đồ án hệ thống cơ điện tử hay

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG1.1.YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG:Với sự phát triển của công nghiệp sản xuất hàng hóa hiện nay, rất nhiều sản phẩmdạng chai tròn ra đời

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG 3

1.1.YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG: 3

1.2.PHÂN LOẠI MÁY DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG 4

1.2.1 Máy dán nhãn dùng con lăn di động: 4

1.2.2 Dùng cơ cấu kẹp thủy lực: 5

1.2.3 Dùng cơ cấu ma sát 6

1.2.3.1 Loại 1: 6

1.2.3.2 Loại 2: 7

1.3KẾT LUẬN: 7

CHƯƠNG 2:XÁC ĐỊNH NGUYÊN LÍ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8

2.1.SƠ ĐỒ CHUNG VÀ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG: 8

2.1.2 Sơ đồ chung: 8

2.2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG: 9

2.2.1 Băng tải 9

2.2.1.2.Khái niệm 9

2.2.1.2 Cấu tạo: 9

2.2.1.3.Nguyên lí hoạt động của băng tải: 10

2.2.2 Cơ cấu cấp nhãn 10

2.2.3 Cảm biến quang 11

2.2.2.1 Các chế độ hoạt động cơ bản của cám biến quang: 12

2.2.2.Cần gạt 14

2.2.4.Động cơ 15

2.2.5 Xy lanh khí nén 15

2.2.6 Hình dạng chai: 16

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG 18

3.1.CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG HỆ THỐNG: 18

3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG HỆ THỐNG 18

3.2.1:Băng tải 18

3.2.2:Phân loại lựa chọn băng tải 18

3.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG TẢI 19

3.3.1 Băng tải 19

3.3.2.Băng ma sát: 20

3.3.3 TÍNH TOÁN ĐỘNG CHO BĂNG TẢI 20

3.3.4 Tính toán động lực học cho băng tải: 21

3.2.1 5.Tính toán công suất và chọn động cơ cho băng tải: 23

CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 26

4.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN 26

4.1.1.Điều khiển bằng PLC 26

4.1.2.Cấu trúc của PLC 26

4.1.3 Ưu nhược điểm PLC 27

4.2.VI ĐIỀU KHIỂN 28

4.2.1Cấu trúc vi điều khiển(8051) 28

4.2.2Ưu nhược điểm vi điều khiển 29

4.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 29

4.2.1 Hoạt động của hệ thống 29

4.2.2.Arduino uno r3 30

4.2.3 Sơ đồ các linh kiện của arduino 31

4.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 32

4.3.1 Sơ đồ khối 33

4.3.2 Code chương trình của hệ thống: 34

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

LỜI NÓI ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày cần phát triển giúp tiện ích trong sinh hoạt, linh hoạt trong sảnxuất.Do đó, hầu hết các nhà máy công nghiệp đều ứng dụng khoa học nhằm tăng năngxuất,chất lượng sản phẩm đảm bảo.Muốn làm điều đó không thể thực hiện tự độnghóa , vì tự động hóa là phương án duy nhất nâng cao năng xuất ,chất lượng sản phẩm

Từ thật tế đó, bộ môn tự động hóa ra đời cùng môn đồ án hệ thống cơ điện tử nhằmnâng cao nhận thức và kiến thức sinh viên tạo những hành trang vững chắc để bướcvào đời

Từ yêu cầu thực tế về việc đóng chai ,đóng gói đề tài ‘dán nhãn chai tự động’ ra

đời ,đưa sinh viên tới gần hơn sản xuất thực tế

Đồ án hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy cô bộ môn nói chung, cùng sựhướng dẫn của thầy Nguyễn Thế Tranh nói riêng Em xin chân thành cảm ơn nhữngtình cảm , những kiến thức quý báo thầy cô dành cho em trong suốt quá trình làm đồán

Em xin chân thành cám ơn

Sinh viên thực hiện

Trần Thiện – Lê Trọng Anh Tích

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG1.1.YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG:

Với sự phát triển của công nghiệp sản xuất hàng hóa hiện nay, rất nhiều sản phẩmdạng chai tròn ra đời với các chức năng, cách sử dụng giống nhau thì việc làm sao đểcho sản phẩm của mình ấn tượng, khác biệt hơn so với các dòng cùng loại cũng là bàitoán khó cho các đơn vị nhằm ghi dấu ấn vào tâm trí khách hàng

Dán nhãn chai tròn tự động có tầm quan trọng trong việc quyết định tính thẩm mỹ,thông qua đó nói lên chất lượng sản phẩm Dán nhãn chai tự động được sử dung phổbiến trong các ngành sản xuất thực phẩm (chai bia, chai rượu, chai sirô, chai nướcchấm ) và y tế ( chai, lọ chứa thuốc ) Do đặt thù của nghành phục vụ mà yêu cầunêu ra đối với máy dán nhãn tự động chủ yếu là đảm bảo được vị trí nhãn dán trên chai

là đều, đẹp, không bị lệch, nhãn không bị tróc, tự động loại bỏ những sản phẩm khôngđạt yêu cầu

Máy được sản xuất trên dây chuyền hiện đại tạo hiệu suất cũng như chất lượng sảnphẩm tốt nhất Những vỏ bao bì được dán nhãn không bị nếp gấp, nhăn nhúm haybong bóng tạo được thẩm mỹ cao cho vỏ chai,vỏ hộp, lọ Các loại máy móc được ứngdụng đã giúp cho doanh nghiệp giảm thiểu các chi phí như nhân công, thời gian vàtăng hiệu suất lên đáng kể

Nhãn được dán ở đây là loại băng một mặt, được cung cấp sẵn ở dạng cuộn

Ngoài ra máy dán nhãn có sử dụng màn hình điều khiển LCD làm cho công việc đượcthuận lợi và dễ dàng hơn

- Thích hợp cho ngành dược phẩm, thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm, thuốc trừ sâu, nônghóa chất

- Máy dán nhãn sử dụng cho cả chai có khía, rãnh và chai có cổ

- Bảng điều khiển của máy dán nhãn nhỏ gọn tiện lợi khi thao tác

- Tiết kiệm lượng keo tiêu thụ nhờ sử dụng hệ thống dán theo dải

- Sử dụng Thép không gỉ 304

- Tiết kiệm chi phí nhân công

- Dán chính xác, dễ vận hành

- Máy nhỏ gọn, di chuyển dễ dàng

Một sản phẩm đã có trên thị trường:

Hình 1.1

Đặc tính:

Máy dán nhãn chai tròn thích hợp dùng để dán nhãn chai tròn, các vật trụ tròn

Đầu dán nhãn sử dụng motor servo tinh độ cao để điều khiển xuất nhãn

Sử dụng lập trình điều khiển PLC, màn hình cảm ứng, giao diện thao tác Trung-AnhKết cấu máy đơn giản, chặt chẽ, bảo hành bảo trì tiện lợi

Thiết bị phân chai thông dụng, khi thay đổi qui cách chai không cần thanh linh kiện, chỉ cần điều chỉnh

 Nguyên lý hoạt động :

Chai được cấp tới băng tải sẽ đi qua khe hở của con lăn di động và con lăn cố định Khi phát hiện chai bởi cảm biến thì động cơ bước quay cấp nhãn khi 1 nữa dẫn động bằng cặp ma sát Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột , chai từ băng tải tới nhãn dán dính vào chai sau đó được dán chặt ma băng ma sát nếu có 1 chai

do dán nhãn không chính xác sẽ được nhận biết do cảm biến quang , chai được đưa ra ngoài do cơ cấu gạt trong đó chai và nhãn dán được nhận biết nhờ các bộ phận cám biến quang và cảm biến màu

Dưới tác dụng kéo của băng tải, lực ép của lò xo ,các con lăn di động thì nhãn sẽ được dán lên chai.

1.2.PHÂN LOẠI MÁY DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG

Trên thực tế hiện nay có nhiều loại dán nhãn sau:dùng băng ma sát (nhiều loại), dùng con lăn di động, dùng cơ cấu kẹp thủy lực

1.2.1 Máy dán nhãn dùng con lăn di động:

9 Dưới tác động của băng tải , lực kéo của lò xo 7, các con lăn di động thì nhãn được dán lên chai.

 Ưu điểm Cơ cấu đơn giản , năng suất cao.

 Nhược điểm: Khả năng dán chính xác thấp , dễ bung ra sau khi dán , yêu cầu

nhãn dán phải có keo 2 mặt điều này dẫn đến giá thành tăng , gây rất nhiều khó khăn cho việc giữ vệ sinh sau khi dán , nhìn chung phương án này không khả thi

1.2.2 Dùng cơ cấu kẹp thủy lực:

Hình 1.3

 Nguyên lý hoạt động:

Nhờ cơ cấu kẹp bằng thủy lực được dẫn hướng bằng hai rảnh, hai xylanh thủy lực được điều khiển do tín hiệu phát ra từ cảm biến màu , khi chai cách nhãn 1 khoảng cách cố định , cảm biến màu nhận ra chai sẽ điều khiển 2 thanh kẹp kẹp chai lại đồng thời dán nhãn lên chai

 Ưu điểm: Độ chính xác cao , năng suất lớn.

 Nhược điểm :Máy móc phức tạp , khó chế tạo, yêu cầu băng keo 2 mặt nên giá

thành cao, gây rất nhiều khó khăn cho việc giữ vệ sinh sau khi dán hoặc cộngthêm công đoạn dán lớp nilong vào mặt ngoài làm cho giá thành cao

1.2.3 Dùng cơ cấu ma sát

1.2.3.1 Loại 1:

Hình 1.3

 Nguyên lý hoạt động

Chai di chuyển trên băng tải đồng thời được quay tròn nhờ cơ cấu ma sát , trên băng

ma sát được căng cuộn băng keo 2 mặt , khi chai lăn không trượt sẽ cuốn theo nhãn chai , nhãn chai sẽ được dán cứng nhờ được lăn ép trên băng ma sát

 Ưu điểm : độ chính sát cao, ít phế phẩm.

 Nhược điểm : cũng như nhưng cái ở trên cũng phải nhãn dán có băng keo 2

mặt nên giá thành cao và vấn đề vệ sinh sau khi dán nhãn

1.2.3.2 Loại 2:

Hình 1.4

 Nguyên lý hoạt động:

Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột , chai từ băng tải tới nhãn dán dính vào chai sau đó được dán chặt ma băng ma sát nếu có 1 chai do dán nhãn không chính xác sẽ được nhận biết do cảm biến quang , chai được đưa ra ngoài do cơ cấu gạt trong đó chai và nhãn dán được nhận biết nhờ các bộ phận cám biến quang và cảm biến màu

 Ưu điểm: Năng xuất cao, độ chính xác lớn, cơ cấu đơn giản.

 Nhược điểm : Chi phí ban đầu cao do yêu cầu các cơ cấu phải chính xác

1.3KẾT LUẬN:

Qua các ưu điểm , nhược điểm của các loại máy dán nhãn trên , ta chọn máy dánnhãn chai tự động dùng băng ma sát loại 2

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH NGUYÊN LÍ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

bằng cặp ma sát Dưới tác dụng kéo của băng tải, lực ép của lò xo ,các con lăn di động thì nhãn sẽ được dán lên chai.

 Ưu điểm: cơ cấu đơn giản , năng xuất cao.

 Nhược điểm: khả năng dán chính xác thấp , dễ bung ra sau khi dán , yêu cầu

nhãn dán phải có keo 2 mặt điều này dẫn đến giá thành cao , gây rất nhiều khó khăn cho việc vệ sinh sau khi dán

là sản xuất, băng chuyền giảm nguy cơ chấn thương lưng, đầu gối, vai và chấn thương chỉnh hình khác

- Việc sử dụng băng tải công nghiệp khác nhau tùy theo vị trí, loại sản phẩm đang được di chuyển, khoảng cách mà đối tượng sẽ được di chuyển Tiêu chuẩn cho băng tải được đo lường và xác định bởi tải trọng tối đa, trọng lượng của sản phẩm, số lượng các mảnh trên một đơn vị thời gian, tải trọng, tốc độ và dòng chảy của vật liệu

- Có hai loại chính của băng tải trong sản xuất hiện nay Băng tải cao su là loại phổ biến nhất Một băng tải cao su thường là một vành đai vô tận làm của một số loại vải hay cao su Các vòng cao su di chuyển giữa các ròng rọc với hỗ trợ tại các điểm trung gian dọc theo chu vi vành đai Băng tải cao su có thể mang theo nhiều loại vật liệu khác nhau Các vật liệu có thể là những tảng đá có kích thước như quặng hoặc bột nguyên chất Tốc độ sẽ khác nhau tùy theo nhu cầu của các thiết bị sản phẩm và chế biến

2.2.1.2 Cấu tạo:

 Khung băng tải

 Rulo chủ đông, rulo bị động

 Cơ cấu dẫn hướng

 Cơ cấu tăng đơ, dây băng tải

 Động cơ và bộ giảm tốc

2.2.1.3.Nguyên lí hoạt động của băng tải:

Khi rulô chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa rulô vàdây băng băng tải Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tải khi dây băng tải gầu

bị trùng thì ta điều chỉnh rulô bị động để dây băng tải căng ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băng tải và Rulô sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ được

di chuyển nhờ vào chuyển động của băng tải Để tránh băng tải bị võng, người ta dùng các Con lăn đặt ở phía dưới bề mặt băng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma sát trênđường đi của băng tng wuoc61ải Băng tải cao su được bao bọc bởi chất liệu cao su chất lượng cao, bên trong làm bằng chất liệu Polyester, một loại sợi tổng hợp và sợi Poliamit, có đặc tính rất bền, chịu được nước, chịu được thời tiết ẩm, Dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma sát cao Một yếu tố rất quan trọng là hệ số giãn dây băng tải phải rất thấp , vận chuyển được nhiều, có thể chuyển được vật liệu ở khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao

Hình 2.2

2.2.2 Cơ cấu cấp nhãn

Là nơi chứa cuộn nhãn dán, thực hiện việc cấp nhãn dán cho chai khi nhận được lệnh điều khiển

Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu sáng tách riêng Bộ phát truyền ánh sáng đi

và bộ thu nhận ánh sáng Nếu có vật thể chắn nguồn sáng giữa hai phần này thì sẽ có tín hiệu ra của cảm biến

 Mất nhiều thời gian để chỉnh vị trí lắp đặt

 Mất nhiều thời gian nối dây vì có 2 dây riêng biệt

 Giá thành sản phẩm cao

 Ví dụ ứng dụng:

1 Kiểm soát cổng ra vào: Thông thường cổng ra vào có kính mờ / tối che ngoài Bởi vậy cần loại thu phát có cường độ sáng cao để xuyên qua lớp kính Omron đi đầu trên thế giới về loại cảm biến quang sử dụng trong các ứng dụng này

2 Môi trường khắc nghiệt: ví dụ trạm rửa xe, hoặc môi trường nhiều bụi, cần có cảm biến cường độ sáng cao.

3 Các ứng dụng rộng rãi khác trong tự động hóa công nghiệp, đặc biệt trong trường hợp cần xác định vị trí của vật thể

2.2.2.3.Phản xạ gương

Bộ phát truyền ánh sáng tới một gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản xạ lại tới bộ thu sáng của cảm biến Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến sẽ phát tín hiệu ra

 Ưu điểm:

 Giá thành thấp hơn loại thu phát

 Lắp đặt dễ hơn loại thu phát

 Chỉnh định dễ dàng

 Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể dùng kính lọc phân cực

 Nhược điểm:

 Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát (E3Z-R: chỉ được 4-5m)

 Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương

 Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một số khoảng cách ngắn nhất định

Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp Loại này có

sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và giá thành hợp lý

Ví dụ ứng dụng:

 Phát hiện vật trên băng chuyền

 Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy

 Phát hiện chai nhựa trong (khi dùng loại thích hợp)

 Kiểm soát cửa / cổng ra vào trong các tòa nhà

2.2.2.4.Phản xạ khuếch tán

Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra

Ưu điểm:

Lắp đặt đơn giản, dễ dàng

 Bởi vậy việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu có nền màu đen sau vật.

 Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại Thu phát và Phản xạ gương

Thông thường, nếu không cần độ chính xác cao, hoặc khó khăn trong việc lắp đặt gương, người ta sẽ dùng loại phản xạ khuếch tán

Ví dụ ứng dụng:

 Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy: như phát hiện vật trên băng chuyền

 Công nghiệp chế tạo gạch men (dùng loại nguồn sáng rộng)

Tín hiệu ra của cảm biến sẽ có khi bộ thu không nhận được ánh sáng

Cảm biến thu phát và phản xạ gương thường hoạt động ở chế độ D-On này Vật thể ngăn tia sáng và kích hoạt tín hiệu ra

2.2.2.Cần gạt

Hình 2.7 Động cơ servo

 Sử dụng động cơ servo kết nối với vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biên

để gạt sản phẩm không đạt chất lượng , không có nhãn chai

 Động cơ servo có ưu điểm nhỏ gọn ,dễ điều khiển, dễ sử dụng dòng điện nhỏ để hoạt động ,và hoạt động chính xác

2.2.4.Động cơ

 Số lượng vòng quay phụ thuộc vào điện áp đầu vào

 Với các thông số băng tải thì động cơ trên là phù hợp

 Động cơ nhỏ gọn, nhưng vẫn đáp ứng đủ các yêu cầu của hệ thống

2.2.5 Xy lanh khí nén

Hình 2.9 pit tông khí nén

 Xy lanh khí nén là gì?

Xy lanh khí nén (đôi khi được gọi là xi lanh khí) là các thiết bị cơ được chạy bằng khí

nén (thường là không khí)

Để thực hiện chức năng của nó, xi lanh khí nén truyền động một lực lượng bằng cách chuyển đổi năng lượng tiềm năng của khí nén thành động năng Điều này được thực hiện bằng khí nén có khả năng mở rộng, không phụ thuộc vào năng lượng bên ngoài,

mà tự nó xảy ra do sự chênh áp được thiết lập bởi khí nén được ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển Sự giãn nở không khí tác động đến một piston di chuyển theo hướng mong muốn

Hoạt động chung: Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với một đầu của

piston và do đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh Lượng khí này lớn dần sẽ làm piston di chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra công và làm thiết bị bên ngoài hoạt động

Chức năng đặc biệt: Tùy thuộc vào thiết kế của hệ thống, xi lanh khí nén có thể hoạt

động trong nhiều cách khác nhau Ví dụ như có khả năng thực hiện nhiều nét mà không cần sự can thiệp trung gian, để thực hiện một cú đánh đầy đủ với điểm dừng trung gian, phải được điều chỉnh để kiểm soát lượng mở rộng và / hoặc co rút của thanh piston lần actuated

Phân loại: Mặc dù xi lanh khí nén sẽ khác nhau về hình dạng, kích thước và chức

năng, nhưng chúng ta có thể phân loại chúng thường rơi vào một trong các loại cụ thể dưới đây Tuy nhiên cũng có rất nhiều các loại xi lanh khí nén có sẵn, rất nhiều trong

số đó được thiết kế để thực hiện các chức năng cụ thể và chuyên ngành

 Xi lanh tác động đơn: là loại xy lanh mà sử dụng khí nén của không khí để

dịch chuyển xy lanh theo một hướng nhất định

 Xi lanh tác động kép: Double Acting xi lanh (DAC) sử dụng lực lượng của

không khí di chuyển trong cả hai mở rộng và rút lại đột quỵ Họ có hai cổng để cho phép không khí trong, một cho outstroke và một cho instroke

2.2.6 Hình dạng chai:

Tất cả các loại chai tròn Ø 6cm

Hình 2.9.1