Đồ án điều khiển tự động xây dựng mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động

Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải LỜI NÓI ĐẦU Đối với mỗi kĩ sư cơ khí, việc thiết kế các chi tiết cơ khí, cơ cấu cơ khí, đến các các cụm máy thực hiện các công việc phục vụ cuộc sống là hết sức thú vị, và sẽ tuyệt vời hơn nếu chúng ta tự động hóa các cơ cấu cơ khí đó giúp máy móc thông minh và hoàn thiện hơn trong từng công việc Trong tất cả các học phần của chương trình đào tạo, học phần thiết kế hệ thống điều khiển tự động yêu cầu mỗi sinh viên ngành cơ khí bên cạnh việc thiết kế ra các cơ cấu cơ khí còn phải biết thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho chúng Là học phần duy nhất , nếu không kể học phần đồ án tốt nghiệp, sinh viên tự làm ra một bản demo mô hình máy Là học phần tổng hợp kiến thức của nhiều môn học quan trọng liên quan, nhất là: Truyền động thủy lực khí nén, Chi tiết máy, kĩ thuật điều khiển và lập trình PLC, nguyên lý máy…áp dụng chúng vào thực tế trên cơ sở chế tạo mô hình Đây là lần đầu tiên chúng em trực tiếp áp dụng kiến thức vào việc chế tạo mô hình máy, còn thiếu kinh nghiệm và hiểu biết, quá trình công việc muốn thành công còn nhờ rất nhiều vào sự hướng dẫn của quý thầy cô tận tâm hướng dẫn Xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô đã, đang và sẽ dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho chúng em và thầy Trần Ngọc Hải, giáo viên trực tiếp hướng dẫn đề tài Đà Nẵng, Ngày 10 tháng 03 năm 2016 Sinh Viên Thực Hiện Nguyễn Văn Điệp Võ Hồng Long SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 1 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải MỤC LỤC Trang Chương 1: Tổng Quan Đề Tài I.1 Giới Thiệu Đề Tài I.2.Cơ Sở Lý Thuyết Ứng Dụng 3 3 4 Chương 2: Thiết Kế Nguyên Lý Máy II.1.Phân Tích Và Chọn Phương Án Thiết Kế II.2.Thiết Kế Động Học 5 5 5 Chương 3: Thiết Kế Kết Cấu III.1.Tính Toán Công Suất III.2.Tính Toán Các Cơ Cấu Chính Của Máy 9 9 12 Chương 4: Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển IV.1.Cơ Sở Lý Thuyết Ứng Dụng Cho Đề Tài IV.2.Lựa Chọn Thiết Bị Điều Khiển IV.3 Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển 16 16 16 23 SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 2 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I.1.Giới Thiệu Đề Tài: I.1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, trong các nhà máy xí nghiệp không thiếu những dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao năng suất đáp ứng nhu cầu nhà sản xuất và người tiêu dùng Là một kĩ sư cơ khí, công việc sau này có thể làm việc trong những nhà máy như vậy, hoặc tự mình chế tạo sản xuất cung ứng các dây chuyền sản xuất đó cho nhà sản xuất trong nước giảm nguồn nhập khẩu để ngày càng tự chủ hơn về mặt công nghệ Do đó việc tìm hiểu các dây chuyền sản xuất trong thực tế là hết sức cần thiết Bước đầu tiếp cận, chúng em hướng vào dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động, để hiểu hơn về nguyên lý, cách hoạt động cũng như cách điều khiển Làm tiền đề cho các nghiên cứu về sau có chiều sâu và rộng hơn I.1.2 Mục Tiêu Đề Tài: Hiểu và nắm được các kết cấu cơ khí, nguyên lý hoạt động của các kết cấu cơ khí của dây chuyền sản xuất Hiều và nắm được nguyên tắc điều khiển của dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động trên cơ sở đó thành lập sơ đồ điều khiển bằng điện-khí nén Làm quen với công việc thiết kế và chế tạo máy, thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống Làm quen với các thiết bị điều khiển, nắm vứng hơn về khả năng ứng dụng của mỗi thiết bị Là bước đầu tiên, giúp bản thân có kinh nghiệm hơn trong các công việc thiết kế - chế tạo sau này Bên cạnh đó, rèn luyện tác phong làm việc có kế hoạch, hoàn thiện bản thân I.1.3 Nội Dung Đề Tài: Tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý hoạt động của nút nhấn, các van điện từ, cảm biến quang, relay thời gian, relay, công tắc hàng trình, động cơ điện DC, xylanh Nghiên cứu kết cấu cơ khí thích hợp cho bản demo dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động, bên cạnh đó nghiên cứu giải thuật điều khiển và thiết kế hệ thống điều khiển bằng điện-khí nén I.1.4.Giới Hạn Đề Tài: Đề tài hướng đến xây dựng mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động song cũng chỉ dừng lại ở mức đồ án môn học, và sẽ làm cơ sở cho những dự án phát triển đề tài về sau để đề tài ngày càng gần với các hệ thống thực tế trong sản xuất Mô hình thực hiện chiết rót và đóng nắp kiểu chai: SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 3 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải I.1.5 Ý Nghĩa Khoa Học Và Thực Tiễn Của Đề Tài: Đề tài có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cơ bản trong lĩnh vực chiết rót, đóng nắp chai tự động I.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG: I.2.1 Phần Kết Cấu Cơ Khí: Kết cấu cơ khí dựa trên việc tham khảo các kết cấu ứng dụng trong các dây chuyền trong thực tế, các tài liệu về thiết kế hệ thống tương tự trên tinh thần học hỏi, kế thừa và phát triển đề tài Bên cạnh đó căn cứ vào những hiểu biết của bản thân trong các vấn đề: Nguyên lý máy, chi tiết máy, sức bền vật liệu để tính toán và thiết kế các cơ cấu cơ khí thực hiện nhiệm vụ chiết rót và đóng nắp chai Ứng dụng các phần mềm thiết kế: Autocad, Solidwork, để tính toán và thiết kế các kết cấu cơ khí của máy I.2.2.Phần Điều Khiển: Dựa trên phương pháp điều khiển bằng điện - khí nén, điều khiển logic, Lý thuyết về truyền động thủy lực khí nén và kĩ thuật điều khiển và lập trình PLC để lựa chọn phương pháp điều khiển và thiết kế mạch điện điều khiển Ứng dụng các phần mềm mô phỏng để mô phỏng quá trình điều khiển : Automation Studio ứng dụng trong việc mô phỏng mạch điện – khí nén SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 4 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN GVHD: Trần Ngọc Hải Page 5 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải CHƯƠNG II: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY II.1.PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: II.1.1.Phương Án Rót Nước Và Đóng Nắp Theo Đường Thẳng: Nguyên lý cơ bản: Chai di chuyển theo phương thẳng nhờ băng tải, khi đến vị trí rót nước và đóng nắp chai trên băng tải ngừng lại Khi kết thúc quá trình chai di chuyển về vị trí kết thúc Ưu điểm: + Kết cấu máy đơn giản, dễ chế tạo + Giá thành không cao Nhược điểm: +Tốc độ chậm +Quá trình làm việc không liên tục +Hiệu suất làm việc thấp II.1.2.Phương Án Rót Nước Và Đóng Nắp Theo Đường Tròn: Nguyên lý cơ bản: Chai di chuyển theo phương thẳng nhờ băng tải, khi đến vị trí rót nước và đóng nắp chai trên cung tròn thì ngừng lại Khi kết thúc quá trình chai di chuyển theo băng tải thứ 2 về về vị trí kết thúc Ưu điểm: + Tốc độ làm việc cao nên hiệu suất cao hơn + Quá trình làm việc liên tục Nhược điểm: + Kết cấu máy phức tạp hơn + Giá thành cao Với những phân tích như trên ta chọn Phương Án Rót Nước Và Đóng Nắp Theo Đường Tròn II.2.THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC: II.2.1.Cơ cấu cấp chai: SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 6 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Trong đó: 1 Băng tải 2 Đĩa quay cấp chai Chai được chứa trong đĩa quay, sẽ được dẫn đến bang tải và đi vào đĩa quay để tiến hành chiết rót nước và đóng nắp chai Tốc độ quay của đĩa cấp chai điều chỉnh phù hợp với tốc độ làm việc của đĩa quay chính, và chai không bị nghiêng ngã Tốc độ băng tải phải đảm bảo chai vận chuyển trên băng tải ko quá nhanh, phù hợp với tốc độ làm việc của đĩa chính, đồng thời đảm bảo chai không bị nghiêng ngã trong quá trình vận chuyển Tốc độ băng tải yêu cầu về mặt lý thuyết: v = 0.2 (m/s) Tốc độ đĩa cấp chai: n = 10 vòng/phút II.2.2.Cơ Cấu Cấp Nắp SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 7 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Trong đó: 1 Vị trí nắp rơi xuống chai cần đóng 2 Xylanh đóng nắp 3 Xylanh cấp nắp 4 Ống chứa nắp Nắp chai được chứa trong ống cấp chai, khi xylanh lùi về đến hết hành trình nắp trong ống dưới tác dụng của trọng lực sẽ rơi xuống đường dẫn nắp Nhờ cơ cấu xylanh đẩy nắp đến vị trí lỗ, nắp rơi xuống ngay trên miệng chai tiếp theo xylanh đóng nắp đi xuống đè chặt nắp vào chai Khi Xylanh đẩy nắp tịnh tiến đẩy nắp đến vị trí đóng, có cơ cấu thanh giữ song song với đường dẫn nắp giữ không cho nắp đi vào băng rãnh trượt Khi xylanh cấp nắp lùi về, thanh giữ lùi về, nắp rơi xuống đường dẫn nắp, mỗi lần chỉ có 1 nắp rơi xuống II.2.3.Cơ Cấu Dẫn Động Chai Quay Tròn : Để tiết kiệm không gian và tăng hiệu năng làm việc, bộ phận rót nước và đóng nắp chai được đặt trên 1 cung tròn, chai được dẫn động trên cung tròn nhờ vào đĩa mang chai Trên đĩa được chia làm 6 vị trí có thể mang chai, đĩa được dẫn động quay tròn và mang chai từ băng tải cấp chai đến nơi chiết rót nước và đóng nắp chai Để đĩa quay dừng đúng vị trí chiết rót và đóng nắp, ngoài việc gắn cảm biến SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 8 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải quang nhằm phát hiện để ngắt động cơ, do đĩa có quán tính nên có bộ phận giữ đĩa không bị vọt quá vị trí làm việc Để giảm bớt ảnh hưởng do quán tính của đĩa quay gây ra, chọn tốc độ quay của đĩa có giá trị vừa phải n =10 vòng/phút II.3 Bản Vẽ Nguyên Lý Chung: SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 9 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KẾT CẤU III.1.Tính Toán Công Suất: Các phần tử cần tính toán công suất: 2 động cơ băng tải và động cơ quay đĩa chính Áp suất khi nén cần thiết để các xylanh thực hiện được đóng nắp và hút nước a.Động Cơ Quay Đĩa Chính: Đĩa Chính có các thông số: + đường kính D= 30cm + khối lượng m = 0,5 kg, làm bằng vật liệu mica + Đĩa quay với tốc độ n =10 vòng/phút Xác định công suất truyền động cho đĩa để mang chai: 4.M x 2π n 21 N =( +L.ω )[W] η 60.η SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 10 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Trong đó: η η   là hiệu suất các bộ truyền động cơ khí, lấy = 0.98 Mx là momen xoắn, nó được xác định theo công thức M x = G fms R[N m ] = 1.0,1.0,15=0,015[N.m] G là trọng lượng của 1 chai, tổng có tối đa 4 chai trên đĩa, mỗi chai có khối lượng 100 gram, do đó G xấp xĩ 1N • fms là hệ số ma sát giữa tấm đỡ bằng gỗ và đáy chai, lấy fms = 0.1 • R là bán kính đĩa quay, R = 15 cm n là tốc độ quay của đĩa, n = 10 vòng/ phút L là momen động lượng của đĩa 2 L = I ω = 0, 0225.1, 05 = 0.024[ kg m / s ] •   I là momen quán tính đĩa quay 1 2 1 2 2 I = m.r = 0, 5.0, 3 = 0, 0225[ kg m ] 2 2 ω= ω 2π n 2π 10 = =1,05[rad / s ] 60 60 là tốc độ góc của đĩa Với Ta tính được công suất cần thiết trên trục đĩa quay mang chai: N =( 4.0, 015.2π 10 60.0, 98 2 1 + 0, 024.1, 05 ) = 0,1[W ] 0.98 Nhận thấy, Công suất cần thiết để quay đĩa mang phôi nhỏ do đĩa quay có khối lượng không đáng kể, nên ta có thể bỏ qua Thực tế ta chỉ cần tính toán và điều chỉnh về mặt động học để đạt được tốc độ đĩa quay theo yêu cầu, không cần quan tâm đến giá trị công suất Các thông số chủ yếu của động cơ được chọn để quay đĩa mang chai: + Điện áp định mức: U =24V + Công suất định mức: P =25W + Tốc độ đầu ra định mức: n =100 vòng/phút Để giảm tốc độ đầu ra động cơ, ta chọn giải pháp giảm điện áp cấp cho động cơ và mắc nối tiếp trở công suất, không sử dụng bộ truyền cơ khí để giảm tốc SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 11 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải b Động Cơ Quay Băng Tải: Băng tải có các thông số: + khoảng cách trục a = 50 cm + đường kính tang D = 30 mm + chiều dài tang l = 80 mm + bề rộng băng tải: B = 50mm + Chiều dài dây băng tải L = 130 cm, có cơ cấu căng đai + tốc độ băng tải v = 0.2 m/s + Băng tải được làm từ vật liệu tấm da mỏng có chiều dày 1mm Từ các thông số trên, ta cần tính chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu Bỏ qua khối lượng của tang Lực căng băng tải ban đầu: F0 = 20 N Lực căng phụ trên các nhánh băng tải do lực ly tâm khi băng tải vòng qua tang gây ra: Fv = qm v 2 Trong đó: + qm là khối lượng một mét dây đai, qm rất nhỏ, xấp xỉ bằng 0 + v là vận tốc dài của băng tải, v = 0.2 m/s Do đó, Fv được bỏ qua F λ +1 F0 = t + Fv 2 λ −1 Ta có: 2T 2T Ft = 1 = 1 D d1 Trong đó: + được gọi là lực vòng trên bánh dẫn SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 12 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động λ = e f α = e0,1.2π = 1,87 GVHD: Trần Ngọc Hải 1 + α1 : α1 = 2π là góc ôm trên bánh đai dẫn, f là hệ số ma sát thay thế( hệ số ma sát tương đương) giữa bánh đai và dây đai, f = 0.1 λ −1 1.87 − 1 Ft = 2 F0 = 2.20 = 12,1N λ +1 1.87 + 1 Suy ra: Suy ram omen xoắn cần thiết trên tang: D 0.3 T1 = Ft = 12,1 = 1,8[N m] 2 2 Xác định công suất truyền động cho tang: T v 1,8.0,2 N = 1 [W] = = 2, 7[W] 0,15.0,9 R.η Trong đó: η η + là hiệu suất truyền động của các bộ truyền cơ khí, lấy =0.9 + R là bán kính của tang, R = 0.15 (m) + v là vận tốc vòng của tang, v = 0.2(m/s) Nhận thấy công suất cần thiết N = 2.7 [W] có giá trị nhỏ Động cơ băng tải được sử dụng có các thông số chủ yếu: + Điện áp định mức: U = 24v + Công suất định mức P =15w + Tốc độ đầu ra định mức: n =200 vòng/phút Đáp ứng các yêu cầu về công suất cần thiết Chỉ cần quan tâm chú ý đến giảm tốc đầu ra động cơ để có vận tốc băng tải theo yêu cầu SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 13 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải III.2.Tính Toán Các Cơ Cấu Chính Của Máy: a Cơ Cấu Đĩa Chính: Đĩa Chính được làm bằng vật liệu mica, có chiều dày 5mm ( tận dụng từ nguồn hiện có) Được tạo 6 lỗ tại 6 vị trí cách đều nhau, là nơi mang các chai vào vùng làm việc Về cơ bản, kết cấu đĩa chính được thể hiện như hình dưới Cơ Cấu Cần Gạt nhằm mục đích giữ cho đĩa không quay lệch quá( do quán tính) vị trí làm việc đảm bảo dừng đúng vị trí làm việc để quá trình cấp nước và đóng nắp diễn ra không có lỗi Kết cấu đĩa chính có cơ cấu cần gạt vì do hạn chế của phương pháp điều khiển không thể dừng chính xác vị trí Đĩa Chính có kích thước: + đường kính D = 30 cm + dày h =5 mm + 6 vị trí mang chai có thể là hình cung tròn hoặc hình chữ nhật có kích thước phù hợp chai, có kích thước cụ thể thể hiện trên hình vẽ SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 14 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Để trong quá trình mang chai, chai không bị lệch đĩa chính đặt cao không quá bán chai Đồng thơi tốc độ quay của đĩa không quá nhanh đảm bảo chai vẫn giữ nguyên vị trí thẳng đứng không nghiêng ngã Tốc độ quay của đĩa : n =10 vòng/phút b.Cơ Cấu Cấp Nước: Cơ Cấu này hoạt động trên nguyên tắc một bình hút nước một chiều Đây là cơ cấu tự chế, mỗi lần xylanh lùi về nước được hút từ bể chứa vào bơm tiêm để chuẩn bị cho công đoạn rót nước vào chai Khi quá trình rót nước được tiến hành, xylanh tịnh tiến đẩy lượng nước trong bơm tiêm qua đường ống dẫn (3) đến chai tại vị trí rót Để điều chỉnh lượng nước hút từ bể dẫn đến chai, ta điều chỉnh vị trí công tắc hành trình a1( công tắc giới hạn chiều dài đi ra của xylanh) SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 15 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Với lượng nước cần cấp cho chai là 20 mm3 và hiệu suất hút nước của cơ cấu, bơm tiêm hút nước loại đường kính D = 30 mm Xác định được chiều dài thực tế cần thiết cho hành trình xylanh là 30 mm V = π R 2 l.η = 15cm3 Trong đó: + R là bán kính ống tiêm hút nước, R =15 mm + l là chiều dài hành trình xylanh cần thiết η η + là hiệu suất hút nước của cơ cấu hút nước Thực tế kiểm chứng ta có = 0.75 Ta xác định được hành trình xylanh cần thiết : l = 30 mm Trong đó: 1 Xylanh 2 Bơm tiêm hút nước 3 Ống dẫn nước ra 4 Lớp bọc cao su 5.Ống nối 6 Lớp bọc cao su 7 Ống hút nước từ bể 8 Bể nước c Cơ Cấu Băng Tải: SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 16 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Trong đó: 1 Tang Dẫn 2 Tang bị động 3 Cơ cấu căng băng tải +Khoảng cách trục a = 500 mm +Chiều dài tang: l =80 mm +Đường kính tang: D = 30 mm +Bề rộng băng tải B = 50 mm +Chiều cao Tai tang h = 10 mm Để dẫn hướng tốt cho chai, 2 bên băng tải có thanh chắn giới hạn bề rộng B tcủa băng tải là Bthực = 35 mm Chiều cao thành chắn: hthanhchan = (0.4 ÷ 0.5).hchai Trong đó: Suy ra: Lấy +hchai = 60 mm +hthành chắn = 24-30 mm + hthành chắn = 25 mm SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 17 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải d.Cơ Cấu Cấp Nắp: Trong đó: Vị trí nắp rơi xuống chai cần đóng Xylanh đóng nắp Xylanh cấp nắp Ống chứa nắp Nắp được đặt trong ống 4 thẳng đứng, dưới tác dụng của trọng lực nắp sẽ rớt xuống băng rãnh trượt khi xylanh lùi về cuối hành trình Mỗi lần chỉ có 1 nắp rơi xuống băng trượt Ống mang nắp (4) có các kích thước: +đường kính D = 25 mm + chiều dài l = 100 mm Bề rộng băng dẫn nắp B = 28 mm, có kích thước xấp xỉ đường kính nắp chai, để định hướng trượt cho nắp tốt 1 2 3 4 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN IV.1.Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Ứng Dụng Cho Đề Tài: Phương pháp điều khiển được sử dụng là Điện –Khí Nén Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 18 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Nhược điểm: + Phương pháp này chỉ thích hợp đối với các hệ điều khiển đơn giản, điều khiển logic đóng mở các relay để điều khiển đóng mở các van solenoid cung cấp khí cho các xylanh thực hiện hành trình Đóng mở động cơ thực hiện chuyển động cho các cơ cấu + Khó có thể điều khiển chính xác + Khó khan trong việc thay thế, sửa đổi chương trình Mỗi khi thay đổi chương trình phải thay đổi sơ đồ nối dây Với Ưu và nhược điểm kể trên song vẫn chọn phương pháp điều khiển này vì phạm vị giới hạn của đồ án môn học Do hạn chế của phương pháp và đề tài đồ án chọn có mang tính chính xác khá cao nên mô hình làm ra cũng có nhiều hạn chế IV.2.Lựa Chọn Thiết Bị Điều Khiển: a Giới thiệu về nguyên lý làm việc: + Cơ cấu chính của máy là 1 đĩa chính trung tâm có chuyển động xoay tròn quanh 1 trục Chai cần rót nước và đóng nắp được di chuyển đến đĩa chính thông qua bang tải + Chai được đĩa chính mang đi, đến vị trí A có gắn cảm biến hồng ngoại phát hiện chai, động cơ được ngắt điện và dừng Khi có tín hiệu cảm biến A, xylanh A thực hiện hành trình của mình hút nước từ bình chứa và đẩy đến cung cấp cho chai thông qua cơ cấu hút nước tự chế 1 chiều + Khi xylanh A thực hiện xong hà nh trình cấp nước của mình, động cơ được cấp điện và đĩa chính tiếp tục quay mang chai đến vị trí B có gắn cảm biến hồng ngoại B Tại đây, khi cảm biến có tác động, động cơ dừng, và tiến hành thực hiện quá trình đóng nắp Quá trình đóng nắp do 2 xylanh B và xylanh C thực hiện Xylanh B có nhiệm vụ lấy nắp từ cơ cấp cấp nắp đưa đến vị trí làm việc sau đó xylanh C thực hiện hành trình làm nhiệm vụ đóng nắp chai Khi 2 xylanh B và C thực hiện xong hành trình của mình, động cơ được cấp điện, đĩa chính quay mang chai đến Bằng tải 2 đưa chai ra ngoài + Chu trình cứ được thực hiện tương tự như trên Vị trí nào có tín hiệu cảm biến phát hiện chai, thì các xylanh được cấp khí thực hiện nhiệm vụ tương ứng tại vị trí đó b Các Phần Tử Điều Khiển Được Sử Dụng: Để thực hiện các nhiệm vụ trong phần nguyên lý của máy, loại trừ 2 động cơ băng tải hoạt động lien tục không cần điều khiển, còn lại có 3 xylanh A,B,C và 1 động cơ đĩa chính cần được điều khiển phối hợp để thực hiện nhiệm vụ rót nước và đóng nắp chai Bên cạnh 4 cơ cấu cần điều khiển, có 2 tín hiệu cảm biến quang x và y ở 2 vị trí rót nước và đóng nắp có nhiệm vụ phát hiện chai SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 19 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Xylanh A rót nước( a0 và a1 là 2 công tắc hành trình) Xylanh B cấp nắp( b0 và b1 là 2 công tắc hành trình) Van điện từ được sử dụng ở đây là loại van solenoid 5/2 1 nam châm, điện áp kích cuộn dây là 24V SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 20 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Vì các cơ cấu dùng xylanh không yêu cầu lực tác động lớn nên loại xylanh được sử dụng có đường kính cỡ nhỏ, chiều dài hành trình 50mm Van tiết lưu để điều chỉnh tốc độ của xylanh SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 21 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Đây là modul hồng ngoại, được sử dụng làm cảm biến phát hiện chai ở các vị trí rót nước và đóng nắp Cảm biến hoạt động ở mưc điện áp 5V, khi có tín hiệu trả về mức điện áp 0V Vì relay điều khiển động cơ là relay 24V nên ta dung them module relay 5v để cách nguồn cho cảm biến Đây là Modul relay 5V 5 chân, nhận tín hiệu trực tiếp từ cảm biến để đóng mở các tiếp điểm, rồi từ modul này đóng mở relay 24V điều khiển động cơ Động cơ kéo băng tải lựa chọn ở đây là loại động cơ DC 24V, công suất 15w, tốc độ không tải đầu ra là 200 vòng/phút( Đã qua giảm tốc) Động cơ này SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 22 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải được cấp điện hoạt động mỗi khi máy được cấp nguồn hoạt động Tổng cộng có 2 động cơ kéo băng tải Động cơ quay trục chính được lựa chọn ở đây là loại động cơ DC 24V công suất 20W, có giảm tốc lớn để tốc độ đầu ra nhỏ đáp ứng sai lệch vị trí mỗi lần đóng ngắt động cơ, động cơ dừng đúng vị trí cần thiết Bên cạnh chọn loại động cơ có giảm tốc, đồng thời giảm điện áp cung cấp cho động cơ ( cấp điện áp cho động cơ bằng 6V) và gắn trở công suất để hạn dòng đã cho tốc độ động cơ vừa phải xấp xỉ n = 10 (vong/phút) đáp ứng được nhu cầu điều khiển chính xác vị trí dừng của đĩa chính một cách tương đối SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 23 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Loại relay được sử dụng là relay 24V 8 chân và 14 chân: Sơ đồ chân relay 8 chân và 14 chân: SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 24 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Relay 8 chân ta có thể sử dụng cho 2 tiếp điểm: 2 thường đóng hoặc 2 thường hở hoặc 1 thường đóng 1 thường hở Đối với các tiếp điểm có từ 3 -4 lần xuất hiện trong mạch điện điều khiển, ta dùng relay 14 chân, loại relay này có 4 cặp tiếp điểm tức có thể sử dụng tối đa cho 4 tiếp điểm trong mạch điện điều khiển Nguồn Cấp Động Cơ: + Cảm biến hồng ngoại hoạt động ở mức điện áp 5V, cần độ phẳng của điện áp tốt để cảm biến hoạt động tốt nên ta sử dụng thiết bị: sạc điện thoại 5V để cấp nguồn cho 2 cảm biến hồng ngoại + Các relay và các van solenoid hoạt động ở mức điện áp 24V, động cơ hoạt động ở mức điện áp 6V nên ta sử dụng biến áp và mạch cầu Diode để chỉnh lưu tạo dòng DC 24V và 6V cung cấp Loại Biến Áp được sử dụng là Biến Áp 5A có 6 ngõ ra: 6V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 25 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải Diode Cầu để chỉnh lưu dòng AC thành DC Sơ Đồ Mạch Cầu Để Chỉnh Lưu AC thành DC c.Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: Tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách giảm điện áp cấp cho động cơ và gắn trở công suất, cụ thể thực tế sử dụng: + Cấp điện áp 6V từ biến áp cho động cơ + Sử dụng điện trở công suất R =100W, 1W Đã giảm được tốc độ động cơ xuống mức xấp xĩ n =10 vòng/phút Song momen quay đĩa mang chai vẫn được đảm bảo đủ 4.3.Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển: Từ Nguyên lý hoạt động của máy ta tiến hành xấy dựng lưu đồ thuật toán điều khiển, Từ đó xây dựng sơ đồ mạch điện điều khiển và sơ đồ nối dây Chú Thích: + A: Tín hiệu điều khiển van solenoid A + B: Tín hiệu điều khiển van solenoid B + C: Tín hiệu điều khiển van solenoid C + M: Tín hiệu điều khiển động cơ đĩa chính + N1 và N2 là 2 tín hiệu điều khiển động cơ quay băng tải SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 26 Đồ Án TK HT Điều Khiển Tự Động GVHD: Trần Ngọc Hải + x: tín hiệu phản hổi của cảm biến quang phát hiện chai ở vị trí rót nước + y: tín hiệu phản hổi của cảm biến quang phát hiện chai ở vị trí đóng nắp + ao và a1; b0 và b1; c0 và c1 lần lượt là công tắc hành trình của 3 xylanh lanh A,B và C SVTH: Nguyễn Văn Điệp - Võ Hồng Long - 12C1B/C-BKĐN Page 27