thiết kế mô hình xếp chai vào thùng tự động

+ PLC nhận tín hiệu từ cảm biến, khi đếm đủ 3 chai PLC đưa tín hiệu ra điều khiển xi lanh điều khiển các hoạt động tiếp theo+ Khi đếm đủ 3 chai Xi lanh A nhận tín hiệu từ PLC đẩy tới chặ

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong sản xuất đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện loại điều khiển khả trình

Để sử dụng công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình, các phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động giảm được sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao, đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội

Trong quá trình thực hiện còn khó khăn và thời gian hạn hẹp và nó liên quan đến nhiều vấn đề phần cơ trong dây chuyền Mặt dù đã cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự góp ý của thầy cô để đồ án này được hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Trần Phúc Ngụ

Phạm Văn Lương

Mục lục Phần 1:PHÂN TÍCH CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

I: Nhiệm vụ thiết kế:………2

II : Phân tích lựa chọn phương án của hệ thông điều khiển………3

1 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế:……… 3

2.Thông số kỹ thuật của hệ thống:………4

3.Thiết kế sơ đồ động học:……….5

4 Phân tích lựa chọn hệ thống điều khiển:……… 7

Phần II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG……….11

1.Thiết kế kết cấu hệ thống truyền động:……… 11

2.Thiết kế hệ thống điều khiển tự động: a) Phân tích lựa chọn các phần tử điều khiển……… 14

b) Thiết kế mạch điều khiển:……….17

c) Quy trình làm việc của hệ thống………19

3 Chương trình trên Step 7 Win/NC………20

PHẦN I:

PHÂN TÍCH CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Đề tài lựa chọn:

Trong đồ án này, đề tài nhóm chúng em lựa chọn là thiết kế mô hình xếp

chai vào thùng tự động Mô hình mô tả quy trình xếp chai vào thùng trước khi

đóng gói hoàn thành sản phẩm

II : Phân tích lựa chọn phương án của hệ thông điều khiển.

2 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế:

a) Chọn phương án dẫn động

Để dẫn động chai dịch chuyển ta sử dụng băng tải bao gồm các bộ phận: động cơ điện có gắn hộp giảm tốc trực tiếp, vải quấn băng tải và có thêm bộ truyền xích để truyền động giữa hai trục cách nhau Đây là phương án dẫn động được ứng dụng phổ biến và hoạt động rất hiệu quả đảm bảo yêu cầu kĩ thuật cũng như giá thành hợp lí Ở phạm vi thiết kế mô hình thì băng tải là một giải pháp công nghệ hay để sinh viên biết thêm về thực tế ứng dụng của băng tải

b) Phương án đếm chai:

+ Phương án đếm số chai : ta dung một cảm biến vật thể để điếm số chai trước

khi chuyển sang cơ cấu kẹp

+ PLC nhận tín hiệu từ cảm biến, khi đếm đủ 3 chai PLC đưa tín hiệu ra điều khiển xi lanh điều khiển các hoạt động tiếp theo

+ Khi đếm đủ 3 chai Xi lanh A nhận tín hiệu từ PLC đẩy tới chặn không cho các chai tiếp theo tiếp tục, lúc này công tắc hành trình 2 ở xi lanh A được tác động đưa tín hiệu về PLC, lúc này PLC phát tín hiệu điều khiển xi lanh B đẩy các chai tới vị trí của

cơ cấu kẹp

+ Các phần tử cần dùng trong phương án:

• Cảm biến: ta dùng cảm biến để nhận biết số chai chạy trên bang tải

• 2 Xi lanh khí nén: đầu của xi lanh ta gắn vào một khối vuông để chặn cũng như đẩy chai

• Công tắc hành trình: đặt ở đàu và cuối hành trình của xi lanh

Đây là phương án đơn giản vì sử dụng ít cơ cấu chấp hành Kết cấu ở đây cũng không cần độ cứng vững cao vì chi dùng để định vị

c) Chọn phương án kẹp chai:

Hiện nay có nhiều phương án thực hiện đóng nắp hiện đại với các cơ cấu đóng chính xác Nhưng do trong mô hình nhỏ và không đủ điều khiện để thực hiện nên ta chọn phương án dùng sau để có thể đóng nắp Dùng một xi lanh kết hợp với cơ cấu kẹp chai

Các phần tử trong cơ cấu:

• Xi lanh khí nén: xi lanh đẩy phần di động của cơ cầu kẹp, xi lanh duỗi thẳng khi chưa kẹp chai và đóng lại khi đủ 9 chai trong cơ cấu

2.Thiết kế sơ đồ động học:

Sơ đồ động học

1: Băng tải

2: Xi Lanh E kéo cơ cấu sang ngang

3: Xi Lanh D kéo cơ cấu kẹp theo phương đứng

4: Xi Lanh C cơ cấu kẹp

5: Xi Lanh B đẩy chai

6: Xi Lanh A chặn chai

7: Động cơ

4 Phân tích lựa chọn hệ thống điều khiển:

Hệ thống điều khiển trong đồ án này có thể dùng bộ điều khiển lập trình PLC và

vi điều khiển Nhưng nhóm em chọn điều khiển bằng PLC bởi vì bộ khả lập trình PLC đúng với yêu cầu ứng dụng của môn học vào đồ án môn học này và thích hợp với chuyên ngành của em đang học Mặt khác bộ khả lập trình PLC đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong sản xuất công nghiệp nên chúng em muốn ứng dụng nó vào mô hình đồ án môn học để tìm hiểu sâu hơn và biết cách lập trình PLC nhằm phục vụ cho công việc sau này khi ra trường

a Giới thiệu về cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC:

a 1 ) Cấu trúc:

Một hệ thống điều khiển lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử

lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit : CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra

(I/0)

Hình 1.1 : Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình

Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộnhớ

và hệ thống nguồn cung cấp Hình 1.2 mô tả ba phần cấu thành một PLC

Hình 1.2 : Sơ đồ khối tổng quát của CPU

a2) Hoạt động của một PLC:

Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất /nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, công tắc, tín hiệu

từ động cơ …) Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua Module xuất ra các thiết bị được điều khiển Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc trạng thái của thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình trong bộ nhớ như sau: một bộ đếm chương trình sẽ nhặt lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa

ra thanh ghi lệnh để thi hành Chương trình ở dạng STL (StatementList – Dạng lệnh liệt kê) sẽ được dịch ra ngôn ngữ máy cất trong bộ nhớ chương trình Sau khi thực hiện xong chương trình, CPU sẽ gởi hoặc cập nhật (Update) tín hiệu tới các thiết bị, được thực hiện thông qua module xuất Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở ngõ vào, thực hiện chương trình và gởi cập nhật tín hiệu ở ngõ ra được gọi là một chu kỳ quét (Scanning)

Trên đây chỉ là mô tả hoạt động đơn giản của một PLC, với hoạt động này

sẽ giúp cho người thiết kế nắm được nguyên tắc của một PLC Nhằm cụ thể hóa hoạt động của một PLC, sơ đồ hoạt động của một PLC là một vòng quét (Scan) như sau:

Hình 1.3 :Một vòng quét của PLC.

Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program execution) PLC khi cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu hiện nay không được truy xuất tức

thời để đưa ra (Update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra (ON/OFF) phải theo hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các bước logic tương ứng ở ngõ ra trong “chương trình nội” (đã được lập trình), các bước logic này sẽ chuyển đổi ON/OFF Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “that” (tức tín hiệu được đưa ra tại modul out) vẫn chưa được đưa ra Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và

cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…) Vi

xử lý có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý coi như không có tín hiệu này Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành “là các hệ thống cơ khí nên có tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng của dây chuyền sản xuất Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn

lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho

hệ thống điều khiển bằng rơ le do các nguyên nhân sau:

- Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động

- Có độ tin cậy cao

- Khoản không lắp đặc thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích

- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao

- Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi dễ dàng

- Thay đổi trình tự điều khiển một cách thường xuyên

- Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất

Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cổ điển (rơle, contactor

…) Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai

PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

`Ưu điểm của bộ truyền xích

- Bộ truyền xích có khả năng tải cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn so với

- Hiệu suất truyền động cao hơn đai

Nhược điểm của bộ truyền xích

- Bộ truyền xích có vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định

- Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn

- Yêu cầu chăm sóc, bôi trơn thường xuyên trong quá trình sử dụng

- Bản lề xích mau bị mòn, và có quá nhiều mối ghép, nên tuổi thọ không cao

Kết Luận

Mỗi bộ truyền đều có ưu và nhược điểm của nó Nhưng dựa trên kết cấu của

mô hình đã làm em chọn bộ truyền xích Với bộ truyền xích vì khả năng tải cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn, hiệu suất truyền động cao hơn…Trong khối băng tải ta sử dụng bộ truyền xích để truyền động từ động cơ đến trục tang, ngoài những lí do đã phân tích ở trên còn có một số nguyên nhân sau:

- Dễ kiếm đối với sinh viên

Lực đẩy:

Ta chọn xylanh 2 chiều,1 pittong khi đó lực tác động là:

Q=π .η4

2

p D

* Van điều khiển:

Van điều khiển ta chọn van 5/2 tác động nam châm điện Chọn van VZ1120 có ký hiệu như hình vẽ Các thông số của van là:

Hình 22: Ký hiệu van khí nén 5/2

Áp suất làm việc: 0,15 – 0,7 Mpa.

2.Thiết kế hệ thống điều khiển tự động:

a) Phân tích lựa chọn các phần tử điều khiển:

- Cảm biến quang: dùng để đếm số chai cần thiết trước khi xi lanh đẩy

chai vào cơ cấu kẹp.Mỗi lần chai đi qua cảm biến tín hiệu được đưa về bộ điều khiển, khi đếm tới 3 thì bộ điều khiển cho tín hiệu ra rơ le để điều khiển van đẩy chai về phía kẹp

Thông số kĩ thuật của cảm biến E3F-DS10C4

+ Hình trụ Ø18, dài 65mm ,Nguồn cấp 10~30VDC

+ Nhiều chế độ: thu phát chung, phản xạ gương, thu phát riêng

+ Ngỏ ra transistor Open Collector PNP, PNP-NO 100mA

+ Chế độ làm việc Light-ON/Dark-ON lựa chọn qua đấu nối dây

+Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra, cấp nguồn ngược cực

+ Hình trụ Ø18, dài 65mm, nhiệt độ làm việc -25~550C

+ Sử dụng LED hồng ngoại bước sóng 950nm, thời gian đáp ứng 2.5ms+ Vỏ bọc bằng ABS (Acrylonitril Butadiene Styrene), độ kín đạt IP67+ Kiểu đấu nối: dây dài 2m hoặc connector

- Hệ thống công tắc hành trình: để nhận biết tín hiệu của các xi lanh đã đến

được vi trí làm việc xác định ta chọn công tắc hành trình

Khi có tác động lên công tắc hành trình, tín hiệu sẽ được đưa về bộ điều khiển để xử lý

- Các rơle điện: nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện có trong hệ

thống cũng như đảo chiều van xi lanh khí nén

Bộ điều khiển PLC : để đảm bảo máy hoạt động chính xác, không bịnhiễu

bởi các tín hiệu xung quanh ta dùng bộ PLC Trong hệ thống ta dùng bộ PLC S7-200

b Thiết kế mạch điều khiển:

Hệ thống điều khiển của mô hình tự động sử dụng thiết bị PLC S7-200 với hệ thống điều khiển bằng rơle gồm có các phần tử sau: 1 nguồn biến áp 2 đầu ra 9V và 24V, 1 động cơ loại 24V để dẫn động băng tải, 10 công tắc hành trình để truyền tín hiệu cho các bước thực hiện tiếp theo và thông báo kết thúc bước , 1 cảm biến quang để nhận biết chai, 5 rơ le để điều khiển van khí nén , 2 nút ấn START, STOP và thiết bị PLC S7-200

3.Quy trình làm việc của hệ thống:

Ban đầu nhấn start băng tải bắt đầu chạy đưa chai chạy trên băng,khi chai tiến tới cảm biến quang, cảm biến nhận tín hiệu đưa về PLC xử lý, khi đếm đủ 2 chai PLC phát tín hiệu điều hiển đến xi lanh 1, mở van đẩy tới ngăn không cho chai tiếp tục đưa tới, khi xi lanh đi tới chạm công tắc hàn trình 7, PLC nhận tín hiệu kích xi lanh 2 đẩy tới chạm công tắc hành trình 6, xi lanh lập tức lùi về, tới khi chạm công tắc hành trình 5 thì xi lanh 1 lùi về, tiếp tục 2 lượt như thế đến khi bộ đếm PLC đếm đến 2 thì xi lanh 5 lùi về kẹp chai lại, đồng thời chạm công tắc hành trình 9, xi lanh 4 lập tức lùi về đưa cơ cấu kẹp chai đi lên chạm công tắc hành trình 3, xi lanh 3 mang cơ cấu kẹp lùi về, chạm công tắc hành trình 4 thì xi lanh 4 duỗi ra chạm công tắc hành trình 2, xi lanh 5 duỗi thằng thả chai xuống thùng chạm công tắc hành trình 10, xi lanh 4 lùi vvề chạm công tắc hành trình 3 thì xi lanh 3 duỗi thẳng chạm công tắc 2 tiếp tục chu trình

Chương trình trên Step 7 Win/NC

KẾT LUẬN

Tuy thời gian có hạn hẹp, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Bùi Trương Vỹ cùng với sự cố gắng của nhóm, chúng em đã hoàn thành đồ

án của mình đúng theo thời gian qui định

Sau khi hoàn thành đồ án này, em cũng đã tìm hiểu và nắm vững

hơn kiến thức về PLC, về cảm biến quang và ứng dụng thực tế của chúng, có kinh nghiệm về thiết kế kết cấu cơ khí với các cơ cấu và bộ phận dẫn động đã học

Thông qua đề tài này, ta thấy PLC được ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất, đặt biệt trong lĩnh vực sản xuất cơ khí tự động

Cuối cùng, một lần nữa em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô giáo trong khoa cơ khí đã giảng dạy và cung cấp cho em nhiều kiến

thức quý báu trong quá trình em theo học tại trường

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bài giảng: Điều khiển thủy khí và lập trình PLC - Trần Ngọc Hải.

[2] Giáo trình: Hệ thống truyền động thủy khí - Trần Xuân Tùy và Trần Ngọc

Hải

[3] Thiết kế chi tiết máy (Tác giả :Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm)

Nhà xuất bản giáo dục - 1999

[4] Tính toán thiết kế hệ dẫn đông cơ khí - Trịnh Chất và Lê Văn Uyển.

[5] Giáo trình: Trang bị điện - Lê Tiến Dũng.

[6] Giáo Trình: Thiết bị nâng chuyển - Nguyễn Xuân Hùng.

[7] Hệ thống Cơ điện tử 2 – Trần Xuân Tùy