính xác %% Van đảo chiều

Van đảo chiều khí nén là phần tử dùng để đóng, ngắt, đáo chiều dòng khí nén, thông qua đó mà thay đổi được hướng tác động của cơ cầu chấp hành khí nén

Hình 2-1 Van đảo chiễu Van 2/2: Có hai công, vào (1) và ra (2), hai trang thái, van 2/2 có thê sử dụng làm khoa ON/OFF đóng mở nguồn khí nén hoặc rẽ mạch khí nén

Van 3/2: Có công làm việc vào (1) ra (2), công xa (3) và hai trang thái

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 11

Van 4/2: Có 4 công làm việc, vào (1) và ra (2,4), chung một công xả (3), hai

trạng thái Van 4/2 được ghép bởi van 3/2 trong một vỏ: một thường đóng, một thường mở

Van 5/2: Có 5 công làm việc, vào (1), ra (2,4), hai cửa xả riêng cho mỗi trạng

thai (3,5), có hai trạng thái Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khién xy-lanh tac

động kép vào động cơ Van 5/3: Có 3 trạng thái, trong đó trạng thái trung gian (mind-position) là trạng

thái ôn định và luôn được thiết lập bởi các lò xo hồi khi không có bất kỳ một tín

hiệu điều khiển nào Người ta thường gọi đó là trạng thái không Hai trạng thái còn

lại được thiết lập va cùng tồn tại bởi hai tín hiệu điều khiển tương ứng như đối với

van 5/2 điều khiển một phía

Vạn đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

2.3 Cam biến Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật

lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần kháo sát, và biến đổi thành tín hiệu

điện đề thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Sau đó được chuyển thành

dạng thông tin mã hóa và xuất về màn hình hoặc máy tính, hệ thông PLC đề có thể

điều khiển các thiết bị khác từ xa

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 12

Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển

» “2 @®&

Orr

Hình 2-4.Một số loại cảm biến các quá trình khác

Phân loại: Có nhiều loại cảm biến khác nhau và có thể chia ra ba nhóm chính: - _ Cảm biến vật lý: song điện từ, ánh sáng, tử ngoại,

- _ Cảm biến hóa học: độ âm, độ PH, khói,

- _ Cảm biến sinh học: đường glucose huyết, vi khuẩn, vi rút, Các đặc trưng của cảm biến:

Một cảm biến được sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật xác định - _ Độ nhạy: Gia số nhỏ nhất có thể phát hiện

- _ Mức tuyên tính: Khoảng giá trị được biến đôi có hệ số biến đôi có định

- _ Dải biến đôi: Khoảng giá trị biến đổi sử dụng được - _ Ảnh hưởng ngược: Khả năng gây thay đối môi trường - _ Mức nhiễu ồn: Tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của tác nhân khác lên kết quả - _ Sai số xác định: Phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu

- Độ trôi: Sự thay đối tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tai (date) - _ Độ trễ: Mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình

- _ Độ tin cậy: Khả năng làm việc ồn định, chịu những biến động lớn của môi trường như sốc các loại

- Điều kiện môi trường: Dái nhiệt độ, độ âm, áp suất, làm việc được

Lựa chọn cảm biến: Cảm biến quang Omron E3F3S

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 13

Hình 2- 3 Cảm biến quang

2.4 Thiết bị điều khiến (PLC)

Hình 2-4 PLC

+ Khái niềm về PUC

PLC là từ viết tắt cla Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ

có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều

khiên tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển

+ Ưu điểm, nhược điểm cia PLC

PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn bởi các lý do sau đây:

- Tén ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le dé thực hiện củng một chức năng

- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy tính thông thường

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 14

- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có thé thay thé hang tram ro le

- Khả nang thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ cua PLC duoc làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bân, dầu mỡ, độ âm, rung động và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này

- Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thông phức tạp để có thê giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thê giao tiếp trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O

- Lập trình dé dang: Phan lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ hình thang, tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi

nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, truyền tải qua mạng

Nhược điểm của PLC: - Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiểu tính thống nhất

- Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp role

¢ Ung dung cia PLC Cùng với sự phất triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngay cang phat huy được các tính năng cũng như lợi ích trong hoạt động công nghiệp Kích thước cua PLC hién nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống

Ngày nay, PLC được nhìn thấy trong hang nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, nhà máy hạt nhân, trong công nghiệp giao thông vận tải, trong các hệ thống vận chuyên tự động, điều khiên rô bốt, điều khiển máy công cụ ƠNG Các PLC có thể được kết nói với máy tính đề truyền, thu thập và lưu trữ số lượng, chuẩn đoán sự cô trực tuyến, thay đối chương trình điều khiển

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 15

từ xa Ngoài ra, PLC còn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiên trong các hệ thông phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công sở

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới Về nguyên lý hoạt động, các PLC này có có tính năng tương tự nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì chúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất PLC khác với máy tính là không có hệ điều hành Khi được bật lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ không thể chạy được hoạt động nào khác Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuôi như Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc là các hãng chiêm phần lớn thị phần PLC trên thế giới

s* Rơ le Khái niệm chung về Rơ le

Rơ le là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đối nhảy cấp

khí tín hiệu đầu vào đặt những giá trị xác định Rơ le được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học công nghê và đời sống hằng 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 tử tương tự, rơ le điện tử số, điện tử tương tự

Đặc tính cơ bản của rơ le: là đặc tính vào ra Khi đại lượng đầu vào XI tăng đến một giá trị tác động X2, đại lượng đầu ra Y thay đối nháy cấp từ 0 (Ymin) đến 1 (Ymax) Theo chiều giảm của X, đến gia tri số nhả XI thì đại lượng đầu ra sẽ

nhảy cấp từ l xuống 0 Đây là quá trình nhả của rơ le

Ro le trung gian Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thông điện và các sơ đồ điều khiển tự động Đặc điểm của rơ le trung gian là 36 luong tiếp điểm lớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộn dây bé nên nó được dùng đề truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của rơ le chính đên nhiêu bộ phận khác nhau của mạch điêu khiên và bảo vệ

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 16

suât tiếp điểm cỡ 5A, 250 VAC, 28 VDC, hệ số nhả của rơ le nhỏ hơn 0.4; thời

gian tác động dưới 0,0055s Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm đã sử dụng rơ le trung gian

MY2NJ cua OMRON » Các thông số của MY2NI:

+ Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED bao hién thi

+ Thông sô của tiếp điểm: 5A - 24 VDC

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 17

CHƯƠNG3 THIET KE HE THONG DIEU KHIỂN

3.1 Thiết kế hệ thống điều khiến

- Đầu vào:

+ START: Khởi động hệ thống + STOP: Dừng hệ thống

+ RESET: Reset hệ thông

+ MAN/AUTO: Chuyên đổi giữa điều khiển bằng tay và điều khiến tự động

SVTH: Tô Văn Hưng

+ Cảm biến nhận biết có phôi trong ống cấp phôi + Cảm biến nhận biết có phôi cao

+ Cảm biến nhận biết có phôi trung bình + Cảm biến nhận biết có phôi thấp + Cảm biến phát hiện điểm đầu xy lanh cấp phôi + Cảm biến phát hiện điêm cuối xy lanh cấp phôi + Cảm biến phát hiện điêm đầu xy lanh phân loại phôi cao + Cảm biến phát hiện điêm cuối xy lanh phân loại phôi cao + Cảm biến phát hiện điêm đầu xy lanh phân loại phôi trung bình + Cảm biến phát hiện điêm cuối xy lanh phân loại phôi trung bình

- Đầu ra: + Động cơ băng tải

+ Xilanh đây phôi của hệ thông cấp phôi

+ Xilanh đây phôi cao

+ Xilanh đây phôi trung bình + Đèn báo hệ thống hoạt động

+ Đèn báo đầy thùng chứa phôi cao + Đèn báo đầy thùng chứa phôi trung bình

+ Đèn báo đầy thùng chứa phôi thấp > Cần loại PLC có tối thiểu 14 đầu vào INPUT va 8 dau ra OUTPUT > Lựa chọn PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/RLY

Với tích hợp sẵn ngõ vào ra I/O: 14 ngõ vào DI 24VDC, 10 ngõ ra DO 24VDC, 2 ngõ Analog AI tín hiệu 0-10V DC

Nguồn cấp một chiều: 20.4 — 28.8V DC

Quy trình hoạt động của hệ thông: Quy trình hoạt động theo chế độ AUTO:

- _ Nhấn nút Start, đèn xanh sáng báo hệ thông hoạt động, động cơ điện hoạt động

kéo băng tải chạy

- _ Nếu cảm biến phát hiện phôi trong ông cấp phôi không có tín hiệu thì sau 1 thời

gian động cơ dừng hoạt động

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 19

- Truong hop có phôi trong ống cấp phôi, sau 1 thời gian chạy ôn định động cơ và

hết phôi trên băng tai thi xylanh cấp phôi hoạt động đây sản phẩm lên băng tai

- _ Phôi được đưa đến các xy lanh phân loại

- _ Khi cảm biến phát hiện phôi cao có tín hiệu, xylanh phân loại 1 sẽ đây sản phẩm

xuống máng trượt và vào thùng, bộ đếm số lượng sản phẩm trong thung phôi cao Sẽ tăng thêm 1

- _ Khi cảm biến phát hiện phôi trung bình có tín hiệu, xylanh phân loại 2 sé day san phẩm xuống máng trượt và vào thùng, bộ đếm số lượng sản phẩm trong thung phôi trung bình sẽ tăng thêm 1

- _ Khi sản phâm đi về phía cuối băng tải và cảm biến phát hiện phôi thấp có tín

hiệu, sản phẩm sẽ tiếp tục đi chuyển và rơi xuống thùng đựng sản phẩm thấp Bộ đêm số lượng sản phẩm trong thùng phôi thấp sẽ tăng thêm I

- _ Đến khi số lượng sản phẩm tròng thùng 1 hoặc thùng 2 hoặc thùng 3 đầy, đèn màu đỏ tương ứng với các thùng ấy sẽ sáng lên báo hiệu cho người dùng để đóng gói và thay thùng mới, băng tải sẽ đừng hoạt động đề chờ thùng mới

- _ Nhân nút Stop hệ thống đứng yên tại thời điểm dừng

- _ Nhân nút Reset hệ thống trở về vị trí làm việc ban đầu

Quy trình hoạt động theo chế độ MANUAL:

- _ Nhấn nút Start đèn xanh sáng báo hệ thống hoạt động, động cơ chạy kéo băng tải

- _ Nếu cảm biến nhận biết phôi trong ông cấp phôi không có tín hiệu thì động cơ sẽ

chạy trong 1 khoảng thời gian rồi dừng hẳn

- _ Nếu cảm biến nhận biết phôi trong ống cấp phôi có tín hiệu, sau 1 thời gian động

cơ chạy ôn định nhắn nút Start xylanh cấp phôi hoạt động đây sản phẩm xuống băng tải

- _ Băng tải đưa sản phẩm đến các xylanh phân loại

- - Nếu cảm biến phát hiện phôi cao có tín hiệu thì băng tải dừng, nhắn nút Start

xylanh phân loại 1 hoạt động đây sán phẩm xuống thùng phôi cao, bộ đêm số phôi cao tăng thêm 1

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 20

- _ Nếu cảm biến phát hiện phôi trung bình có tín hiệu thì băng tải dừng, nhắn nút Start xylanh phân loại 1 hoạt động đây sản phâm xuống thùng phôi trung bình, bộ đếm số phôi trung bình tăng thêm 1

- _ Nếu cảm biến phát hiện phôi thấp có tín hiệu thì bang tải tiếp tục chạy đưa sán phẩm xuống thùng phôi thấp và dừng lại, bộ đếm số phôi thấp tang thêm I - _ Tiếp tục lại chu trình trên

s* Sơ đô thuật toán điêu khiên:

| 10

se] n] i ee) R

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 21

Hệ thống khí nén gồm 3 xilanh khí nén gồm I Xilanh đề cấp phôi và 2 Xilanh

phân loại phôi Các xilanh được điều khiển đây ra và rút về thông qua các van điều

hướng 5 cửa 2 vị trí (van 5/2) diều khiên bằng tín hiệu điện, sử dụng lò xo hồi vị

Cả hệ thống dùng chung một nguồn khí nén Đồng hồ đo áp suất khí nén trong hệ thông

3 | Van dao chiêu Quyét dinh chiéu 4 5/2 oT di cua khi nén

5 _| Xilanh khí nén Xy lanh đây sử 4

L==7 dụng khí nén

cận điện từ pitton trong xylanh

Hệ thống giao diện và kết nói, xử lý tín hiệu:

Phan mém Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) duoc phat trién lần đầu vào năm 1996 bởi các kỹ sư của hãng Siemens Đây là một đột phá lớn khi tích hợp tất cả công cụ vào trong I bộ phần mềm duy nhất Từ thiết kế, thử nghiệm, vận hành và duy trì nâng cấp hệ thông tự động hóa, phần mềm TIA sẽ giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và công sức cho các kỹ sư

ra thị trường vào cuối năm 2019 Các ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, SCL, STL,

GRAPH được hỗ trợ đầy đủ giúp kỹ sư lập trình có thể linh hoạt lựa chọn ngôn ngữ lập trình cho bộ điều khiển của hệ thống

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 23

3.2 Tính toán lựa chọn linh kiện cho hệ thống điều khiến

%% Bộ chuyến đối nguồn

Thông số kỹ thuật nguồn 24V, 5A:

- _ Chuyên điện từ 110V/220V sang 24VDC

- Dang nguon: Tổ ong

- Công suất: 5A, 120W

Hình 3-5 Bộ chuyền đổi nguồn SVTH: Tô Văn Hưng Trang 24

- _ Nút ân nhá thông dụng dùng cho tủ điện công nghiệp và dân dụng

- _ Tiếp điểm: INO + INC

Hình 3-8 Công tắc chuyển đổi

%% Cảm biến

Cảm biến quang Omron E3F3S

Hình 3-9 Cảm biến quang Omron E3F3S

phát hiện 300mm (phản xạ khuêch tán) Vật pháthiện | Vật mở đục: l Imm (Thu phát), 56mm (Phan xa guong); chuân Giây trắng 100x100mm (Khuech tan)

Nguôn cập 12-24 VDC+10%

Thời gian đáp : ims img Nguôn sáng LED hong ngoai (860mm), LED đỏ(6§0mm) Che độ hoạt Light-ON/Dark-ON

động n

Chức năng bảo ‘ - Nội ngược cực nguôn cấp DC, ngắn mạch ngõ ra

ve

— điêu NPN/ PNP Kiêu dau noi | Cáp chuẩn dài 2m; Giác cảm MI2

Role MY2N-24DC(S) của OMRON

Các thông số của MY2N-24DC(®):

SVTH: Tô Văn Hưng Trang 26