Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệmđiện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triểncác công ty xí nghiệp đ

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 03

LỜI NÓI ĐẦU 05

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 06

1.1 Giới thiệu 06

1.2 Các vấn đề đặt ra 07

1.3 Phương pháp nghiên cứu 08

1.4 Phạm vi giới hạn 08

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 09

2.1 Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm 09

2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành 10

2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 13

2.2 Hệ thống truyền động 16

2.2.1 Động cơ điện một chiều 16

2.2.2 Băng chuyền 20

2.3 Hệ thống điều khiển 21

2.3.1 Bộ điều khiển PLC 21

2.3.1.1 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC 21

2.3.1.2 Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200 26

2.3.2 Piston xylanh đẩy sản phẩm 30

2.3.3 Van đảo chiều 32

2.3.4 Cảm biến quang 34

2.3.5 Rơ le trung gian 37

2.3.6 Nút nhấn 40

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 42

3.1 Mô hình hóa hệ điện của động cơ điện một chiều 42

3.2 Mô phỏng hệ thống 43

3.2.1 Mô phỏng hệ thống cơ khí 44

3.2.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển 45

3.2.3 Mô phỏng hệ thống khí nén 46

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 47

4.1 Tính toán công suất động cơ 47

4.2 Tính toán tốc độ của động cơ điện một chiều 48

4.3 Tính toán tốc độ quay các trục 49

4.4 Tính công suất trên các trục 49

4.5 Tính moment xoắn trên các trục 50

4.6 Tính toán lựa chọn piston 50

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ 52

5.1 Kết quả 52

5.2 Đánh giá 52

5.3 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục 53

5.4 Hướng phát triển 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015 Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hà Nội, ngày… tháng…năm 2015

Giáo viên phản biện

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng

cơ sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước Điều đó đòi hỏi phảinghiên cứu và áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, cókhả năng tự động hóa cao để đưa công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống Trong đó

ngành cơ khí tự động hóa đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển

của đất nước Để đáp ứng nhu cầu to lớn của việc phát triển ngành Cơ điện tử nóichung, đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực vàtrình độ chuyên môn để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí,điện-điện tử và kỹ thuật phần mềm

Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Công Nghệ chế tạo máy, từ những kiến thức đã được học, nhóm chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết

kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm” Việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay

thế con người trong công việc là vấn đề hết sức cần thiết

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ của quý thầy

cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Hoài Sơn để

nhóm có thể hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất Nhóm tác giả xin chân thành cảmơn! Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót Nhóm rấtmong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cô để nhóm có thể rút ra được kinhnghiệm cũng như phát triển thêm đề tài

Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 04 tháng06 năm 2015

Nhóm sinh viên thực hiện:

Trần Văn Huấn Phạm Thanh Hà

Nguyễn Văn Dương Nguyễn Văn Hoàng

Lê Xuân Hoàn Khuất Văn Biên

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuậtđiện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vựckhoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phảinắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triểnnền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tựđộng nói riêng Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… đượcứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ

xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động vớicác lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệmđiện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triểncác công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dâychuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiếtkiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu

đó, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế mô hình hệ thống phân loạisản phẩm theo chiều cao (Hình 1.1)

Hình 1.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến đểxác định chiều cao của sản phẩm Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có chiềucao khác nhau

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần nhữngchuyển động cần thiết:

ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền đai thang

Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén

Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xylanhđẩy vào băng chuyền Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phânloại với chiều cao khác nhau Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyểnđến thùng hàng để đóng gói Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sảnphẩm

Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn,

cụ thể như:

làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹthuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn

thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng

đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mứctối đa…

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chitiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễdàng lắp đặt và sửa chữa

- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị

hỏng

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài “Phân loại sản phẩm theo chiều cao” đã được nhiều sinh viên của các

trường nghiên cứu và thực hiện Đồng thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những

mô hình đơn giản Mô hình này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một sốnhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, nhómtác giả đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:

* Phương pháp tuần tự và đồng thời

Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể là việc đầu tiên là nghiêncứu mô hình cụ thể sau đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trongthiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản

hay thay thế từ đó đưa ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệthống, vận tốc của băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng,năng suất của hệ thống )

1.4 Phạm vi giới hạn

Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từlâu Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chấtlượng và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giớihạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau:

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm

2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành

Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sảnphẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phânloại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc Một hệ thống hoàn chỉnh cóthể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thờigian trì hoãn hệ thống Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao

và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong côngviệc Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất

Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhucầu cấp bách này

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trongcác nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sảnphẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo chiều cao

a) Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1)

Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.

- Cảm biến nhận biết màu sắc.

- Các rơ le trung gian

 Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạtđộng, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Xylanh piston sẽ đẩysản phẩm ra băng chuyền Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sảnphẩm có màu sắc khác nhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu

về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiểnpiston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong cácdây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sảnphẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhàsản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năngsuất lao động

b) Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 2.2)

Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.

 Cấu tạo:

- Các rơ le trung gian

 Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhấthoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai Trênbăng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khácnhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đóPLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vàtrung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền

và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai Sau đó động cơ một

chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sảnphẩm thấp về vị trí tương ứng.

 Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong cácngành công nghiệp:

c) Phân loại sản phẩm theo hình dạng

Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng (Hình 2.3)

Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng.

 Cấu tạo:

- Các rơ le trung gian

 Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạtđộng, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Trên băng chuyền sẽthiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, Cảmbiến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điềukhiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêngbiệt.

 Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiềungành công nghiệp:

- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng

khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…

- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.

- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.

Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có

hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm Ví dụ như phân loại sảnphẩm theo trọng lượng, kích thước Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động củachúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể làxylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loạicảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, haycamera phát hiện hình dạng vật thể)

2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọngtrong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp Hiện nay, Đất nước ta đangtrong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất rakhông những đạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao vềhình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hìnhthành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản xuất,

để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất Một trong những thiết bị, máymóc hiện đại đó phải kể đến hệ thống phân loại sản phẩm Chính vì vậy, nhóm tác giả

đã quyết định thiết kế và thi công mô hình với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo

hệ thống phân loại sản phẩm” (Hình 2.4) Mô hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn

về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong

hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển hệ thống

Hình 2.4 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

- Quá trình cấp sản phẩm vào băng chuyền: Khi có sản phẩm trong hộp, cảm biến quangnhận biết và gửi tín hiệu về PLC Bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động điệncủa van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm vào băng chuyền Hai cảm biếnquang thu phát được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự lần lượtcao và trung bình tính từ hộp cấp phôi (Hình 2.4)

phẩm để có thể phân loại Nếu sản phẩm cao trên băng chuyền đi qua sẽ che cảm biếncao, lập tức gửi tín hiệu về PLC, bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động điệncủa van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vào khay chứa tương ứng.Sản phẩm có chiều cao trung bình sẽ không che cảm biến cao và khi đi qua cảm biếntrung bình, cảm biến sẽ nhận biết và gửi tín hiệu về PLC Bộ PLC xử lý và xuất tínhiệu đến đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩmtrung bình vào khay chứa tương ứng Sản phẩm thấp nhất sẽ được đi hết băng chuyền

và được phân loại vào khay chứa cuối cùng

Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng để phân loại cácsản phẩm có chiều cao khác nhau với độ chính xác cao Hệ thống được ứng dụng rấtnhiều trong các ngành công nghiệp như:

2.2 Hệ thống truyền động

2.2.1 Động cơ điện một chiều

Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng chuyền dây đai và không yêu cầutải trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn Với yêu cầu khá đơn giản củabăng chuyền như là:

- Dễ điều khiển, giá thành rẻ

Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có công suất nhỏ, khoảng 20-30 W,điện áp một chiều 24 V.

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bịcần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động

Động cơ một chiều trong dân dụng thường là các động cơ hoạt động với điện

áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sửdụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằngphẳng và trong phạm vi rộng Động cơ điện một chiều trong thực tế (Hình 2.12)

Hình 2.12 Một số loại động cơ trên thực tế

a) Cấu tạo động cơ điện một chiều

Hình 2.13 Cấu tạo động cơ điện một chiều.

1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3- Rotor 4- Cực từ.

5- Cuộn cảm 6- Stator 7- Cuộn dây phần ứng.

 Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13):

Thông tin chi tiết về động cơ [1]

- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy.Các cực từ chính có dây quấn kích từ

- Rotor (phần động): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làmbằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại Mỗiphần tử của dây quấn phần động có nhiều vòng dây, hai đầu với hai phiến góp, haicạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong hai rãnh dưới hai cực khác tên

- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ,gắn ở đầu trục rotor

- Chổi than: làm bằng than graphit Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giáchổi điện gắn trên nắp máy

b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có dòngđiện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm choRotor quay Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quayđược nửa vòng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiềudòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt

từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn

tay phải Ở động cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện nên còngọi là sức phản điện động.

c) Phân loại động cơ điện một chiều

Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện mộtchiều được chia thành:

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có dòng điện kích từ và từ thôngđộng cơ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Nguồn điện mạch kích từ riêng biệt

so với nguồn điện mạch phần ứng

- Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi nguồn điện một chiều có côngsuất vô cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng không thì điện áp nguồn sẽ làkhông đổi, không phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng động cơ Loại động cơ mộtchiều kích từ song song cũng được coi như kích từ độc lập

- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạchphần ứng

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây quấn kích từ, dây quấn kích

từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủyếu

d) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn

so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễdàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượngđiều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Từ phương trình tính tốc độ:

Suy ra: để điều chỉnh có thể:

- Điều chỉnh Uư

- Điều chỉnh Rư bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng.

- Điều chỉnh từ thông Φ của phần ứng

 Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm R p

Mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, từ công thức tính tốc độ động cơ suy ra Rư tăng

lên, suy ra giảm, độ dốc của đường đặc tính giảm Các đường 1, 2 là đường đặc tính

sau khi tăng Rư, đường TN là đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu (Hình 2.14) ω

Hình 2.14 Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng dothêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế

 Điều chỉnh từ thông của phần ứng

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh

thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới hạn của việc thay

đổi từ thông Nhưng theo công thức trên khi Φ thay đổi thì moment, dòng điện I cũngthay đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển và moment tải Do đó, phươngpháp này cũng ít dùng

 Điều khiển điện áp phần ứng

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện mộtchiều bằng điện áp:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ

Trong đó thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng.Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phươngtrình:

Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi, còntốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uư của hệ thống,

do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để

Đặc tính thu được khi điều khiển là một họ đường thẳng song song

2.2.2 Băng chuyền

a) Giới thiệu chung về băng chuyền

Băng chuyền thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệurời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất các thiết bịnày được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ,trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên cáctrạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu

b) Ưu điểm của băng chuyền

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo cáchướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang và nằm nghiêng

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảodưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vậnchuyển khác không lớn lắm

c) Cấu tạo chung của băng chuyền

Cấu tạo chung của băng chuyền (Hình 2.15)

Hình 2.15 Cấu tạo chung của băng chuyền

(1) – Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

(2) – Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

Ngoài ra còn có hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) nằm dưới bộ phận kéo có tácdụng làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc.

Trong thực tế, tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại sản phẩm, các

hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau Do đó băng chuyềncũng cần có kích thước khác nhau sao cho phù hợp với hệ thống phân loại Nhận thấythực tiễn đó, nhóm đồ án sẽ thiết kế và thi công một mô hình nhỏ nhưng có chức nănggần tương tự như ngoài thực tế, đó là: Tạo ra một băng chuyền để vận chuyển sảnphẩm, phân loại sản phẩm theo kích thước đã đạt trước

bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình Nói một cách ngắn gọn PLC là một máytính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình

b) Giới thiệu về PLC

Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC ra đời đầu tiên năm 1968(Công ty General Moto – Mỹ) Tuy nhiên hệ thống này còn khá đơn giản và cồngkềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống, vì vậy quanhiều năm cải tiến và phát triển không ngừng khắc phục những nhược điểm còn tồn tại

để có được bộ điều khiển PLC như ngày nay, đã giải quyết được các vấn đề nêu trênvới các ưu việt như sau:

- Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển

- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình

tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển…

Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hang PLC khác nhau cùng pháttriển như hang Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen…và có nhiều hãng nữanhưng chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản chỉ có vài điểm khác biệt với từngmặt mạnh riêng của từng ngành mà người sử dụng sẽ quyết định nên dùng hãng PLCnào cho thích hợp với mình.

c) Lợi ích của việc sử dụng PLC

Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với

sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra…), mà không phải thayđổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khiđổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển relay…) khả năng chuyển đổi hệđiều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để lưu truyền dữ liệu điều khiển lẫnnhau), hệ thống điều khiển linh hoạt hơn

• Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC:

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuấttrong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơngiản, chỉ có khả năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnhvực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong sản xuất Cáclĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống dẫn

khiển nhiệt độ lò kim loại…

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ, quá trình cáng, quá trìnhgia nhiệt…

khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy

kiểm soát quá trình sản xuất, đóng gói…

lượng

cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ)

d) Ưu nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC

 Ưu điểm của PLC:

Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:

- PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình.

bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện vàgiải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thểnhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây Như thế, người lậptrình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình

- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộđiều khiển bằng rơ le

sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơ le tiếp điểm và không tiếp điểm

- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hànmạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơ le, thì ở PLC những công việc đó đơn giảnđược thực hiện bởi chương trình

dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơ le trước đây

cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơ le tiếp điểm

 Nhược điểm của PLC:

trình khác nhau, đẫn dến thiếu tính tống nhất toàn cục về hợp thức hóa

bằng phương pháp rơ le

e) Cấu trúc của PLC

Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, bao gồm: bộ xử lý, bộ nhớ,

bộ nguồn, giao diện nhập/xuất (I/O), và thiết bị lập trình

 Bộ xử lý của PLC:

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý,biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trìnhđược lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạtđộng đến các thiết bị xuất

Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ:

điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng

của người dung

trạng thái của các thiết bị nhập xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn các bộ đếm vàcác thiết bị nội vi khác RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi

Thực chất PLC hoạt động như một máy tính cá nhân nghĩa là phải có bộ vi xử

lý, hệ điều hành, bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển, dữ liệu, có cổng vào ra đểgiao tiếp với các thiết bị bên ngoài Bên cạnh đó PLC còn có các bộ Counter, Timer đểphục vụ bài toán điều khiển

f) Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC

Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ

vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/xuất CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt độngbên trong của PLC Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng

từ 1 đến 8 MHz Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thờigian và đồng bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống Thông tin trong PLC đượctruyền dưới dạng các tín hiệu digital Các đường dẫn bên trong truyền các tín hiệudigital được gọi là Bus Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyền các tín hiệu điện Bus cóthể là các vệt dây dẫn trên bảng mạch in hoặc các dây điện trong cable CPU sử dụngbus dữ liệu để gửi dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truycập dữ liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt độngđiều khiển nội bộ Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông giữa các cổng và thiết

bị nhập/xuất

Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ xử lý Nói chung CPU bao gồm:

- Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán

số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic AND, OR, NOT

- Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được dùng để lưu trữ thông tinliên quan đến sự thực thi của chương trình Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiểnchuẩn thời gian của các phép toán

Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC Thông tin đượctruyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0 tương tựcác trạng thái ON/OFF của tín hiệu nào đó Thuật ngữ từ được sử dụng cho nhóm bittạo thành thông tin nào đó Vì vậy một từ 8 bit có thể là số nhị phân 00100110 Cả 8bit này được truyền thông đồng thời theo dây song song của chúng Hệ thống PLC cóbốn loại bus:

+ Bus dữ liệu: tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU Bộ xử lý

8 bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác với các số 8 bit, có thể thực hiện các phéptoán giữa các số 8 bit và phân phối các kết quả theo giá trị 8 bit

+ Bus địa chỉ: được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ nhớ Nhưvậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí bộ nhớ được gắn vào một địachỉ duy nhất Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được được lưu trữ ở vịtrí nhất định để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địachỉ sẽ được truy cập Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8 bit, hoặc số lượng

65536

+ Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để điềukhiển Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất

dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hóa các hoạt động

+ Bus hệ thống: được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và cácthiết bị nhập/xuất

2.3.1.2 Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200

a) Giới thiệu chung

Simatic S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình của hãng SIEMENS (Cộnghòa Liên bang Đức) Simatic S7-200 rất linh hoạt và hiệu quả do các đặc tính sau:

từng ứng dụng

thể mở rộng đến bảy modul Bus nối tích hợp trong modul ở phía sau