Báo cáo hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG: 1.1.1 Yêu cầu: 1.1.2 Tên hệ thống: 1.1.3 Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống: .2 1.2 Yêu cầu hệ thống: CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.1 LỰA CHỌN CẢM BIẾN TIỆM CẬN: 2.1.1 Yêu cầu: 2.1.2 Lựa chọn cảm biến phù hợp 2.2.1 Yêu cầu: 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CÔNG NGHIỆP: 2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231 2.4.1 Cấu tạo 2.4.2 Thông số kỹ thuật 2.5 ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU .8 Thông số kỹ thuật: 11 2.6 XYLANH KHÍ NÉN 12 2.6.1 Yêu cầu: 12 2.6.2 Tính tốn thơng số xylanh phù hợp: 12 2.6.3 Chọn xylanh khí nén: .12 2.6.4 Chọn van khí nén .13 2.7 CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH 14 2.7.1 Đặc điểm: 14 2.7.2 Chọn loại PLC S7-200 .14 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI .16 3.1: ĐẤU NỐI PLC S7-200 CPU221 VỚI MODUL ANALOG EM231 16 16 3.2 ĐẤU NỐI MODUL ANALOG EM231 VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI, LOADCELL VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI .17 3.3 KẾT NỐI PLC VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC: 18 3.3.1 Kết nối PLC 18 3.3.2 Mạch động lực 18 MỤC LỤC HÌNH, BẢNG: Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1 Cảm biến tiệm cận loại điện dung CR30-18DN Hình 2.2 Loadcell UWE dạng Hình 2.3: Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A Bảng 2.1:Thông số kỹ thuật KM02A Hình 2.4: Modul analog EM 231 Hình 2.5: Động băng tải .12 Hình 2.6: Xylanh AIRTAC MA 14 Hình 2.7: Van đảo chiều 5/2 .14 Hình 2.8: Van tiết lưu .15 Hình 2.9: CPU 221 16 Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 với khuếch đại 17 Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây cho modul EM231 .17 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối PLC .19 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạch động lực 19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG: 1.1.1 Yêu cầu: - Trang bị điện cho Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng 1.1.2 Tên hệ thống: - Trang bị điện cho Hệ thống Phân loại Bưởi 1.1.3 Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống: - Hệ thống phân loại bưởi nhằm chọn bưởi đạt yêu cần khối lượng để phân phối cho siêu thị, sản phẩm không đạt yêu cần - giữ lại phân phối cho lái thương bán chợ đầu mối Hệ thống gồm băng tải, băng tải trang bị cảm biến tiệm cận nhằm phát sản phẩm vào vị trí định lượng hay chưa Bên băng trí bàn cân, bàn cân đặt cảm biến khối lượng loadcell để xác định khối lượng sản phẩm Băng tải thứ bố trí xi lanh khí nén dùng để phân - loại bưởi, kèm theo cảm biến tiệm cận giúp phát bưởi Khi bưởi vào khu vực bàn cân, cảm biến tiệm cận phát có vật, loadcell xác định khối lượng vật đưa tín hiệu xử lý, sản phẩm đạt khối lượng yêu cầu xử lý tác động xy lanh khí nén để chuẩn bị phân loại sản phẩm, băng tải di chuyển vật đến vị trí xy lanh khí nén cảm biến tiệm cận ứng với xy lanh phát tác động xy lanh đẩy vật thùng chứa Đối với sản phẩm khơng đạt u cầu qui trình tương tự sản phẩm đạt yêu cầu Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống 1.2 Yêu cầu hệ thống: - Hệ thống xác định khối lượng bưởi dao động từ 0.5 kg đến kg Chiều dài băng tải: 1m Vận tốc di chuyển vật: 10 m/phút Phân loại sản phẩm trên kg kg Có khả chịu tải đến kg Cảm biến nhận dạng bưởi ( phi kim) Xy lanh có hành trình 250 mm CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.1 LỰA CHỌN CẢM BIẾN TIỆM CẬN: 2.1.1 Yêu cầu: - Phát nông sản: bưởi - Có thời gian đáp ứng nhanh - Có điện áp ngõ phù hợp với điện áp ngõ vào PLC 24 VDC - Có thể phát vận có kích thước nhỏ 12x12x12 cm - Thích hợp nhiệt độ môi trường Việt Nam từ 15oC đến 40oC - Thích hợp độ ẩm mơi trường trang trại trồng nông sản từ 50 đến 90 % RH 2.1.2 Lựa chọn cảm biến phù hợp * Từ yêu cầu ta chọn cảm biến tiệm cận loại điện dung CR30-18DN Hình 2.1 Cảm biến tiệm cận loại điện dung CR30-18DN * Thông số kỹ thuật: - Có thể phát sắt, kim loại, nhựa, nước, đá, gỗ, v.v - Tuổi thọ dài độ tin cậy cao - Có mạch bảo vệ nối ngược cực nguồn, áp - Dễ dàng điều chỉnh khoảng cách phát với biến trở điều chỉnh độ nhạy bên - Có thể kiểm tra trạng thái hoạt động thị LED Đỏ - Dễ dàng để điều khiển mức vị trí - Khoảng cách phát hiện: 15 mm ± 10 % - Kích thước vật: 50x50x1mm - Nguồn cấp: 12 – 24 VDC - Dòng điện tiêu thụ: Max 15mA - Tần số đáp ứng: 50 Hz - Hiển thị: Chỉ thị hoạt động LED vàng - Nhiệt độ môi trường: -25oC đến 70oC - Độ ẩm môi trường: 35 đến 95%RH - Mạch bảo vệ: Mạch bảo vệ áp, mạch bảo vệ chống nối ngược 2.2 LỰA CHỌN CẢM BIẾN KHỐI LƯỢNG LOADCELL 2.2.1 Yêu cầu: - Khối lượng tối đa loadcell phải lớn tổng khối lượng bàn cân cộng với khối lượng đối tượng + Khối lượng bàn cân: kg + Khối lượng đối tượng cần đo: từ 0.4 kg đến kg + Tổng khối lượng tối đa = kg + 2kg = 4kg 2.2.2 Lựa chọn loadcell: * Từ yêu cần trên, ta chọn loadcell UWE dạng Hình 2.2 Loadcell UWE dạng * Thông số kỹ thuật: + Tải trọng : 0,22 – kg + Bảo vệ tải: kg + Điện áp ngõ ra: mV/V + Điện áp kích thích: 10 – 12 VDC + Điện áp kích thích tối đa: 15 VDC + Mức tuyến tính: 0.02 %FSO + Điện trở vào: 410 ± 10 Ohms + Điện trở ra: 350 ± Ohms + Dãy nhiệt độ hoạt động: -20 to + 60 oC + Cấp bảo vệ: IP66 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CƠNG NGHIỆP: Hình 2.3: Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A - Trong thực tế sản xuất công nghiệp liên quan đến định lượng dung loadcell thiết bị thường kèm với khuếch đại chuẩn cho loadcell Hoặc sử dụng đầu cân chuẩn có tích hợp khuếch đại cho loadcell, thơng thường giá đầu cân đắt tiền, có ngõ analog thường giá cao, thích hợp dung cho công nghiệp như: đầu cân MP30, XK3190-A9, FS1200a, - FS8000a,… Bộ khuếch đại loadcell thường có loại: khuếch đại cho dòng áp, loại - cho áp MKcells KM02, KM02A,… Thông số kỹ thuật khuếch đại MKcells loại KM02A Thông số Dãy đầu vào Dãy tín hiệu đầu Điện áp nguồn Giá trị 0-1mV/V, 0-2mV/V, 0-3mV/V, 0-4mV/V, 0-10mV/V, 0-20mV/V, 0-30mV/V, 0-40mV/V 0-5V, -10V, -5V 12 – 24 VDC nuôi Điện áp nguồn 10VDC, 100mA nuôi loadcell Bảng 2.1:Thông số kỹ thuật KM02A 2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231 2.4.1 Cấu tạo - Trong thực tế model analog nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhà máy dây chuyền sản xuất đại, công nghiệp, lĩnh vực điều khiển liên tục Ví dụ điều khiển biến tần, điều khiển lưu lượng, nhiệt độ, áp suất,…Trong đề tài này, nhóm ứng dụng modul analog EM 231 vào việc đo khối lượng, lấy tín hiệu khuếch đại từ loadcell, biến đổi AD truyền liệu CPU 224 xử lý sau xuất kết lên giao diện WinCC Hình 2.4: Modul analog EM 231 2.4.2 Thông số kỹ thuật - Mã code :EM231 - Module Analog Ngõ vào - Ngõ vào Analog :4 - Loại ngõ vào : 0-10VDC - Loại 12 bit chuyển đổi ,dùng cho CPU S7-200 2.5 ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU * Động xoay chiều có loại sau: + Động xoay chiều vạn + Động không đồng + Động đồng + Động cảm ứng Do yêu cầu toán đặc điểm bật động điện xoay chiều không đồng nên đề tài băng tải chúng em chọn động điện xoay chiều pha khơng đồng rơto lồng sóc làm động kéo băng tải * Những đặc điểm động điện không đồng bộ: + Các động điện xoay chiều dùng nhiều sản xuất thường động điện khơng đồng bộ, loại động có đặc điểm như: cấu tạo đơn giản, làm việc chắn, bảo quản dễ dàng giá thành hạ + Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công nghiệp nhỏ, hệ thống băng truyền, băng tải… + Tuy nhiên máy điện khơng đồng số nhược điểm như: Cosφ khơng cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt ngày với biến tần vấn đề giải + Máy điện khơng đồng thích hợp so với máy đồng ứng dụng cần thường xuyên mở máy điều chỉnh tốc độ Do chế độ làm việc động kéo băng tải liên tục, chế độ dài hạn Theo yêu cầu công nghệ loại phụ tải khơng u cầu điều chỉnh tốc độ nhiều cấp khác Hệ truyền động thiết bị liên tục đảm bảo khởi động đầy tải Mômen khởi động động Mkđ = (1,6 ÷ 1,8) Mđm Bởi vậy, nên chọn động truyền động động có hệ số trượt lớn, rãnh stator sâu để có mơmen mở máy lớn Nguồn cấp cho động truyền động thiết bị phải có dung lượng đủ lớn, đặt biệt công suất động ≥ 30 kW, để mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện trình khởi động động thực nhẹ nhàng dễ dàng Việc tính chọn cơng suất động truyền động cho băng tải theo công suất cản tĩnh Chế độ q độ khơng tính đến số lần đóng cắt ít, khơng ảnh hưởng đến chế độ tảo động truyền động Phụ tải truyền động băng tải thường thay đổi q trình làm việc nên khơng cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng tải điều kiện làm việc nặng nề thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy Khi tính chọn cơng suất động truyền động băng tải thường tính theo thành phần sau: + Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu + Công suất P2 để khắc phục tổn thất ma sát ổ đỡ, ma sát băng tải lăn băng tải không chạy + Công suất P3 để nâng tải (nếu băng tải nghiêng) * Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu: F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L’.σ.k1.g Với β = (băng tải nằm ngang) → F = 2000 10 0,05 = 1000 (N) Với L = (m); σ = 2000(g); g = 10 Vì thành phần pháp tuyến Fn tạo lực cản ma sát ổ đỡ ma sát băng tải lăn Trong đó: β = Góc nghiêng băng tải L = Chiều dài băng tải σ = Khối lượng vật liệu 1m băng tải k1 = Hệ số tính đến dịch chuyển vật liệu, k1 = 0,05 Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu: P1 = F1.v = σ.L’ k1.v.g → P1 = 1000 = 1000 (W) Lực cản loại ma sát sinh băng tải chuyển động không tải: F2 = 2.L.σb.k2.g cosβ → F2 = 2.1.5000.10.0,005=1000 (W) Trong đó: k2 = hế số tính đến lực cản không tải k2 =0,005 σb = khối lượng băng tải 1m chiều dài băng Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát: P2 = F2.v = 2.L’.σb k2 g → P2 =1000.1 = 1000 (W) Lực cần thiết để nâng vật: F3 = ±L.σ.g.sinβ Trong dấu (+) tải lên, ( - ) tải xuống Công suất nâng bằng: P3 = F3.v = ±σ.H.v.g Công suất tĩnh băng tải: P = P1 + P2 + P3 = (σ.L’.k1 + 2.L’.σb k2 ± σ.H).v.g → P = P1 + P2 + P3 = 1000 + 1000+ = 2000 (W) = (kW) Vậy công suất động truyền động băng tải tính theo biểu thức sau: Pđc = k3 → Pđc = 1,2 Trong đó: P  = 2,56 (kW) 0.94 k3 = Hệ số dự trữ cơng suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25) η = Hiệu suất truyền động Kết luận: Như em chọn động không đồng pha có thơng số kỹ thuật sau: Thơng số kỹ thuật: Dãy 3k132S6 Kw 3,0 Hp 4, Vg/ph 945 V 220/380 A 12,8/7,4 Ŋ% 81 Cosα 0,76 Mmax/ Mxd/ Mmin Mdd 2,2 2,0 Lkđ/Ldd 6,0 Hình 2.5: Động băng tải 2.6 XYLANH KHÍ NÉN 2.6.1 Yêu cầu: - Hành trình xylanh Lxl=25cm = 250 mm - Thời gian dẫn động T=0.5s - Tải trọng đáp ứng F=50 N 2.6.2 Tính tốn thơng số xylanh phù hợp: - Áp suất khí nén máy nén khí thơng dụng là: P = 6bar = 6,1183 kgf/cm2 - Tải trọng đáp ứng là: F=50 N = (kg) - Chọn đường kính xi lanh: D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((665.4*4)(6.1183*3.14)) = 3.72 cm - Hành trình xy lanh: Lxl = 250 mm Số cực - Chọn đường kính: Dxl = 40 mm Khốilượng 71,5 2.6.3 Chọn xylanh khí nén: * Chọn xylanh AIRTAC MA * Thơng số lỹ thuật: - Nhiệt độ chịu : - 50 ~ 700 C - Áp suất chịu : ~ Bar ( kg/cm2) - Piitông Ø : 40 mm - Hành trình : 250 mm Hình 2.6: Xylanh AIRTAC MA 2.6.4 Chọn van khí nén Trong mơ hình đề tài sử dụng van khí nén 5/2 Có tác dụng tác động lên hành trình xy lanh Đặc điểm loại van trên: Van đảo chiều 5/2 tác động trực tiếp dòng khí nén vào từ hai phía nòng van, loại van cửa vị trí Hình 2.7: Van đảo chiều 5/2 Van tiết lưu: Trong mơ hình sử dụng van tiết lưu, có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng khí tức điều chỉnh vận tốc thời gian chạy vào pittong xylanh Nguyên lý làm việc van tiết lưu lưu lượng dòng khí qua van phụ thuộc vòa thay đổi tiết diện Hình 2.8: Van tiết lưu 2.7 CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH 2.7.1 Đặc điểm: - Thiết bị chống nhiễu tốt - Kết nối thêm modul để mở rộng ngõ vào/ra - Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu - Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển máy lập trình máy tính - Độ tin cậy cao, kích thước gọn - Bảo trị dễ dàng 2.7.2 Chọn loại PLC S7-200 * Thông thường S7-200 phân làm hai loại dựa vào nguồn điện áp cấp cho CPU hoạt động + Loại cấp điện áp 220 VAC: - Ngõ vào: Kích hoạt mức cấp điện áp +24VDC ( Từ 15 VDC – 30 VDC) - Ngõ ra: Relay - Ưu điểm: ngõ relay sử dụng ngõ nhiều cấp điện áp khác - Nhược điểm: Do ngõ relay nên thời gian đáp ứng không nhanh cho output tốc độ cao + Loại cấp điện áp 24 VDC - Ngõ vào: Kích hoạt mức cấp điện áp +24 VDC ( 15 VDC – 30 VDC) Ngõ ra: Transistor Ưu điểm: Ngõ transistor sử dụng ngõ để biến điệu độ - rộng xung, output tốc độ cao Nhược điểm: Do ngõ transistor nên sử dụng cấp điện áp 24 VDC, gặp rắc rối ứng dụng có cấp điện áp khác Trong trường hợp phải thông qua relay đệm 24 VDC * Từ phân tích tao cho loại cấp điện áp 24 VDC với ngõ Transistor để đảm bảo tốc độ cao phân loại sản phẩm + Vậy ta chọn CPU 221 DC/DC/DC với thông số sau: - Mức logic 1: 24 VDC Mức logic 0: VDC Ngõ ra: Transistor Số ngõ vào: Số ngõ ra: Hình 2.9: CPU 221 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI 3.1: ĐẤU NỐI PLC S7-200 CPU221 VỚI MODUL ANALOG EM231 - Modul EM231 có ngõ vào Analog RA, A+, A-, RB, B+, B-, RC, C+, C-, RD, D+, D- Do đề tài sử dụng loadcell nên nhóm sử dụng ngõ vào Analog RA, A+, A- - Cách đấu nối sau: L+ M EM231 đấu trực tiếp từ nguồn 24VDC board thí nghiệm lấy nguồn từ CPU 221 board thí nghiệm Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 với khuếch đại Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây cho modul EM231 3.2 ĐẤU NỐI MODUL ANALOG EM231 VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI, LOADCELL VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI - Loadcell có dây: đỏ ( Exc+), vàng ( Exc-), xanh ( Sig+), xanh dương ( Sig-) - MKcell có dây gồm: dây đấu nối với loadcell lấy tín hiệu dương từ loadcell, trắng kí hiệu số lấy tín hiệu âm từ loadcell dây nối đất màu đen kí hiệu số nối với dây nối đất loadcell, dây đấu nối với modul analog EM231 cấp nguồn 24VDC cho khuếch đại, dây đen kí hiệu số tín hiệu âm dây nối max chung với EM231 - Ta đấu nối EM231 với MKceells sau: dây loadcell đấu nối với dây đầu vào MKcell theo trình tự: Đỏ - đỏ, vàng – đen, xanh – xanh lá, xanh dương – trắng, dây max nối chung Sau dây MKcells nối với EM231 theo trình tự: Dây đỏ nối với nguồn 24VDC từ PLC nguồn L+ Em231, dây đen nối với chân VDC ngồn max chung với EM231, dây xanh từ 0-10VDC nối với A+ EM231, RA cẫn nối với A+, A- nối với dây đen MKcells.Như dây đen MKcells dây tham chiếu chung cho nguồn cấp tín hiệu A- Hình 3.3: Cách đấu nối dây khuếch đại loadcell 3.3 KẾT NỐI PLC VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC: 3.3.1 Kết nối PLC Hình 3.4: Sơ đồ kết nối PLC 3.3.2 Mạch động lực Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạch động lực  ... CỦA HỆ THỐNG: 1.1.1 Yêu cầu: - Trang bị điện cho Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng 1.1.2 Tên hệ thống: - Trang bị điện cho Hệ thống Phân loại Bưởi 1.1.3 Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống: ... hệ thống: - Hệ thống phân loại bưởi nhằm chọn bưởi đạt yêu cần khối lượng để phân phối cho siêu thị, sản phẩm không đạt yêu cần - giữ lại phân phối cho lái thương bán chợ đầu mối Hệ thống gồm băng... LỰA CHỌN CẢM BIẾN KHỐI LƯỢNG LOADCELL 2.2.1 Yêu cầu: - Khối lượng tối đa loadcell phải lớn tổng khối lượng bàn cân cộng với khối lượng đối tượng + Khối lượng bàn cân: kg + Khối lượng đối tượng