Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường: Thiết kế chế tạo mô hình vật lý hệ thống rung cấp phôi rời tự động sử dụng bộ điều khiển lập trình Zen

Thông tin chung Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình vật lý hệ thống rung cấp phôi rời tự động sử dụng bộ điều khiển lập trình Zen.. Mục tiêu Thiết kế chế tạo thành công mô hình vật lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

ThS Đặng Hữu Vĩnh

ThS Nguyễn Thị Thu Hiền

Đơn vị: Khoa Điện – Cơ trường Đại học Hải Phòng

Hải Phòng, tháng 4 năm 2024

Chương 1 Hệ thống rung cấp phôi rời tự động 10

1.2 Cấu trúc chung của hệ thống rung cấp phôi rời tự động 10

1.5.2 Phương án thiết kế phễu cấp phôi kiểu rung động 14

Chương 2 Lựa chọn thiết bị cho mô hình hệ thống 18

2.3.8 Lựa chọn bộ điều khiển tốc độ động cơ băng tải

2.3.9 Lựa chọn đèn báo

2.3.10 Lựa chọn bộ đếm sản phẩm

2.3.11 Lựa chọn bộ điều khiển phễu rung

2.3.12 Lựa chọn bộ điều khiển lập trình Zen

Chương 3 Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình Zen

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.3 Mô hình 3D phễu rung và băng tải hệ thống 15 Hình 1.4 Bản vẽ bố trí phần cơ khí, phần điện của hệ thống

Hình 2.1 Bản vẽ cơ khí mô hình hệ thống

16

19

Hình 2.2 Bản vẽ cơ khí mặt khung đế của mô hình hệ thống 20

Hình 2.3 Bản vẽ cơ khí mặt phễu rung của mô hình hệ thống 20 Hình 2.4 Bản vẽ cơ khí thân phễu rung của mô hình hệ thống 20

Hình 2.7 Bản vẽ cấp nguồn động cơ băng tải và động cơ phễu rung 23

Hình 2.10 Bản vẽ mạch đấu nối cảm biến và bộ đếm

Hình 2.11 Cảm biến quang sử dụng trong mô hình hệ thống

26

28 Hình 2.12 Nguồn tổ ong sử dụng trong mô hình hệ thống 30

Hình 2.15 Rơ le trung gian sử dụng cho mô hình hệ thống 33

Hình 2.19 Bộ điều tốc sử dụng cho mô hình hệ thống 37

Hình 2.22 Bộ điều khiển đế rung sử dụng trong mô hình 39 Hình 2.23 Bộ điều khiển lập trình zen sử dụng trong mô hình hệ thống

Hình 2.24 Sơ đồ chân bộ điều khiển lập trình Zen sử dụng trong mô hình

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống

43

43

45

Hình 3.2 Bản vẽ cấp nguồn cho bộ điều khiển lập trình zen 47 Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối bản vẽ đầu vào bộ điều khiển lập trình zen 48 Hình 3.4 Sơ đồ đấu nối bản vẽ đầu ra bộ điều khiển lập trình zen 49 Hình 3.5 Sơ đồ đấu nối bản vẽ đầu vào ra bộ điều khiển lập trình zen 50

Hình 4.1 Băng tải, phễu rung của mô hình khi hoàn thiện 57 Hình 4.2 Phần bố trí thiết bị của mô hình khi hoàn thiện 57 Hình 4.3 Đấu nối sơ đồ điện của mô hình khi hoàn thiện 58 Hình 4.4 Ghép nối phần phần điện và phần cơ khí mô hình 59

Hình 4.6 Chạy thử mô hình hoàn thiện 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

PLC (Programmable Logic Controller) Bộ điều khiển logic khả trình

AC (Alternating Current) Điện áp xoay chiều

CPU (Central Processing Unit ) Bộ xử lý trung tâm

ALT (Alternate) Đổi tiếp điểm trên bộ điều khiển ESC (Escape): Trở lại màn hình trước đó

Mẫu T14b

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG NĂM HỌC 2023 - 2024

1 Thông tin chung

Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình vật lý hệ thống rung cấp phôi rời tự động

sử dụng bộ điều khiển lập trình Zen

Mã số: ĐT.CN.204.06

Chủ nhiệm: ThS Đoàn Đức Trọng

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Hải Phòng

Thời gian thực hiện: 10 tháng (Từ tháng 6/2023 đến tháng 4/2024)

2 Mục tiêu

Thiết kế chế tạo thành công mô hình vật lý hệ thống rung cấp phôi tự động sử

dụng bộ điều khiển Zen

3 Tính mới và sáng tạo

Hiện nay, quá trình sản xuất các sản phẩm trên máy cắt kim loại, các máy gia công bằng áp lực như: cán, uốn, dập, đột…vv, các quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiểm tra, đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao

Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định thì nhất thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp (cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt động của máy một cách tin cậy Vì thế nghiên cứu chế tạo

hệ thống rung cấp phôi tự động đang là vấn đề cấp bách cần nghiên cứu ứng dụng trong hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động, tăng hiệu quả và nâng cao chất lượng sản phẩm

Hiện nay Khoa Điện – Cơ, Trường Đại học Hải Phòng được xây dựng thành khoa trọng điểm, chương trình đào tạo đang thay đổi để thích ứng với yêu cầu xã hội, trong đó vấn đề thực hành đang đặt trọng số 30% trong cấu trúc một học phần Vì vậy nhu cầu về thực hành ngày càng lớn kể cả với những học phần giảng dạy lý thuyết Hệ thống rung cấp phôi tự động được xây dựng thành công sẽ giúp cho sinh viên và giảng viên trong khoa có cái nhìn tổng quát hơn về hệ thống thực

4 Kết quả nghiên cứu

Kết quả của nghiên cứu là mô hình vật lý hệ thống rung cấp phôi rời tự động phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu tại các học phần: lập trình cho thiết bị công nghiệp, vi xử lý, khí cụ điện trong việc đào tạo cho sinh viên chuyên ngành Điện

Sản phẩm mô hình có thể được sử dụng trong các công ty, xí nghiệp, hộ kinh doanh có nhu cầu về cấp phôi tự động và đếm sản phẩm phôi

5 Công bố sản phẩm khoa học từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí

năm xuất bản và minh chứng kèm theo nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp

dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Công bố sản phẩm khoa học từ kết quả nghiên cứu của đề tài là bài báo

“Building a model of automatic worksheet vibration system using zen programmable controller” được đăng trên tạp chí “International Journal of Advances in Engineering and Management”; có chỉ số ISSN: 2395-5252; Issue ngày 04 tháng 4 năm 2024 và được xuất bản tại volume 6, trang 442 – 449 của tạp chí

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Là sản phẩm giới thiệu cho sinh viên chuyên ngành điện, giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành với nhiều học phần liên quan như: thực hành PLC, thực hành khí

cụ điện

Sản phẩm khoa học được nhóm nghiên cứu đưa ra vừa giải quyết được vấn đề thực hành trong bộ môn Điện, trường Đại học Hải Phòng thời gian tới và xa hơn là cung cấp cho các cơ sở đào tạo khác và có thể được sử dụng, chuyển giao kỹ thuật trong các xí nghiệp vừa và nhỏ, các hộ kinh doanh có nhu cầu về cấp phôi tự động và đếm sản phẩm phôi

Hải Phòng, ngày 12 tháng 4 năm 2024

Chủ nhiệm đề tài

(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS Đoàn Đức Trọng

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Cấp phôi tự động hiện nay có rất nhiều phương pháp nhưng cấp phôi tự động bằng phương pháp rung động là một phương pháp phổ biến, áp dụng cho nhiều lĩnh vực như học tập, nghiên cứu khoa học, các cơ sở sản xuất khác nhau và mang lại hiệu quả cao

Trong các năm qua đã có nhiều tác giả trong nước nghiên cứu về vấn đề này có thể kể đến:

[1] Nguyễn Văn Chiền (2014) Tính toán hệ thống cấp phôi rung động, Luận Văn Thạc Sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

[2] Ngô Thị Thảo, Thân Văn Thế, Lê Quang Huy (2021) Nghiên cứu rung động của trục chính bằng phương pháp thực nghiệm

[3] Đỗ Minh Tâm (2019) Design and technology of progressive die for automobile parts Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng

Trên thế giới đã có nhiều đề tài nghiên cứu, thiết kế về bộ điều khiển rung cấp

phôi có thể kể đến:

[1] Dana R.berkowitz-University of California, Designing Part Feeders Using Dynamic Simulation (2020) Đây là công trình nghiên cứu tổng hợp bộ điều khiển

phễu rung dựa vào việc mô phỏng động năng của chi tiết trong phễu

[2] Martin maher-waterford institute of technology, The design /development

of automated programmable orientation tools for vibratory bowl feeder (2019) Đây là

công trình nghiên cứu hiệu quả của phễu rung trong sản xuất hàng loạt

[3] Bespalov, Svidrak, & Stotsko (2019) Optimization of the structure of the vibratory feeders with electromagnetic vibrating drive and a combined oscillating system Đây là công trình nghiên cứu về tối ưu hoá bộ cấp liệu rung với bộ truyền động rung điện từ

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước của của các tác giả phần lớn đi sâu vào việc nghiên cứu các thuật toán điểu khiển, tổng hợp các bộ điều khiển của bộ rung cấp liệu mà chưa có áp dụng vào một hệ thống thực tế để phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu khoa học cho sinh viên tại các trường Đại học Đề tài nghiên cứu của nhóm tác giả đã nghiên cứu, tham khảo các tài liệu khoa học nêu trên để chế tạo

được một hệ thống rung cấp phôi hoàn chỉnh ứng dụng vào công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học cho sinh viên chuyên ngành Điện đang học tại khoa Điện – Cơ trường Đại học Hải Phòng và có thể chuyển giao cho các hộ sản xuất kinh doanh nhỏ lẻ có nhu cầu về hệ thống cấp và định hình phôi

2 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, quá trình sản xuất các sản phẩm trên máy cắt kim loại, các máy gia công bằng áp lực như: cán, uốn, dập, đột, các quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí, đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định thì nhất thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp và liên tục theo chu trình hoạt động của máy một cách tin cậy

Vì thế quá trình cấp phôi, phân loại phôi là một trong những yêu cầu cần thiết phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách

có hiệu quả nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm Với mục đích đó, nhóm tác giả đã chọn đề tài: “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống rung cấp phôi rời tự động sử dụng

bộ điều khiển Zen” Đề tài đã trình bày được các nội dung về quy trình định hướng, các phương án tính toán lựa chọn phễu rung cấp phôi rời, các cảm biến công nghiệp,

bộ điều khiển lập trình Zen và các truyền thông ghép nối để tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh Hệ thống được xây dựng thành công có thể chuyển giao kỹ thuật cho các dây chuyền sản xuất nhựa, sản xuất phôi để thực hiện khâu định hình, phân loại, đóng gói sản phẩm và làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên, giảng viên chuyên ngành điện đang làm việc và học tập tại khoa Điện - Cơ trường Đại học Hải Phòng và những người đi làm tại các khu công nghiệp quan tâm

3 Mục tiêu của đề tài

- Đưa ra được lý thuyết chung về hệ thống rung cấp phôi tự động

- Đưa ra phương án thiết kế mô hình hệ thống

- Tính toán lựa chọn được thiết bị để thiết kế hệ thống hoàn chỉnh

- Chế tạo thành công mô hình vật lý hệ thống rung cấp phôi tự động sử dụng bộ điều khiển lập trình Zen

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế chế tạo mô hình rung cấp phôi tự động sử dụng

bộ điều khiển Zen

5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

5.1 Cách tiếp cận

Nhóm tác giả tham khảo tài liệu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm, ứng dụng lý thuyết vào thực tế sản xuất công nghiệp để xây dựng hệ thống

5.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tham khảo tài liệu: bao gồm các tài liệu chuyên môn, các dây chuyền sản xuất công nghiệp, giáo trình liên quan đến đề tài, các tài liệu tải từ internet

- Phương pháp thực nghiệm và mô phỏng: tiến hành cài đặt, hiệu chỉnh, vận hành thực tế, thiết kế mạch điện, chương trình điều khiển hệ thống

6 Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện

- Nghiên cứu lý thuyết về xây dựng mô hình hệ thống rung cấp phôi rời tự động

- Đề xuất, lựa chọn thiết bị cho mô hình vật lý

- Xây dựng mô hình vật lý

- Lập trình điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển zen

Chương 1

HỆ THỐNG RUNG CẤP PHÔI RỜI TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chung

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, việc ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất ngày càng phổ biến, rộng rãi Để đáp ứng nhu cầu thực

tế, người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kiến thức chuyên môn, vận hành thành thạo máy móc, trang thiết bị hiện đại vào trong sản xuất Quan trọng hơn, người cán bộ kỹ thuật cần có khả năng cải tiến dây chuyền, thiết bị sản xuất lỗi thời, không còn phù hợp với phương thức sản xuất cũ, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của lực lượng sản xuất không ngừng phát triển từng ngày

Từ những yêu cầu trên, đội ngũ cán bộ kỹ thuật trong nước nói chung, các sinh viên thuộc các chuyên nghành kỹ thuật nói riêng đang gánh trên vai những trọng trách nặng nề, trọng trách xây dựng nền kinh tế nước nhà ngày càng phát triển theo chiều hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Tự động hóa cũng là một trong những lĩnh vực đặt biệt quan trọng, bởi tầm quan trọng của lĩnh vực tự động hóa trong sản xuất hiện nay là vô cùng quan trọng Việc ứng dụng tự động hóa trong sản xuất giúp cho nhà sản xuất nâng cao năng suất lao động, tiết kiệm được thời gian, chi phí sản xuất, giải phóng sức lao động, đưa nhà máy hoạt động theo những dây chuyền chuyên nghiệp mà không cần phải quá phụ thuộc vào con người như trước đây

Phễu rung cấp phôi tự động là thiết bị cấp hiện đại được sử dụng phổ biến trong các ngành dược phẩm, sản xuất lắp ráp phương tiện cơ giới, linh kiện điện tử, thực phẩm, đồ tiêu dùng, đóng gói, gia công kim loại…Phễu rung cấp phôi tự động đem lại hiệu quả kinh tế cao vì nó có thể thay thế lao động thủ công, giảm thao tác lỗi làm giảm chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, thời gian sản xuất và chi phí nhân công khi cần sắp xếp nhiều chi tiết nhỏ rời rạc hỗn độn (ốc vít, nắp, ống nhỏ, tuýp kem, cúc áo…) chạy ra cùng theo một hướng nhất định rồi lần lượt vào một máy gia công, lắp ráp khác Vật liệu chế tạo phễu rung thường là thép không rỉ, thép thường, hợp kim nhôm, nhựa [5,6]

1.2 Cấu trúc chung của hệ thống rung cấp phôi rời tự động

Hệ thống cấp phôi đầy đủ gồm 05 thành phần chính:

1 Phễu chứa phôi

2 Máng dẫn phôi

3 Cơ cấu định hướng phôi

4 Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi

5 Cơ cấu bắt – nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công

Mỗi thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và phải được bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về không gian và thời gian Tuy vậy cũng phải thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng phải có đầy đủ các thành phần của nó mà tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà chỉ cần một trong số chúng Việc phân chia hệ thống thành các thành phần như trên chỉ mang tính chất tương đối vì người ta có thể kết hợp với một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước của hệ thống, làm cho việc thiết kế, chế tạo và lắp ráp đơn giản hơn [1,2]

1.3 Các yêu cầu của hệ thống rung phôi tự động

Hệ thống rung cấp phôi tự động phải cấp được phôi đúng kiểu dáng, chủng loại theo yêu cầu đề ra

Hệ thống cấp phôi từ phễu lên với dải điều chỉnh lực rung để đáp ứng được số lượng sản phẩm ra theo thời gian nhất định

Cho phép cài đặt được số lượng phôi rời để phục vụ các công đoạn tiếp theo của

Giao diện điều khiển đơn giản cho người sử dụng

Hệ thống vững chắc, hoạt động tin cậy, an toàn và có tính thẩm mỹ công nghiệp cao [5,6,7]

1.4 Định hướng phôi rời tự động và đếm sản phẩm

1.4.1 Định hướng phôi rời tự động

Trong quá trình tự động cấp phôi rời việc định hướng phôi là một vấn đề quan trọng nhất và cũng khó khăn nhất Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ

thống cấp phôi

Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại:

- Loại phôi có 1 trục đối xứng

- Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên

Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên chỉ cần định hướng 1 lần còn những phôi

có 1 trục đối xứng thường phải định hướng 2 lần hoặc định hướng kép

+ Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định

tự nhiên của nó trong quá trình chuyển động

+ Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa lại vị trí của những phôi sai yêu cầu

+ Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược về phễu cấp phôi

+ Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì phải bố trí vài ba cơ cấu trên đường vận chuyển phôi

Chi tiết cần định hướng của đề tài là chi tiết hình trụ tròn có 2 trục đối xứng nên chỉ cần định hướng 1 lần, dùng phương pháp định hướng tự lựa Các chi tiết chuyển động trên máng phễu được đưa ra ngoài băng tải ở trạng thái nằm [1,2,3]

1.4.2 Bộ đếm sản phẩm

Sau khi sản phẩm đạt tiêu chuẩn được đưa ra từ hệ thống rung sẽ được đưa đến băng tải vận chuyển đến các khâu tiếp theo Bộ đếm sản phẩm có hiệu thị được gắn trên các trục của băng tải với mục đích giúp cho việc kiểm đếm đủ số lượng các sản phẩm theo yêu cầu của khâu tiếp theo của hệ thống Tín hiệu của bộ đếm được đưa đến các bộ xử lý của hệ thống để đóng cắt các khâu tiếp theo của hệ thống

Bộ đếm sản phẩm là sản phẩm được ứng dụng vào khâu kiểm đếm số lượng sản phẩm phôi rời sau khi được đưa ra từ phễu rung đến các băng tải vận chuyển sản xuất Đảm bảo được tính chính xác, nhanh chóng và liên tục

1.5 Đề xuất mô hình hệ thống

1.5.1 Phương án thiết kế cấp phôi kiểu đĩa quay

Dùng để cấp phôi chi tiết dạng trụ trơn hoặc trụ có bậc nhưng l ≥ d hoặc các phôi có dạng đĩa, vòng

có một phôi rơi vào, khi rãnh đó quay lên vị trí cao nhất phôi sẽ vận chuyển ra máng (3) Đĩa gồm nhiều rãnh nên quá trình cấp phôi được diễn ra liên tục Để tạo điều kiện cho phôi định hình dễ rơi vào rãnh, trên đĩa có thể bố trí thêm một số cánh dẫn hướng Đáy phễu được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc 30 độ đến 45 độ [6,7,8]

1.5.2 Phương án thiết kế phễu cấp phôi kiểu rung động

Hình 1.2 Cấu tạo phễu cấp phôi rung động 1: Phễu rung 2: Máng xoắn

3: Lò xo lá 4: Phần ứng từ của nam châm điện 5: Đế nam châm 6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện

9: Giảm chấn Nguyên lý làm việc của phễu rung: Khi cấp nguồn cho phần cảm từ 6 của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển động lên xuống, vừa xoay quanh tâm nó một góc rất nhỏ Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu Khi phôi đã ra khỏi

phễu thì sẽ theo máng dẫn vào vị trí đóng gói

Ưu điểm:

- Năng suất cao

- Không gây kẹt phôi

- Kết cấu đơn giản

- Dễ điều tiết phôi

Nhược điểm:

- Rung động

- Gây ồn

Hình 1.3 Mô hình 3D phễu rung và băng tải hệ thống

Để đảm bảo yêu cầu của một hệ thống cấp phôi tự động, có nghĩa là phải đảm bảo được việc cung cấp đủ về số lượng phôi cho máy công tác để hệ thống hoạt động một cách liên tục có tính đến lượng dự trữ, cấp phôi đúng thời điểm với độ chính xác

về vị trí và định hướng trong không gian với độ tin cậy cao

Hệ thống cấp phôi có những bộ phần chính:

Phễu chứa phôi

Rãnh máng dẫn phôi

Cơ cấu định hướng phôi

Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi rời đưa ra băng tải

Cơ cấu bắt - nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công xong Mỗi một thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và phải được

bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về mặt không gian và thời gian Tuy vậy cũng cần thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng phải có mặt đầy đủ các thành phần của nó mà tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà chỉ cần một số trong chúng Việc phân chia hệ thống thành các thành phần như trên cũng chỉ là tương đối vì người

ta có thể kết hợp một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước khuôn khổ của hệ thống, làm cho việc thiết kế và chế tạo và lắp đặt đơn giản hơn [4,5]

Hình 1.4 Bản vẽ bố trí phần cơ khí, phần điện của hệ thống

Kết luận chương 1:

Trong chương một nhóm tác giả đã trình bày được:

- Giới thiệu chung về hệ thống rung cấp phôi tự động trong thực tế

- Tìm hiểu, trình bày được cấu trúc chung của một hệ thống rung cấp phôi rời tự động

- Tìm hiểu được các yêu cầu chung, yêu cầu riêng của hệ thống rung phôi tự động

- Đưa ra lý thuyết về định hướng phôi rơi tự động và đếm sản phẩm trong thực

tế và đề xuất là được các phương án lựa chọn cho việc đề xuất mô hình hệ thống mà nhóm tác giả triển khai thi công

- Nhóm tác giả đã đưa ra được đề xuất mô hình hệ thống

Chương 2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

2.1 Yêu cầu của hệ thống

Để đảm bảo yêu cầu của một hệ thống cấp phôi tự động, có nghĩa là phải đảm bảo được việc cung cấp đủ về số lượng phôi cho máy công tác để hệ thống hoạt động một cách liên tục có tính đến lượng dự trữ, cấp phôi đúng thời điểm với độ chính xác

về vị trí và định hướng trong không gian với độ tin cậy cao

- Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí của mô hình phải được thiết kế chắc chắn, ổn định, chính xác, hạn chế xảy ra lỗi trong quá trình vận hành

- Phần điện của mô hình: Việc tính toán lựa chọn những thiết bị điện như nguồn điện, các cảm biến, các đèn báo, các van khí nén, động cơ…phải phù hợp với trọng lượng, kích thước, hình thái của phôi rời Phần thiết kế điện phải thật hợp lý, an toàn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác Phần tủ điện của mô hình phải được thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng

- Phần điều khiển hệ thống: Cần đưa ra phương án điều khiển tối ưu, thiết bị điều khiển đơn giản, nhỏ gọn, dễ thao tác lập trình, độ tin cây cao, giá thành rẻ ứng dụng được cả trong công nghiệp và dân dụng

- Đảm bảo đúng quy trình vận hành: Cấp phôi từ phễu lên với vận tốc tối đa, số lượng sản phẩm đạt được trong một phút, có thể điều chỉnh được tốc độ Cho phép cài đặt số sản phẩm đóng vào một túi Chạy được cả hai chế độ cấp phôi liên tục từ phễu chính (phễu rung) và cấp phôi đơn lẻ từ phễu phụ Có thể điều chỉnh một số chi tiết để

sử dụng được cho nhiều loại phôi có hình dạng và kích thước tương tự một cách đơn giản nhất

- Giao diện điều khiển đơn giản cho người sử dụng

- Hệ thống hoạt động tin cậy, an toàn, tính thẩm mỹ công nghiệp cao [5,6]

2.2 Bản vẽ thiết kế hệ thống

2.2.1 Bản vẽ thiết kế phần cơ khí

Bản vẽ cơ khí của mô hình được trình bày tại hình 2.1 gồm các bộ phận chính:

- Phần giá đỡ: Làm bằng khung thép hộp kỹ thuật 40mmx40mm có kích thước 600mmx650mm Trên khung thép được gá tấm mê ca để đỡ các thiết bị của mô hình

hệ thống

- Phần phễu rung: Được làm bằng thép kỹ thuật điện có đường kính miệng 230mm và đường kính đáy 10mm Phễu rung được phay các rãnh làm nhiệm vụ đón

và định hướng các phôi rời theo yêu cầu thiết kế

- Thân phễu rung: Được cuốn bằng thép kỹ thuật điện có đường kính miệng 10mm và chiều cao thân phễu là 270mm Thân phễu có nhiệm vụ để bảo vễ cơ cấu rung, hệ thống nam châm điện của phễu rung

- Đế phễu rung: Được đúc bằng thép kỹ thuật điện có kích thước 40mmx40mm

và được bắt chặt xuống phần giá đỡ thông qua 04 các bu lông 10 Đế phêu rung có tác dụng cố định phễu rung, đảm bảo sự vững chắc, tin cậy của phễu rung trong quá trình vận hành

- Băng tải vận chuyển: Phần khung băng tải được làm bằng thép kỹ thuật điện

có chiều dài 550mm, chiều rộng 80mm Phần thân băng tải được làm bằng vải có đường kính 80mm Băng tải có nhiệm vụ vận chuyển các phôi đạt chuẩn theo kích thước hoặc trọng lượng ra ngoài để đưa đến các khâu tiếp theo của quy trình vận hành

Hình 2.2 Bản vẽ cơ khí mặt khung đế của mô hình hệ thống

Hình 2.3 Bản vẽ cơ khí mặt phễu rung của mô hình hệ thống

Hình 2.4 Bản vẽ cơ khí thân phễu rung của mô hình hệ thống

Hình 2.5 Bản vẽ bố trí thiết bị mô hình

2.2.2 Bản vẽ thiết kế phần điện

Hình 2.6 Bản vẽ mạch cấp nguồn cho hệ thống

Hình 2.7 Bản vẽ cấp nguồn động cơ băng tải và động cơ phễu rung

Hình 2.8 Bản vẽ mạch điều khiển băng tải

Hình 2.9 Bản vẽ mạch điều khiển động cơ rung

Hình 2.10 Bản vẽ mạch đấu nối cảm biến và bộ đếm

2.3 Lựa chọn thiết bị trong mô hình

2.3.1 Lựa chọn cảm biến

Cảm biến là một thiết bị điện tử có chức năng nhận biết các yếu tố vật lý hoặc yếu tố hóa học nơi nó được đặt vào sau đó chuyển thành dạng thông tin mã hóa và chuyển về màn hình hoặc máy tính, hệ thống PLC để có thể điều khiển các thiết bị khác từ xa Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin

về trạng thái hay quá trình đó 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 các quá trình khác

Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất,… tác động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dòng điện,… chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng

đo Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò, có thể có kèm các mạch điện hỗ trợ và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi luôn là cảm biến Cấu tạo cảm biến: Hiện nay có rất nhiều loại trên thị trường nhưng đều làm từ các đầu

dò điện tử có khả năng thay đổi tính chất theo sự thay đổi của môi trường xung quanh

nó còn được gọi là các sensor

Trong mô hình tác giả sử dụng loại cảm biến quang để cảm biến sản phẩm phôi rời khi đã được phân loại và cảm biến quang được gắn tại vị trí đặt túi để xác định khâu đóng gói sản phẩm đã sẵn sàng hay chưa Các tín hiệu của cảm biến được gửi về

bộ điều khiển Zen làm nhiệm vụ điều khiển các cơ cấu phù hợp với bài toán lập trình của hệ thống Loại cảm biến quang được nhóm tác giả sử dụng trong mô hình hệ thống

có thông số:

Chiều dài 65mm, đường kính 18mm chiều dài dây 1.2m

Loại cảm biến: Diffuse

Khoảng cách phát hiện cảm biến khoảng cách: 0-50cm

Phát hiện của các đối tượng: trong suốt, mờ đục cơ thể

Điện trở cách điện: không ít hơn 20M ohms

Bộ nguồn tổ ong có tác dụng biến đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bởi chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với biến áp xung

Ở các bộ nguồn tuyến tính thông thường, nhược điểm của nó là cồng kềnh và giải điện

áp đầu ra hẹp, nhưng với sự ra đời của bộ nguồn tổ ong, các nhược điểm dường như đều được khắc phục do có ưu điểm hiệu suất cao, ít tỏa nhiệt và kích thước nhỏ hơn rất rất nhiều Do đó, nguồn xung đã và đang ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn nữa

Tùy theo mức điện áp đầu ra phù hợp với mỗi thiết bị sử dụng, các nhà sản xuất

đã tính toán và thiết kế ra những mức điện áp ra mong muốn, đa dạng cho từng loại thiết bị Một số điện áp ngõ ra một chiều được sử dụng rộng rãi như 5VDC, 9VDC, 12VDC, 24VDC, 48VDC…Hầu hết các thiết bị tự động hoạt động ở điện áp nguồn 24V khá phổ biến trong cuộc sống, do đó hầu như tủ điện nào cũng có bộ đổi nguồn 220V sang nguồn 24V để cấp cho các thiết bị Cùng tìm hiểu chi tiết hơn về cấu tạo, ứng dụng của bộ nguồn tổ ong nói chung và nguồn Meanwell 24V nói riêng

Cấu tạo nguồn tổ ong bao gồm 5 khối chính là:

Khối chỉnh lưu điện áp vào: Khối chỉnh lưu điện áp bao gồm các thành phần linh kiện chính là tụ chống sét, cầu chì, cuộn lọc nhiễu cầu chỉnh lưu diode và tụ lọc

nguồn, điện trở xả tụ, với nhiệm vụ chuyển đổi điện áp đầu vào xoay chiều 220V thành điện áp một chiều

Khối tạo xung điều khiển: Đối với Khối dao động PWM thường dùng IC dao động TL494/KA7500C tạo xung cung cấp cho tầng đệm khuếch đại qua biến áp xung

để điều khiển Transistor công suất thì Transistor công suất thường dùng là E13009L Đối với khối dao động PWM dùng IC UC3845 hoặc UC3843 để tạo xung điều khiển Mosfet công suất thì Mosfet thường dùng là 20N60C3, 15N60…

Khối công suất: Khối công suất như một công tắc chuyển mạch trong bộ xung Trong đó có thể sử dụng transistor, mosfet, IC tích hợp hay IGBT để thực hiện nhiệm

vụ đóng cắt điện từ chân (+) của tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung rồi cho xuống mass, tạo ra một hiệu điện thế tương ứng với xung nhịp và vòng dây quấn để đưa đến khối chỉnh lưu điện áp ra

Khối chỉnh lưu điện áp ra: Khối chỉnh lưu điện áp ra là khối chuyển đổi điện áp

AC qua diode chỉnh lưu để tạo điện áp DC ngõ ra 1 chiều ví dụ như DC 5V, DC 12V,

DC 24V…Các thành phần linh kiện chính ở khối chỉnh lưu ngõ ra bao gồm cuộn cảm lọc nhiễu, các tụ ổn áp nguồn sau diode để đưa vào tụ lọc thứ cấp san phẳng điện áp, cung cấp đến thiết bị hoạt động ổn định, không gây sụt áp trên tải

Khối hồi tiếp: Khối hồi tiếp so sánh điện áp ra với điện áp tham chiếu mục đích tạo chu kỳ xung lặp lại để điều khiển linh kiện chuyển mạch

Ngoài các khối linh kiện cơ bản, bộ nguồn tổ ong còn có vài linh kiện khác không kém phần quan trọng trong mạch nguồn tổ ong như: biến áp xung, cầu chì, cuộn lọc nhiễu, tụ nguồn sơ cấp, tụ nguồn thứ cấp, diode chỉnh lưu, sò công suất, IC quang

và IC TL431,…

Ưu điểm: Được thiết kế chắc chắn, vì vậy mà nguồn LED có thể làm việc trong môi trường có chút khắc nghiệt Tự ngắt khi có dòng điện quá tải, quá nhiệt, không bị đoản mạch, đảm bảo độ an toàn khi sử dụng, có độ bền cao, nhờ đó mà thiết bị hoạt động ổn định Có thể dễ dàng tích hợp vào các dòng đèn LED khác nhau như: đèn pha cao áp, đèn đường,…

Nhược điểm: Nguồn được thiết kế với quạt tản nhiệt nên cần phải đảm bảo độ

thông thoáng khi lắp đặt

Ứng dụng: Hầu hết các thiết bị tự động hoạt động ở điện áp nguồn 24V khá phổ biến trong cuộc sống, do đó hầu như tủ điện nào cũng có bộ đổi nguồn 220V sang