Thiết kế mô hình hệ thống phân phối gạo

Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất tự động Ngày nay, việc tự động hoá trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nângcao năng xuất lao động.. Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càngđòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình

Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội,

nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp Ngày nay, trình độ tự động hoá của mộtquốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó Chính vì lẽ đó mà việc pháttriển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết

Bởi vậy ngành tự động hoá đã được đào tạo kỹ lưỡng ở các trường Đại học, Caođẳng trên cả nước Sinh viên được đào tạo về các dây chuyền sản xuất tự động các cơcấu chấp hành cũng như các thiết bị điều khiển Việc tạo ra các sản phẩm tự động hoákhông những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng đượcphổ biến

Để cũng cố và bổ sung thêm những kiến thức đã học và để áp dụng những kiếnthức đó vào thực tế chúng em đã được nhận và thực hiện đồ án môn học với đề tài

“Thiết kế mô hình hệ thống phân phối gạo”.

Việc hoàn thành đề tài của chúng em sẽ không tránh được những sai lầm thiếusót Em rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra đượckinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Trương Vỹ đã tận tình hướng dẫn và

giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

1 Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất tự động

Ngày nay, việc tự động hoá trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nângcao năng xuất lao động Hệ thống sản xuất tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãitrong các phân xưởng, nhà máy Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử, cùng vớiviệc ra đời của các linh kiện điện tử, chúng đã được áp dụng trong hệ thống cơ khí và

từ đó các loại máy móc tự động ra đời

Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những thập

kỷ đầu của thế kỷ 20 chế tạo các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và cácđường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối.Cũng trong thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một môn khoahọc về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống

có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá các quátrình sản xuất vào công nghiệp

Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hànhrộng rãi tự động hoá trong sản xuất loạt nhỏ Điều này phản ánh xu thế chung của nềnkinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ vàhàng khối thay đổi Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các ngànhkhoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối củathế kỷ 20 đã có sự thay đổi sâu sắc Sự xuất hiện hàng loạt các công nghệ mũi nhọnnhư kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình(Visual Manufacturing), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệNanô đã cho phép thực hiện tự động hoá toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối

mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đãliên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện hàngloạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển

số, các trung tâm gia công,các hệ thống điều khiển bằng lôgic PLC, các hệ thống sảnxuất linh hoạt FMS…

2 Nhu cầu tự động hóa trong sản xuất tự động

Hiện nay công việc phân loại sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên khôngthể tránh được sự nhàm chán trong công việc Công việc phân loại sản phẩm theo kíchthước là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn Ngày nay đểnâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm,người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tựđộng từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất

Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đãcải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàmchán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoahọc kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn

Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thếgiới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượngmẫu mã và quá giá thành sản phẩm Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quátrình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giáthành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng

PHẦN II : PHÂN TÍCH CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Lựa chọn phương án truyền động

1 Cơ cấu sinh lực

a Cơ cấu sinh lực bằng khí nén

Khí nén được sử dụng khá rộng rãi trong sản xuất công nghiệp Khí nén là

không khí sạch được máy nén khí nén đến áp suất 6-7atm để khi đi qua các ống dẫn đến đồ gá có áp suất làm việc 3-4 atm

Ưu Điểm:

- Tính đồng nhất năng lượng giữa phần điều khiển và chấp hành nên bảodưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện

- Không yêu cầu cao đặc tính kĩ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8Bar

- Khả năng quá tải của động cơ khí

- Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kĩ thuật

- Tuổi thọ lớn

- Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chứcnăng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong điều kiện dễ nổ, và đảm bảomôi trường làm việc sạch vệ sinh

- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ

và tổn thất áp suất trên đường dẫn thấp

- Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốcrất cao

Nhược Điểm:

- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử

- Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theochương trình có sẵn khả năng điều khiển phức tạp kém

- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh

- Lực truyền tải trọng thấp

- Dòng khí nén thoát ra ở đưỡng dẫn gây tiếng ồn

- Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng

b Cơ cấu sinh lực bằng thủy lực

Trong trường hợp cần lực lớn, cơ cấu sinh lực bằng khí nén sẽ rất cồng kềnh, khônghợp lí Do đó có thể dùng cơ cấu sinh lực bằng dầu ép

- Kết cấu nhỏ gọn, kết nối giữa các thiết bị với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗcho các mối nối ống dẫn

- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của

cơ cấu chấp hành

- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầunên có thể sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơkhí hay điện

- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp

- Tự động hóa giản đơn dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển

- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi quátrình làm việc

- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thayđổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi

Kết luận

Ta chọn cơ cấu sinh lực bằng xylanh khí nén để tạo ra lực đẩy phôi lên băng tải(khối cấp phôi) và lực đẩy phôi khỏi băng tải vào máng dẫn phôi (khối phân loại sảnphẩm) Ta chọn cơ cấu xi lanh vì nó có ưu điểm là:

- Giá thành rẻ

- Sử dụng đơn giản với sinh viên

- Dễ tìm mua trên thị trường

Do sử dụng xylanh khí nén nên ta dùng thanh trượt bi để hổ trợ dẫn hướng choxylanh hoạt động ổn định hơn trong khối máy dập Nó có các ưu điểm sau:

- Giá thành rẻ

- Hoạt động đơn giản, ổn định

- Phổ biến trên thị trường

2 Lựa chọn bộ phận nâng chuyển sản phẩm

a Băng tải

Băng tải chủ yếu gồm dây đai, con lăn, thiết bị truyền dẫn… Đai truyền được làm từ nylon, vải bông hoặc vải bạt Năng lực vận chuyển cao, tiếng ồn nhỏ Cấu trúc đơn giản, lắp đặt thuận tiện ,duy tu bảo dưỡng tiện lợi, tiêu thụ điện năng thấp

b Xích tải

Xích tải là máy vận chuyển liên tục mà bộ phận kéo người ta dùng bộ truyền xích Các bộ phận mang vật liệu được gắn trên bộ truyền xích Tuỳ theo bộ phận mang vật liệu

mà xích tải có 1 số dạng sau :

- Xích tải kiểu băng tải : tấm mang liệu được gắn trên mắt xích theo kiểu lợp ngói

- Xích tải kiểu treo :bộ phận mang liệu được gắn trên các con lăn di chuyển trên ray

- Xích tải kiểu tấm cào: vậy liệu được vận chuyển nhờ các tấm cào gắn trên dây xích

- Xích tải kiểu gầu: bộ phận mang liệu có dạng gầu

Đặc điểm : xích tải vân chuyển được vật liệu lên các độ cao nhất định, góc vận chuyên lớn hơn băng tải bởi vì cơ cấu mang vật đặc biệt hơn Nhưng cơ cấu của xích tải phức tạp hơn nhiều so với băng tải,cần lực kéo lớn hơn, phương pháp chế tạo phức tạp và tốn kém hơn

3 Các chi tiết máy truyền động

a Bộ truyền bánh răng

Bộ truyền bánh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục với tỉ số truyềnxác định nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng Bộ truyền bánh răng có thểtruyền chuyển động giữa các trục song song , cắt nhau , chéo nhau hay biến đổi chuyểnđộng quay thành chuyển động tịnh tiến

Ưu điểm :

- Kích thước nhỏ khả năng tải lớn

- Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tượng trượt trơn

- Hiệu suất cao ( 0,97- 0,99 )

- Làm việc với vận tốc lớn , công suất cao

Như vậy , để có lực ma sát thì cần phải có áp lực pháp tuyến Trong bộ truyền đai, để tạo lực pháp tuyến thì phải tạo lực căng đai ban đầu , kí hiệu là F0

Ưu điểm :

- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (< 15m )

- Làm việc êm , không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn

- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọngthay đổi tác động lên cơ cấu

- Nhờ vào sự trơn trượt của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ

- Kết cấu và vận hành đơn giản

Nhược điểm :

- Bộ truyền đai có trượt, nếu tỷ số truyền và số vòng quay không ổn định

- Bộ truyền có khả năng tải không cao Kích thước của bộ truyền lớn hơn các

bộ truyền khác khi làm việc với tải trọng như nhau

- Tuổi thọ của bộ truyền tương đối thấp, đặc biệt khi làm việc với vận tốc cao

- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, có thể gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng

Phạm vi sử dụng bộ truyền đai

- Bộ truyền đai được dùng nhiều trong các máy đơn giản Khi cần truyềnchuyển động giữa các trục xa nhau Kết hợp dùng làm cơ cấu an toàn để bảo vệ đôngcơ

- Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tải trọngcực đại có thể đến 50 kW

- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình Vận tốc thườngdùng không nên quá 20 m/s, vân tốc lớn nhất có thể dùng là 30 m/s

- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 3 cho đại dẹt, từ 2 đến 6 cho đai thang

Tỷ số truyền tối đa cho một bộ truyền đai dẹt không nên quá 5, cho bộ truyền đai thangkhông nên quá 10

- Hiệu suất trung bình trong khoảng 0.92 đến 0.97

Hình 1: Kết cấu bộ truyền đai

- Không đòi hỏi phải căng xích , nên lực tác dụng lên ổ và trục nhỏ hơn

- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất

- Góc ôm không có ý nghĩa như bộ truyền đai nên có thể truyền cho nhiều bánhxích bị dẫn

Nhược điểm :

- Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động , ồn

- Có tỉ số truyền tức thời thay đổi,vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thayđổi

- Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích

- Mau bị mòn trong môi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt

Phạm vi sử dụng bộ truyền xích :

- Bộ truyền xích được dùng nhiều trong các máy nông nghiệp, máy vận chuyểntrong tay máy

- Khi cần truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau hoặc truyền chuyển động từmột trục đến nhiều trục.

- Bộ truyền xích thường truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tải trọng cựcđại có thể đến 100 kW

- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình Vận tốc thườngdùng không nên quá 6 m/s Vận tốc lớn nhất có thể dùng 25 m/s tỷ số truyền nhỏ hơn3

- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 7 Tỷ số truyền tối đa không nên quá 15

- Hiệu suất trung bình khoảng 0.96 đến 0.98

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

đã làm ta chọn bộ truyền đai Với bộ truyền đai thì rất dễ chế tạo, giá thành rẽ, tínhtoán dễ dàng…Trong khối băng tải ta sử dụng bộ truyền đai để truyền động từ động cơđến trục tang, ngoài những lí do đã phân tích ở trên còn có một số nguyên nhân sau:

- Phổ biến trên thị trường.

- Băng tải chạy liên tục , có thể dừng khi cần

- Không đòi hỏi độ chính xác , tải trọng băng tải nhẹ

- Dễ điều khiển , giá thành rẻ

Vì vậy chỉ cần sử dụng loại động cơ 1 chiều có công suất nhỏ khoảng 20-40 W , điện

áp vào là 24V

Động cơ điện 1 chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động cơđiện 1 chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điềuchỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động

Động cơ điện 1 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 1 chiều được sửdụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằngphẳng và trong phạm vi rộng

5 Lựa chọn cảm biến

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận , biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượngkhông có tính chất điện có thể đó và xử lý được Các đại lượng cần đo (m) thườngkhông có tính chất điện (như nhiệt độ , áp suất ….) tác động lên cảm biến cho ta mộtđặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích , điện áp , dòng điện hoặc trở kháng )chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo Đặc trưng (s) làhàm của đại lượng cần đo (m) :

LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng Một bộ thu quang

sử dụng diode hoặc transitor quang Ta đặt bộ thu và phát sao cho các vật cần nhậnbiết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện

Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính Ở phần thu ánh sáng từ thấu kínhtác động đến transitor thu quang Nếu có vật chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến

bộ thu sóng Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trongphòng Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao động Phươngpháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suấthơn

Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch điều khiển Domạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của cảm biến là 24VDC

Đặc tính kĩ thuật của cảm biến :

Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt với công nghệ photo – IC .Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch tán

- Nguồn sáng ( bước sóng ) : LED hồng ngoại ( 880 nm )

- Thời gian đáp ứng : tối đa 2,5 ms

- Nhiệt độ môi trường : từ -250C đến 550C

Lực đẩy của xilanh:

Ta chọn xilanh 2 chiều một pittong khi đó lực tác động là: