Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ trong băng tải và phân loại sản phẩm theo chiều cao

- Và vì thế con người đã dần đưa quy trình máy móc HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM vào trong những công đoạn sản xuất hàng hoá nhằm thay thế cho sức người cũng đồng thời tạo ra một môi trườn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn : THS NGUYỄN VẠN QUỐC Sinh viên thực hiện : TRẦN LÊ ANH KHOA

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN DUY HOÀN

LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG BĂNG TẢI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Vạn Quốc

Họ tên sinh viên thực hiện và Mã số sinh viên :

 Trần Lê Anh Khoa – 1311050076

 Nguyễn Duy Hoàn – 1311050051

Lớp : 13DTD01

Ngày nộp Đồ Án Tốt Nghiệp: 25/12/2017

“Nhóm thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp (ĐATN) chúng em xin cam đoan đây là công trình

do chính nhóm nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Vạn Quốc Nhóm không sao chép từ bất kỳ một bài viết hay công trình nào

đã được công bố hay thực hiện mà không trích dẫn rõ nguồn gốc Những số liệu, hình ảnh, đều do nhóm tự chụp và ghi lại Nếu phát hiện có bất kỳ sai phạm hay sự gian lận nào nhóm chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình ” Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 15 Tháng 12 Năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện Đồ án Từ lúc lên ý tưởng về đồ án và đến lúc thi công

đồ án Chúng em đã được Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Vạn Quốc tận tình quan

tâm giúp đỡ để chúng em thực hiện Đồ án một cách tốt nhất có thể

Trong suốt quá trình thi công, mỗi tuần chúng em đều được Giáo viên hướng dẫn:

Ths.Nguyễn Vạn Quốc quan tâm giúp đỡ, tận tình chỉ dạy cụ thể các bước lên ý tưởng

cũng như kế hoạch thực hiện đề tài như thế nào và cho chúng em mượn những linh kiện quan trọng cần thiết nhất để thi công Đồ án Nếu không có những lời hướng dẫn và dạy bảo của Thầy thì em nghĩ đề tài đồ án này của em rất khó có thể hoàn thiện được Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Giáo viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Vạn Quốc Với tri thức và tâm huyết của Thầy đã truyền đạt lại vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện Đồ án tốt nghiệp

Chúng em không quên gửi lời cảm đến tập thể và các Thầy – Cô trong Khoa: CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ đã tạo môi trường tốt nhất để chúng em thực hiện Cũng như giúp chúng em những thắc mắc, bất cập trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp

Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian 15 tuần Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy – Cô để kiến thức của chúng em trong ngành học lĩnh vực Điều khiển

và tự động hoá Sau cùng, chúng em xin kính chúc quý Thầy – Cô thật nhiều sức khỏe

để tiếp tục đào tạo thế hệ trẻ, tương lai của nước nhà

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Trong môi trường Công nghiệp hoá – Hiện đại hoá của Đất nước Có rất nhiều xưởng sản xuất và nhà máy ở khắp nơi trên cả nước Có rất nhiều trong số đó được ứng dụng và trang bị những công nghệ hiện đại trong quá trình sản xuất Mọi ngành công nghiệp đều cần phải đảm bảo đủ những tiêu chuẩn của ngành sản xuất và quan trọng

là tính: “Chính xác”, “Nhanh ngọn”, “Tự động” đó là 3 yếu tố cần thiết nhất của một hệ thống phân loại sản phẩm hiện đại

- Và vì thế con người đã dần đưa quy trình máy móc HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM vào trong những công đoạn sản xuất hàng hoá nhằm thay thế cho sức người cũng đồng thời tạo ra một môi trường làm việc hiện đại và đáp ứng đủ 3 yếu tố nêu trên

- Song quy trình máy móc đó phải đặt ra yêu cầu riêng, đó là dễ điều khiển và kiểm soát để có thể phù hợp với tất cả mọi nhân viên có thể điều khiển và giám sát được khi cần thiết

- Việc ứng dụng HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM vào trong kho hàng giúp tăng năng suất làm việc, giảm lượng nhân công tăng lợi nhuận cho người đầu tư và đảm bảo chất lượng hàng hoá được sản xuất ra một cách tốt nhất

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiêm cứu: Điểu Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao

- Phạm vi nghiêm cứu: Băng tải truyền động, động cơ ba pha, biến tần, cảm biến phát hiện hàng, PLC điều khiển hệ thống, HMI hiển thị điều khiển

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Thiết kế mô phỏng hệ thống băng tải được điều khiển bằng biến tần và cảm biến hồng ngoại phân loại sản phẩm theo chiều cao

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu hệ thống bốc xếp và sản xuất hàng hoá ngoài môi trường thực tế, tìm hiểu

về động cơ motor 3 pha, cách hoạt động, tìm hiểu về Module cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản cách đấu nối thiết bị, tìm hiểu về PLC Mitsubishi FX1N và phần mềm lập trình PLC Mitsubishi GX Developer V8 , tìm hiểu về xi lanh khí nén – van đảo chiều 5/2 và cách hoạt động, tìm hiểu cách viết và hiển thị ra màn hình HMI Mitsubishi, …

- Thi công mô hình, chạy thử lấy kết quả thực tế và viết báo cáo

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

- Ý nghĩa khoa học: Vận dụng các kiến thức về PLC, xi lanh khí nén, cảm biến đi sâu

- Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài góp phần tạo ra mô hình băng tải tùy chỉnh theo mục đích

hoàn thiện nhất, tăng độ chính xác, năng xuất làm việc cũng như tăng tính hiện đại

của doanh nghiệp

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Để thực hiện đề tài nhóm chúng em đã tiến hành các phương pháp:

- Tìm hiểu tổng quan về mô hình HỆ THỐNG BĂNG TẢI

- Nghiêm cứu tài liệu về các linh kiện cần trong mô hình: Motor 3 pha, cảm biến hồng

ngoại, PLC Mitsubishi, màn hình HMI

- Nghiêm cứu tài liệu phần mềm lập trình PLC Mitsubishi Developer

- Thi công hoàn chỉnh phần cứng của hệ thống

- Thực hiện viết cách lệnh đơn giản trong phần mềm PLC Mitsubishi Developer V8,

tiến tới hoàn thiện chương trình cho hệ thống

- Tiến hành cho chạy thử sản phẩm, kiểm tra và hiệu chỉnh

7 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

- Từ thiết kế cơ khí ban đầu kết hợp lập trình và điều khiển PLC Mitsubishi trong HỆ

THỐNG BĂNG TẢI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM theo yêu cầu của doanh nghiệp

8 Ý TƯỞNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC TIỄN

- Thi công và lập trình hoàn chỉnh các phần trong hệ thống

- Lưu lại chương trình cần thiết cho hệ thống

9 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Hoàn chỉnh đảm bảo nhu cầu đặt ra

- Chương trình phần mềm lập trình được hoàn thiện

10 KẾT CẤU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Tổng quan hệ thống băng tải

- Cơ sở lý thuyết và thiết bị điều khiển

- Mô hình điều khiển thực tế

 Cơ khí chế tạo

 Lập trình cho PLC Mitsubishi

 Hiển thị trên HMI Mitsubishi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BĂNG TẢI

1 MỞ ĐẦU

- Trong sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa Đất nước vấn đề tự động hóa có

vai trò đặc biệt quan trọng Nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, nâng cao năng suất lao động

- Các thiết bị dây chuyền máy móc là vật gần như không thể thiếu trong các nhà

xưởng, nhà kho, … Chúng giúp tăng năng suất làm việc cũng như giảm bớt sức nặng đối với các nhân công Đối với nhà kho lưu trữ nói riêng việc ứng dụng máy móc và trong lưu trữ và việc hết sức cần thiết Nó giúp tạo môi trường thuận lợi cho việc lưu trữ cũng như xuất hàng hoá khi cần thiết Giúp tiếc kiệm một diện tích khá lớn

so với việc lưu trữ sử dụng sức nhân công

- Đồ án “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG BĂNG TẢI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO”, giúp chúng

em làm quen và tìm hiểu kĩ hơn với những vấn đề cốt lõi cơ bản nhất về tự động hoá

và rất có ích cho chúng em sau này

2 TỰ ĐỘNG HOÁ

- Tự động hoá hoặc điều khiển tự động hoá được giới thiệu từ những năm 1930, là

việc sử dụng một hay nhiều thiết bị hệ thống nhằm điều khiển một hay nhiều dây chuyền công nghiệp khác nhau nhằm hạn chế tối thiểu sự can thiệp của con người vào hệ thống lúc đang vận hành Hiện nay có một số quy trình đã được hoàn toàn tự động hoá

- Lợi ích của tự động hoá là tiết kiệm nguồn lao động, tiết kiệm năng lượng và nâng

cao độ chính xác và thời gian thực hiện công việc

- Tự động hoá được thực hiện bằng các phương tiện khác nhau bao gồm : Cơ khí, thuỷ

lực khí nén, điện, điện tử máy tính, … và thường kết hợp chặt chẽ với nhau hình thành một dây chuyền tự động hoá Hiện nay người ta còn kết hợp thêm các cơ cấu Robot , các Moudle, Relay,… cũng như các phần điều khiển như Vi điều khiển, PLC,… giúp cho ngành Tự động hoá càng phát triển vượt bậc, và là nền tảng mới của Công nghiệp hiện đại

3 HỆ THỐNG BĂNG TẢI LIÊN HỆ THỰC TẾ

- Thực tế hiện nay Hệ thống băng tải tự động bao gồm: băng tải để lưu chuyển hàng

hoá, cánh tay gắp sản phẩm được ứng dụng trong việc gắp dỡ hàng hoá tạo sự linh động cũng như độ chính xác cao với sự hỗ trợ của các cảm biến công nghiệp

- Bằng việc không ngừng đầu tư nghiên cứu công nghệ chế tạo mới, không ngừng học hỏi áp dụng những thành tự khoa học hiện đại như đầu tư sắm mới ngay các máy chuyên dụng tiên tiến nhất, thường xuyên tham gia các hội chợ khoa học kỹ thuật cũng như liên tục cử kỹ sư đi tham gia hội thảo, các lớp nâng cao về kỹ thuật chuyên môn đã giúp băng tải HMPTech luôn đi đầu về công nghệ và tính chuyên nghiệp, dần dần tạo dựng thương hiệu lớn nhất Việt Nam

Tập đoàn công ty HMPTECH là một trong những công ty sản xuất băng tải lớn nhất Việt Nam

KUKA là một hãng của Đức thành lập năm

1898, sản xuất Robot công nghiệp và các giải pháp tự động hoá nhà máy

 Một số hình ảnh thực tế về băng tải và ứng dụng phân loại sản phẩm trong công nghiệp:

Hình 1.3.1 Hệ thống băng tải trong công nghiệp

Hình 1.3.3 Hệ thống kho bãi chứa lưu trữ và xuất hàng sau khi phân loại

Hình 1.3.4 Hệ thống kho bãi chứa lưu trữ và xuất hàng hoá tự động

- Mỗi công ty sẽ lựa cho riêng cho mình một loại mô hình tự động hoá khác nhau

Phù hợp với chức năng và nhiệm vụ của từng mặt hàng sản xuất

4 NHU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

- Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là một nhu cầu khá cần thiết và mang

tính đổi mới hiện nay Việc đưa hệ thống vào trong hoạt động sản xuất giúp cho con người thuận tiện hơn trong việc lưu trữ và xuất hàng hoá tăng độ chính xác và tiết kiệm thời gian

5 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

- Trong thực tế hệ thống thường bao gồm 3 phần chính cơ bản :

 Cánh tay đảm nhận vai trò gắp –đẩy hàng hoá

 Băng chuyền giúp chuyển hàng hoá từ nơi sản xuất vào kho chứa hàng

 Cảm biến hồng ngoại nhận diện sản phẩm

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU

KHIỂN HỆ THỐNG

1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

- Sau khi tìm hiểu – thảo luận và xin ý kiến từ Giáo viên hướng dẫn Ths.Nguyễn Vạn

Quốc Nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài Hệ thống phân loại sản phẩm để làm đề tài Tốt nghiệp Dựa trên những hình ảnh thực tế bên ngoài,chúng em đã lên

ý tưởng và thực hiện mô hình thu nhỏ này

2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHI TIẾT LINH KIỆN, THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC MITSUBISHI FX), THIẾT BỊ HIỂN THỊ (HMI) VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHI TIẾT LINH KIỆN

Hình 2.1.1.1.1 Hình chi tiết các thông số chi tiết của động cơ 3 pha

Hình 2.1.1.1.2 Hình ảnh thực tế động cơ 3 pha

2.1.1.2 Cấu tạo

- Gồm có 2 bộ phận chính là Stator và Rotor Stator là phần đứng yên hay còn gọi là

phần tĩnh và Rotor là phần quay Rotor được đặt bên trong Stator Sẽ có một khe hở giữa Stator và Rotor, được biết đến như là khe hở không khí Giá trị của khe hở không khí có thể dao động từ 0.5-2mm

2.1.1.3 Nguyên lý hoạt động

- Rotor lồng sóc bao gồm các thanh dẫn được gắn mạch 2 đầu bởi 2 vòng ngắn mạch

Dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn Stator tạo ra một từ trường quay Do vậy dòng điện sẽ được tạo ra trong những thanh dẫn của Rotor lồng sóc và nó bắt đầu quay

Hình 2.1.1.3 Rotor lồng sóc thường được sử dụng trong động cơ điện 3 pha

2.1.2 XI LANH KHÍ NÉN

2.1.2.1 Giới thiệu

- Xi lanh khí nén hay còn gọi là Ben khí nén là thiết bị cơ khí được vận hành bằng khí

nén

- Cấu tạo gồm các thành phần: Thân trụ (Barrel), Píttông (Piston), Trục píttông (Piston

rod), các lỗ cấp – thoát khí (Cap-end port và Rod-end port)

Hình 2.1.2.1 Cấu tạo của xi lanh khí nén

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động

- Cụ thể xi lanh khí nén hoạt động theo cách chuyển hoá năng lượng của khí nén thành

động năng, khiến pittông xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó làm truyền động đến thiết bị

2.1.2.3 Công dụng của xi lanh trong mô hình

- Các xi lanh được hàn hay ghép nối với nhau để tạo thành một cánh tay gắp-đẩy đơn

giản với nhiệm vụ là gắp –đẩy sản phẩm từ băng tải đặt vào kho chứa

2.1.2.4 XI LANH KHÍ NÉN CDJ2B16 (Xi lanh nhiệm vụ Ra/Vào)

Hình 2.1.2.4 Xi lanh khí nén CDJ2B16 sử dụng trong mô hình Hệ thống phân loại

sản phẩm

- Số lượng: 2 thanh

- Thông số cần thiết của xi lanh CDJ2B16 sử dụng trong mô hình Hệ thống phân loại

sản phẩm

 Độ dài khi xi lanh làm việc ở vị trí X0: 175mm

 Độ dài khi xi lanh làm việc ở vị trí X1: 325mm

 Áp suất: 0.7Mpa

2.1.3 MẠCH CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI – PHÁT HIỆN VẬT CẢN

2.1.3.1 Giới thiệu

- Cảm biến hồng ngoại là module phát hiện vật cản trong khoảng cách từ 2 – 25cm

với góc phát hiện là 35̊ Khi phát hiện vật cản thì tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp

và đèn LED màu xanh sáng Ta có thể điều chỉnh được khoảng cách phát hiện vật cản bằng biến trở Chỉnh tiết áp theo chiều kim đồ hồ để tăng khoảng cách và ngược lại để giảm khoảng cách

- Cổng OUT có thể điều chỉnh trực tiếp Relay 5V hoặc IO của MCU

- Điện áp cung cấp cho mạch cảm biến hồng ngoại: 3 – 5VDC

2.1.3.2 Cấu tạo

Hình 2.1.3.2 Sơ đồ cấu tạo Mạch cảm biến hồng ngoại – phát hiện vật cản

2.1.3.3 Ứng dụng của mạch cảm biến hồng ngoại – phát hiện vật cản trong mô hình

Phân loại sản phẩm

Hình 2.1.3.3 Mạch cảm biến hồng ngoại thực tế dùng trong mô hình Hệ thống

phân loại sản phẩm theo chiều cao

- Mô tả: Cảm biến hồng ngoại vật cản E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để

xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông quá biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng

 Cảm biến X1: Giúp nhận sản phẩm có chiều cao loại I (cao)

 Cảm biến X2: Gíup nhận hàng có chiều cao loại II (thấp)

- Tất cả các mạch cảm biến hồng ngoại – phát hiện vật cản sử dụng trong mô hình

được hàn cố định lên thành băng tải để nhận diện sản phẩm nhằm hạn chế tối đa sự nhiễu tín hiệu thu nhận được từ cảm biến

2.1.4 VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN (VAN ĐẢO CHIỀU 5/2)

2.1.4.1 Giới thiệu

- Van điện từ khí nén hay còn gọi là van đảo chiều là một cơ cấu điều chỉnh hướng

điều chỉnh dòng khí nén qua xi lanh Van điện từ khí nén có tác dụng Đóng – Ngắt dòng khí và điều chỉnh hướng của dòng khí qua xi lanh

2.1.4.2 Nguyên lý hoạt động của van điện từ khí nén

Hình 2.1.4.2 Sơ đồ mô phỏng quy trình làm việc của Van điện từ khí nén

- Nguyên lý: Khi chưa có dòng tín hiệu tác động vào hai cửa (1 và 2) thì cửa (1) bị

chặn còn cửa (2) nối với cửa (3) Khi có dòng tín hiệu tác động vào cửa (1 và 2) Ví

dụ tác dụng bằng dòng khí nén thì nòng van sẽ dịch chuyển về phí bên phải , cửa (1) nối với cửa (2) còn cửa (3) bị chặn Trường hợp dòng tín hiệu tác động vào cửa (1

và 2) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ trở về vị trí ban đầu

- Để phân loại Van điện tử người ta căn cứ vào số cửa là bao nhiêu, số vị trí làm việc

là bao nhiêu, người ta còn căn cứ thêm điện áp của cuộn coil của Van điện từ gồm

2 cấp điện áp 24V và 220V

2.1.4.3 Van đảo chiều 5/2

- Van đảo chiều 5/2 là van có 5 cửa vào 2 vị trí làm việc

Hình 2.1.4.3 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của Van đảo chiều 5/2

- Khi khí chưa cấp vào cửa điều khiển Dưới tác động của lực lò xo từ van hoạt động

ở vị trí bên phải Lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa số 4 thông với cửa số

5, cửa số 3 bị chặn Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 của van đảo chiều 5/2 làm van đảo trạng thái ta có cửa số 1 thông với cửa số 4 và cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị chặn

2.1.4.4 Ứng dụng của van đảo chiều 5/2 trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm

- Số lượng: 2 van

- Chức năng:

 Mỗi van đảo chiều 5/2 giữ nhiệm vụ điều khiển các xi lanh ra vào mỗi khi cảm biến

Hình 2.1.4.4 Van đảo chiều 5/2 thực tế dung trong mô hình Hệ thống phân loại sản

phẩm

2.1.5 CÁC LINH PHỤ KIỆN KHÁC BỔ SUNG CHO PHẦN CỨNG

2.1.5.1 Relay Omron NY4N 24VDC

Hình 2.1.5.1 Relay Omron NY4N thực tế sử dụng trong mô hình Hệ thống phân

 Điện áp đầu vào: 220VAC

 Điện áp đầu ra: 24VDC – 3A

 Công suất: 120W

 Hiệu chỉnh: +/ – 10%

Hình 2.1.5.2 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A thực tế dùng trong mô hình Hệ thống phân

loại sản phẩm