đồ án hệ thống cơ điện tử“ thiết kế, mô phỏng máy đóng nút chai tự động ”

GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT MỤC LỤC  Đất nước ngày một phát triển. Mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải dựa vào khoa học kỹ thuật. Vấn đề con người là vấn đề tiên quyết trong việc có đạt được mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hay không. Để có đội ngũ nhân lực có trình độ, nắm vững kiến thức khoa học kỹ thuật thì ngoài việc nâng cao chất lượng đào tạo lý thuyết còn cần những nội dung thực hành thực tế để người học củng cố kiến thức lý thuyết đã được trang bị trên giảng đường, đồng thời có kỹ năng xử lý những vấn đề mà thực tiễn đặt ra. Đồ án này được giao cho sinh viên sau khi đã trải qua những môn học trang bị kiến thức trên lớp nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại những kiến thức mà mình đã được trang bị.đồ án vi xứ lý là một trong số đó Với đồ án được giao: “ Thiết kế, mô phỏngmáy đóng nút chaitự động ” .Sau một thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài dưới sự hướng dẫn của thầy nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án. Do còn hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi những sai sót. Nhóm chúng em xin được  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT thầy chỉ bảo để hoàn thiện tốt hơn và chân thành cảm ơn cô đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Hà nội , tháng 10 năm 2014 Sinh viên nhóm 1: Lớp C103A ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN #$%&'()*+,*-./*01 1.1 )*+, Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển theo hướng kinh tế thị trường. Một nền kinh tế có sự cạnh tranh không lành mạnh của các doanh nghiệp . Trước sự bùng nổ như vậy các doanh nghiệp ra sức đổi mới từ trong sản xuất tới tiêu thụ sản phẩm để tồn tại trên thị trường . Sự thay đổi đó giúp cho một số doanh nghiệp thành công không những giữ vững được vị thế của công ty trên thị trường mà còn không ngừng phát triển và gia tăng thị phần. Bên cạnh đó có không ít những doanh nghiệp bị phá sản. Một trong những yếu tố ảnh hưởng tới sự thành công hay thất bại trên của các doanh nghiệp là hoạt động cải tiến sản phẩm và bao gói sản phẩm (packing), đóng chai sản phẩm… nó đem lại hiệu quả và đóng góp rất nhiều trong sự thành công của doanh nghiệp. Hiện nay dưới sự phát triển của nền kinh tế thị trường sản phẩm được tạo ra một cách ồ ạt mà không có phương pháp bảo quản nhất định làm cho hao hụt sản phẩm, dẫn đến lãng phí.Để đáp ứng nhu cầu ngày một cao hơn của người tiêu dung, sản phẩm đóng chai là một giải pháp hữu hiệu để giải quyết bài toán tiêu dung.Tuy nhiên sản phẩm hang tiêu dùng không thể đóng chai một cách thủ công được, do quá trình thực hiện thhur công không đem lại được hiệu quả kinh tế . Vậy nên tạo ra một dây chuyền đóng nút chai tự động là một giải pháp khả thii đem lại hiệu quả kinh tế cao cho các doanh nghiệp có sản phẩm cần đóng chai. Trong đề tài này chúng ta sẽ tìm hiểu và thực hiện thiết kếmô phỏng máy đóng nút chai tự động. Trong báo cáo này sẽ trình bày việc thiết kế phần cứng  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT phần mềm, bao gồm tất cả các chi tiết động cơ, cảm biến, xilanh , hệ thống thủy lực khí nén, …: đặc điểm kỹ thuật của chúng, giao diện và giao thức truyền thông, các sơ đồ mạch và kết quả. 1.2 ./*01 1.2.1 /23456 ( Sử dụng phần mềm Inventor và PC_simu, S7-200 thiết kế, mô phỏng máyđóng nút chai tự động: -Dùng 2 băng tải đưa chai tới để cấp nước và đóng nắp. -7 xilanh tác động kép và hệ thống thủy lực khí nén. 1.2.2 78 ( Củng cố kiến thức đã học và nâng cao hiểu biết về Inventor, S7-200 và PC_simu, biết cách sử dụng lập trình S7-200, PC_simu và công cụ mô phỏng máy Inventor. Cụ thể trong đồ án chúng em sử dụng Inventor, PC_simu, S7-200.  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT #$%&9(7:;*-#<#= >? 9'"@A#6BCDE Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như 8công nghiệp.Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trong dân dụng chỉ hoạt động với điện áp 24V trở xuống . Hình 1.1 Một số loại động cơ trên thực tế. 2.1.1 Cấu tạo: Một động cơ DC có 6 phần cơ bản: Phần ứng hay Rotor (Armature). Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet). Cổ góp (Commutat).Chổi than (Brushes). Trục motor (Axle). Bộ phận cung cấp dòng điện DC.Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích).Số lượng cực từ chính ảnh  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT hưởng tới tốc độ quay.Đối với động cơ công suất nhỏ, người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều. Rotor ( còn gọi là phần ứng ) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi than – vành góp. Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nửa có cực từ âm, một nửa có cực từ dương). Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều: E = K Φ. W (1) V = E + Ru.Iu (2) M = K Φ Iu (3) Với: E: sức điện động cảm ứng (V). Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb). Iu: dòng điện phần ứng (A). V : Điện áp phần ứng (V). Ru: Điện trở phần ứng (Ohm). W : tốc độ động cơ (rad/s). M : moment động cơ (Nm). K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ. 2.1.2 Nguyên lý hoạt động: Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành momen điện từ. Do đó phần ứng sẽ được quay quanh trục. Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC. 2.1.3 Điều khiển tốc độ động cơ DC. Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện.Có nhiều phương pháp để thay đổi tốc độ động cơ DC, ở đây ta sử dụng phương pháp điều khiển thông dụng nhất là kiểu điều biến độ rộng xung (PWM), có nghĩa là ta cấp áp cho động cơ dưới dạng xung với tần số không đổi mà chỉ thay đổi Ton và Toff. Từ (1),(2). (3) : suy ra: W = V/(K.Φ) – Ru.Iu/(K.Φ) (4) Theo (4) : khi Iu không đổi (tức Moment không đổi) và Φ không đổi thì W thay đổi "tuyến tính" theo V (thực tế thì không hoàn toàn tuyến tính theo đường thẳng được).  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình (VAV). Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ. Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình là 25V. VAV thay đổi từ VL đến VH tùy theo các độ rộng Ton và Toff .Như vậy, tốc độ động cơ sẽ thay đổi "tuyến tính" theo % độ rộng xung. 2.2 DE - FG: là một trong những bộ phận rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các nhà máy, xí nghiệp nhằm giúp tiết kiệm được thời gian, chi phí, sức lao động góp phần mang lại hiệu quả kinh tế cao cho doanh nghiệp. - Cấu tạo băng tải là một thiết bị chuyển tải mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất khi vận chuyển hàng hóa ở mọi khoảng cách không gian và thời gian. Cấu tạo bao gồm: • Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ. • Bộ con lăn, truyền lực chủ động • Hệ thống khung đỡ con lăn. • Hệ thống dây băng hoặc con lăn. - Ứng dụng bang tải:Mỗi loại băng tải sẽ được sử dụng trong môi trường truyền tải khác nhau vì thế cần tìm hiểu các loại băng tải để ứng dụng chúng cho phù hợp với điều kiện, tính chất công việc cũng như mục đích sử dụng để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Băng tải, băng chuyền được ứng dụng trong các ngành sản xuất công nghiệp, chế biến thực phẩm, khai thác,nhằm giúp hỗ trợ tối đa cho doanh nghiệp trong quá trình vận chuyển hàng hóa nhanh chóng, an toàn, tiện lợi. Ngoài ra với hệ thống băng tải còn giúp doanh nghiệp tối ưu hóa được chi phí, tiết kiệm thời gian, hạn chế nguồn nhân lực mang lại hiệu quả kinh tế cao đồng thời còn giúp cho hệ thống sản xuất ngày càng được tự động hóa theo hướng hiện đại. 2.2.1 Cách lắp đặt vận hành băng chuyền tải: - Đặt hệ thống băng tải vào đúng vị trí cần lắp đặt. - Dùng thước thủy để căn theo chiều ngang dây tải.  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT - Siết chặt các buloong nền và buloong chân. - Điều chỉnh sơ bộ các bass căng dây ở vị trí căng dây tương đối. - Khởi động động cơ băng tải chạy thử. - Điều chỉnh cho dây băng tải cân chính giữa. - Siết ốc kỹ, tỳ ren điều chỉnh lại đúng vị trí. - Cho hệ thống chạy trong 1 giờ rồi kiểm tra, nếu thấy dây bị sàng thì điều chỉnh lại. 2.2.2. Nguyên tắc kiểm tra băng tải tốt xấu: - Băng tải đen bóng, cứng mềm không quan trọng. - Cắt một băng vải nhỏ dài chừng 5cm, kéo dãn đến khi đứt, băng càng tốt kéo dãn càng nhiều. - Ngửi băng tải thấy có mùi thơm, nếu băng tải có mùi thơm khó chịu thì bỏ ngay. - Lấy mũi nhọn đâm thử, băng tải mà kém thì thủng ngay một lỗ, loại tốt thì khó thủng và có đàn hồi. - Băng tốt thì bề mặt ít lồi lõm và không bị vá, sữa chữa. - Đừng tin vào những chữ in trên mặt băng tải. 2.2.3. Các loại băng tải: 2.2.3.1. Băng tải bố NN Cấu tạo :  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT Hình 4: Băng tải bố NN Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu là Nylon, có các thành phần gồm: cao su mặt trên + lớp bố + cao su mặt dưới. Lớp bố của băng tải loại này duy trì sức căng cũng như tạo độ bền cho kết cấu băng tải, chịu lực nén và kéo tải, chịu nhiệt 100C tới 600C. • Đặc điểm o Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp 5 lần sợi Cotton. Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chịu sự va đập rất tốt nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng bố. o Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác. Chống được lão hóa do gấp khúc, uốn lượn nhiều trong sử dụng. o Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su, đồng thời giảm thiểu việc tách tầng giữa các lớp bố. o Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp. Độ dai cực lớn,nhẹ và làm tăng lên sức kéo của motor dẫn đến giảm tiêu thụ điện. • Ứng dụng o Băng tải NN có đặc tính mềm dẻo, dai và hiện được coi là loại bố chịu lực phổ thông và có nhiều ưu điểm vượt trội. o Thường dùng để tải than, sỏi, đá (các cỡ), cát, quặng sắt, xi măng, than, gỗ… Không dùng để tải các vật liệu chịu nhiệt trên 600C hoặc các bề mặt có chất dầu. Băng tải bố NN chiếm từ 60- 70% trên thị trường hiện nay do tính kinh tế và nhẹ của nó. 2.2.3.2. Băng tải con lăn:  !" GVHD: BÙI HẢI LÊ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT Hình 2: Băng tải con lăn. • Cấu tạo bằng lưới inox không gỉ sét, chuyên dùng để tải hàng từ xe vào thùng và kho.Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận chuyển. Dùng để vận chuyển các sản phẩm đã đóng thùng, có trọng lượng lớn. • Tinh Nang: • Khối lượng băng tải nhẹ giúp tiết kiệm điện năng sử dụng • Không bị trượt khi kéo tải • Dễ dàng lắp ráp, dịch chuyển. Dễ dàng thay thế, cắt nối chiều dài băng tải. 2.2.3.3. Băng tải cáp thép • Cấu tạo: Băng tải lõi thép gồm nhiều lõi cáp thép được sắp xếp theo chiều dọc ở những khoảng cách từ 10 đến 15mm, lớp cáp thép này là phần chịu lực tải chính giữ cho băng tải luôn chạy đúng hướng bao quanh nó là lớp phủ cao su mặt trên và mặt dưới. Lớp cáp thép sẽ được liên kết với nhau bằng một phương pháp đặt biệt, sự liên kết này giúp cho băng tải không có bất kỳ sự cố nào xảy ra trong suốt quá trình sử dụng, cao su mặt và cao su bao phủ cáp thép được chế tạo theo những tính chất riêng. Ký hiệu thông thường các loại băng tải cáp thép: ST-500,ST-630,ST-800 và cao nhất tới ST-7000, độ dày có thể lên tới 50mm. Băng tải cáp thép thường rất nặng như loại ST-1000, khổ 1 mét có thể lên tới 25Kg/m. Vì vậy thường chỉ dài 150m/cuộn. • Đặc điểm  !" [...]... tới và lấy nắp chai và đóng) quá trình này kết thúc khi chai đã có nước và đóng nắp cẩn thận Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ 3.1.2 Cấu tạo o o o o Máy đóng nắp chai sử dụng hệ thống điều khiển khí nén gồm : 4 cảm biến 7 xilanh tác động kép Băng tải đưa chai tới Bàn đặt xilanh 3.1.3 Nguyên lý hoạt động của máy Hình 3.1 mô hình kết cấu cơ khí của máy Nguyên lý:... cho nắp được đóng chặt vào chai, cảm biến đóng nắp thành công cho phép Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ động cơ băng tải tiếp tục chạy để đưa chai tiếp theo vào đóng nắp công việc đóng nắp chai tiếp tục tuần hoàn như vậy tạo thành một đay chuyền sản xuất 3.2 Vận hành của bộ phận cấp nước cho chai Khi có chai trên băng tải chạy qua cảm biến nhận biết có chai tới lập... đường kính khác nhau Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ Gián tiếp bằng dòng khí nén ra có van phụ trợ • Tác động bằng cơ TÊN THIẾT BỊ Đầu dò KÍ HIỆU Cừ chặn bằng con lăn tác động 2 chiều Cừ chặn bằng con lăn tác động 1 chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh định vị • Tác động nam châm điện TÊN THIẾT BỊ Trực tiếp KÍ HIỆU Bằng nam châm điện và van phụ trợ Tác động theo hướng dân... lượng dòng chảy thay đổi 2.4.6 Cơ cấu chấp hành 2.4.6.1 Nhiệm vụ Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học .Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén) 2.4.6.2 Xi lanh • Xilanh tác dụng đơn - Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xilanh, phía... lại Khi cần pittong di chuyển Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ sẽ ăn khớp với 1 bánh răng làm bánh răng quay Trục bánh răng sẽ được gắn với cơ cấu chuyển động  Ưu nhược điểm của khí nén: • Ưu điểm: Không gây ô nhiễm môi trường Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp Hệ thống phòng ngừa quá áp suất... tương tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm tương ứng với số đầu vào ra của module 2.6.5 Kiểu dữ liệu Trong PLC S7-200 có các kiểu dữ liệu được cho trong bảng sau: CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của máy Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ 3.1.1 Sơ đồ khối • dùng 2 cảm biến(1 cảm biến chai tới để dừng băng tải, 1 cảm biến nhận biết chai và... biết giá trị (M) 2.5.2 Phân loại Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ Hiện tượng Chuyển đổi và đáp ứng kích thích Vật lý - Nhiệt điện; - Quang điện; - Quang từ - Điện từ; - Quang đàn hồi; - Từ điện - Nhiệt từ Hoá học - Biến đổi hoá học ; - Biến đổi điện hoá - Phân tích phổ… Sinh Học - Biến đổi sinh hoá; - Biến đổi vật lý - Hiệu ứng trên cơ thể sống 2.5.2.1 Theo nguyên... 222, 224,224XP, 226, 226XM 2.6.1Cấu trúc phần cứng của S7-200: Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ 2.6.1.1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài: a Các đầu vào/ra số: o Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc,sensor…với điện o áp vào tiêu chuẩn 24VDC Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp o o 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ) Đầu vào nguồn:... trí thì vị trí ‘không’ nằm ở giữa Ví dụ : Van đảo chiều 2/2 tác động bằng nam châm điện: Thiết kế máy đóng nút chai tự động ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CĐT GVHD: BÙI HẢI LÊ Van có 2 cửa P và R, 2 vị trí 0 và 1.Tại vị trí 0, cửa P và R bị chặn Khi cuộn Y có điện, từ vị trí 0 van chuyển sang vị trí 1, cửa P nối với cửa R Khi cuộn Y mất điện, do tác động của lò xo phía đối diện, van sẽ quay trở về vị trí ban đầu 2.4.5... điện dung chịu ảnh hưởng bởi bụi và độ ẩm Cảm biến điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến điện cảm 2.5.4.4 Cảm biến quang Nguyên lý hoạt động: Khi chiếu vào nguồn sáng thích hợp vào cảm biến, tính chất dẫn điện của cảm biến thay đổi, làm mạch tín hiệu cảm ứng thay đổi theo Như vậy thông tin ánh sáng được chuyển thành thông tin của tín hiệu điện Thiết kế máy đóng nút chai tự động . dụng phần mềm Inventor và PC_simu, S7-200 thiết kế, mô phỏng máyđóng nút chai tự động: -Dùng 2 băng tải đưa chai tới để cấp nước và đóng nắp. -7 xilanh tác động kép và hệ thống thủy lực khí nén chuyền đóng nút chai tự động là một giải pháp khả thii đem lại hiệu quả kinh tế cao cho các doanh nghiệp có sản phẩm cần đóng chai. Trong đề tài này chúng ta sẽ tìm hiểu và thực hiện thiết k mô phỏng. những môn học trang bị kiến thức trên lớp nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại những kiến thức mà mình đã được trang bị.đồ án vi xứ lý là một trong số đó Với đồ án được giao: “ Thiết kế, mô phỏngmáy