Ứng dụng 8051 Mô Hình Dây Chuyền Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Dùng Cánh Tay Khí Nén (Có Code và Giải Thuật)

LỜI CẢM ƠN Trước tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường đại học GTVT TPHCM đã tạo điều kiện cho chúng em có một môi trường học tập tốt với cơ s

Trang 1

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ _

ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ

MÔ HÌNH DÂY CHUYỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU

CAO DÙNG CÁNH TAY KHÍ NÉN

GIẢNG VIÊN: Th.s Nguyễn Thanh Sơn Thành viên nhóm 12: Nguyễn Viết Hai TD15A 1551030229

Đặng Trường Anh TD15A 1551030208

Tô Quang Tấn TD15B 1551030260 Phan Quốc Vàng TD15B 1551030274

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN

TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY - KHÍ

Tên đồ án: MÔ HÌNH DÂY CHUYỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

DÙNG CÁNH TAY KHÍ NÉN.

Phân công nội dung và công việc thực hiện của nhóm 12:

NGÀY NHẬN CÔNG VIỆC

NGÀY HOÀN TẤT

1 Nguyễn Viết Hai - Phân chia công việc

- Thiết kế tay ghắp

- Lập trình cho khối điều khiển

- Đi dây điện

2 Tô Quang Tấn - Lên ý tưởng

- Thiết kế xylanh đẩy sản phẩm

- Chỉnh sửa đồ án

- Vẽ mô hỉnh 3d băng tải

3 Đặng Trường Anh - Mua linh kiện

- Thiết kế khối điều khiển

- Phụ thiết kế tay ghắp

- Đi in 3d

4 Phan Quốc Vàng - Mua linh kiện

- Thiết kế bình tích áp

- Phụ chỉnh sửa đồ án

- Lắp ráp dây chuyền

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường đại học GTVT TPHCM đã tạo điều kiện cho chúng em có một môi trường học tập tốt với cơ sở khang trang đầy đủ tiện nghi, tạo điều kiện lợi cho việc học tập và làm báo cáo của em

Em xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thanh Sơn đã tạo nhiều điều kiện, hướng dẫn tận tình cụ thể, phát huy cho chúng em tính tự học, tự tìm hiểu và khảo sát các các loại van, xi lanh và cách thức hoạt động của chúng, qua sự hướng dẫn tận tình của Thầy, tuy có gặp đôi chút khó khăn vì kiến thức còn hạn chế của chúng em nhưng đồ án nhóm em đã kịp hoàn thành đúng tiến độ Không có gì quý giá hơn lời cảm ơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và kính trọng xin gửi đến các quý thầy cô giáo

Tp.HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2018

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Chữ kí của giáo viên hướng dẫn

Trang 5

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 7

DANH MỤC CÁC BẢNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 8

LỜI NÓI ĐẦU 9

PHẦN 1: MÔ TẢ 10

1.1 Tên đồ án 10

1.2 Chức năng 10

1.3 Ký hiệu, chức năng, Giản đồ hành trình bước 10

PHẦN 2: THIẾT KẾ 14

2.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống khí nén 14

2.2 Cơ cấu chấp hành ( Xylanh khí nén ) 14

2.2.2 Khái niệm, chức năng, phân loại 14

2.2.3 Cấu tạo xy lanh tác động kép 15

2.2.4 Công thức tính toán xy lanh 15

2.2.5 Tính toán áp suất xy lanh cho Cơ cấu nâng tay 17

2.2.6 Tính toán áp suát cho xylanh đẩy tay 21

2.2.6 Tính toán áp suát cho xylanh ghắp vật 23

2.2.6 Tính toán áp suất cho xylanh xoay bàn 25

2.2.6 Tính toán áp suất cho xylanh đẩy vật 26

2.3 Van khí nén điện từ: 27

2.3.1 Khái niệm và phân loại 28

2.3.2 Ưu và nhược điểm 29

2.3.3 Van điện từ được sử dụng trong đồ án - Van 5/2: 29

2.4 Bình tích áp: 33

2.3.1 Hình dạng: 33

3.1.2 Tính lưu lượng khí 34

3.1.3 Áp suất làm việc cho toàn quá trình: 34

3.1.4 Để chọn bình tích áp, bạn cần tính toán theo công thức dưới đây: 34

2.5 ĐIỀU KHIỂN 36

2.1.1 Relay 36

Trang 6

2.1.2 VI ĐIỀU KHIỂN 8051 40

2.1.3 Mô phỏng mạch điều khiển 44

2.1.4 Mô phỏng 3D 45

2.1.4 Mạch in khối điều khiển 46

PHẦN 3: KẾT LUẬN 47

4.1 Mô hình thực tế 47

4.2 Code 49

4.3 Tài liệu tham khảo 54

Trang 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Hình 1: Mô tả hệ thống bằng FluidSim

Hình 2 Giản đồ hành trình bước, thời gian ứng với trường hợp 1

Hình 3 Giản đồ hành trình bước, thời gian ứng với trường hợp 1

Hình 4 Cấu tạo của xy lanh kép

Hình 5 Biểu diễn mô hình xylanh

Hình 6 Biểu diễn 2 xylanh nâng hạ

Hình 7 Mô hình xylanh nâng hạ

Hình 8 Mô hình thực tế xylanh đẩy, thu

Hình 9 Mô hình thực tế xylanh gắp

Hình 10 Mô hình thực tế xylanh đẩy vật

Hình 11 Mô phỏng van 5/2, và hình thực tế

Hình 12 Catlogue van 5/2 hãng

Hình 13 Mô hình thực tế van sử dụng trong đồ án

Hình 14 Hình dạng bình tích áp sử

Hình 15 Hình ảnh thực tế relay điện

Hình 16 Sơ đồ các chân của relay

Hình 17 Hình ảnh thực tế của module Relay kích mức thấp

Hình 18 Hình ảnh thực tế của module Relay kích mức cao

Hình 19 Module Relay thực tế

Hình 20 Hình ảnh khối relay thực tế

Hình 21 Sơ đồ chân 8051

Hình 22 Sơ đồ chân port 0 và cách mắc điện trở kéo

Hình 23 Sơ đồ nối chân EA trong 8051

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Bảng 1: ký hiệu và nhiệm vụ các xylanh

Bảng 2: Ký hiệu và các đầu tác động tín hiệu

Bảng 3: Ký hiệu và nhiệm vụ các Công tắc hành trình

Trang 9

LỜI NÓI ĐẦU Sau khi kết thúc môn học Kỹ thuật điều khiển thủy - khí Và với những gì nhóm em đã tích ghóp được từ môn học này và kết hợp kiến thức của những môn học trước Nhóm em quyết định

chọn đồ án " MÔ HÌNH DÂY CHUYỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO DÙNG

CÁNH TAY KHÍ NÉN"

Trong quá trình làm đồ án, do kiến thức còn hạn chế, tài liệu chưa đầy đủ nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi sai sót Em rất mong sự chỉ bảo của quý thầy cô và sự đóng ghóp ý kiến của các bạn đẻ nhóm em có thể hoàn thành tốt hơn những đề tài sau

Đồ án được chia làm 3 phần

Phần 1: Mô tả:

- Mô tả chi tiết đồ án, nhiệm vụ của từng xylanh, công tắc hành trình

- Mô tả hành trình của từng xylanh theo 2 trường hợp (2 độ cao được đo bằng 2 cảm biến)

- Mô tả chi tiết nhiệm vụ của từng van điều khiển

- Thiết kế giản đồ hành trình theo thời gian cho 2 trường hợp

- Hệ thống các linh kiện sử dụng trong đồ án, mã sản phẩm, chủng loại, giá thành Phần 2: Thiết kế

- Mô tả tổng quan về từng linh kiện sử dụng trong đồ án

- Thiết kế chi tiết, tính toán lưu lượng và áp suất làm việc của các xylanh

- Thiết kế bộ điều khiển gồm: vi điều khiển 8051 và module 16 relay

- Thiết kế bình tích áp, tính toát và sử dụng

Trang 10

PHẦN 1: MÔ TẢ

1.1 Tên đồ án

MÔ HÌNH DÂY CHUYỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU

CAO DÙNG CÁNH TAY KHÍ NÉN

1.2 Chức năng

Tóm tắt chức năng: Bỏ vật vào khoang gạt, ghạt vật từ khoang ghạt bằng xylanh E Dy chuyển vật bằng băng tải, về phía cánh tay Dừng băng tải bằng 2 cảm biến gắn song song nhau và gắn ở cuối hành trình của băng tải Cánh tay sẽ tùy vào chiều cao của vật, sẽ ghắp vật và để vào 2 thùng hàng ở 2 độ cao khác nhau

1.3 Ký hiệu, chức năng, Giản đồ hành trình bước

1.3.1 Ký hiệu chức năng

- Đồ án nhóm em đả thiết kế sử dụng 5 xylanh đảm nhiệm các nhiệm vụ khác nhau

Hình 1: Mô tả hệ thống bằng FluidSim

Trang 11

- Ký hiệu xylanh và nhiệm vụ của các xy lanh trình bày trong Bảng 1

Bảng 1: ký hiệu và nhiệm vụ các xylanh

- Ký hiệu và nhiệm vụ các Valve điều khiển khí nén

Ký hiệu Điều khiển Xylanh điều khiển Xylanh

đi ra điều khiển xylanh đi vào Loại valve

Bảng 2: Ký hiệu và các đầu tác động tín hiệu

- Ký hiệu và nhiệm vụ các công tắc hàng trình

Bảng 3: Ký hiệu và nhiệm vụ các Công tắc hành trình

1.3.2 Chi tiết hoạt động và Giản đồ hành trình bước

Hệ thống hoạt động như sau:

- Khi bấm START hệ thống bắt đầu hoạt động, băng tải chạy để di chuyển vật về phía cảm biến, các xy lanh đều ở vị trí như trong Hình 1 Các CTHT LA1, LB1, LC1, LD1, bị tác động

- Khi cảm biến phát hiện vật thì động cơ dừng, lúc này xylanh E đẩy vật ra băng tải khi chạm LE2 thì rút về chờ tín hiệu để đẩy vật ra tiếp ( để tránh tình trạng do quán tính của băng tải ảnh hưởng đến hàng thì phải chờ đến khi cảm biến phát hiện làm băng tải ngừng )

- Khi cảm biến phát hiện ra vật, vì có 2 cảm biến phát hiện 2 vật có chiều cao khác nhau nên sẽ có 2 trường hợp xảy ra như sau:

Trang 12

+ Trường hợp 1: Cảm biến K1 phát hiện và cảm biến K2 không phát hiện vật Lúc này các xylanh hoạt động theo từng nhịp như sau:

1 Xylanh A đẩy tay ra về phía vật, LA1 hết tác động, khi xylanh A chạm LA2 thì dừng

2 Xylanh B khép lại để gắp vật, LB1 hết tác động, khi xylanh B chạm LB2 thì dừng

3 Xylanh A rút về để thu tay lại, LA2 hết bị tác động, khi xylanh A chạm LA1 thì dừng

4 Xylanh C xoay cánh tay về phí thùng hàng ở tầng 1, LC1 hết bị tác động, khi xylanh C chạm LC2 thì dừng

5 Xylanh A đẩy tay vào trong thùng hàng, LA1 hết tác động, khi xylanh A chạm LA2 thì dừng

6 Xylanh B mở ra để thả vật vào thùng hàng, LB1 hết tác động, khi xylanh B chạm LB2 thì dừng

8 Xylanh C xoay cánh tay về vị trí ban đầu, và tiếp tục quá trình gắp hàng khi K1 phát hiện và K2 không phát hiện

Hình 2 Giản đồ hành trình bước, thời gian ứng với trường hợp 1

Trang 13

+ Trường hợp 2: Cảm biến K1 phát hiện và cảm biến K2 cũng phát hiện vật Lúc này các xylanh hoạt động theo từng nhịp như sau:

1 Xylanh A đẩy tay ra về phía vật, LA1 hết tác động, khi xylanh A chạm LA2 thì dừng

2 Xylanh B khép lại để gắp vật, LB1 hết tác động, khi xylanh B chạm LB2 thì dừng

4 Xylanh C xoay cánh tay về phí thùng hàng ở tầng 2, LC1 hết bị tác động, khi xylanh C chạm LC2 thì dừng

5 Xylanh D nâng cánh tay lên tầng 2, LD1 hết bị tác động, khi xylanh D chạm LD2 thì dừng Lúc này cánh tay đang ở tầng 2

6 Xylanh A đẩy tay vào trong thùng hàng, LA1 hết tác động, khi xylanh A chạm LA2 thì dừng

7 Xylanh B mở ra để thả vật vào thùng hàng, LB1 hết tác động, khi xylanh B chạm LB2 thì dừng

9 Xylanh D hạ cánh tay xuống, LD2 hết bị tác động, khi xylanh D chạm LD1 thì dừng Lúc này cánh tay đang ở sàn

10 Xylanh C xoay cánh tay về vị trí ban đầu, và tiếp tục quá trình gắp hàng khi K1 phát hiện và K2 phát hiện

Hình 3 Giản đồ hành trình bước, thời gian ứng với trường hợp 1

- Khi bấm STOP hệ thống dừng hoạt động

Trang 14

PHẦN 2: THIẾT KẾ

2.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống khí nén

2.2 Cơ cấu chấp hành ( Xylanh khí nén )

2.2.2 Khái niệm, chức năng, phân loại

- Khái niệm: Xy lanh khí nén ( hay ben khí nén) là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén

- Chức năng:

+ Xy lanh khí nén hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, khiến pít tông của xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó truyền động đến thiết bị

+ Khi đưa khí nén vào xi lanh, và lượng khí được đưa vào tăng dần lên, theo đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh và khiến pít tông dịch chuyển, truyền động điều khiển thiết bị bên ngoài

- Phân loại:

+ Xy lanh tác động đơn: Là loại xy lanh sử dụng khí nén để dịch chuyển pít tông xy lanh dịch chuyển theo hướng nhất định

CƠ CẤU GHẮP

CƠ CẤU CHẤP HÀNH

PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN

NGUỒN KHÍ

ĐIỀU KHIỂN ( ĐIỆN - KHÍ )

Trang 15

+ Xy lanh tác động kép: Double Acting(DAC) là loại xy lanh cho phép ứng dụng lực đẩy khí nén hai hướng hành trình di chuyển, cơ cấu dẫn động có thanh đẩy ở hai đầu pít tông

2.2.3 Cấu tạo xy lanh tác động kép

Hình 4 Cấu tạo của xy lanh kép

Cấu tạo của xy lanh kép gồm 6 bộ phận

1 Thân trụ ( Barrel )

2 Cần Pít tông ( Piston )

3 Trục pít tông ( Piston rod )

4 Lỗ cấp (thoát) khí dưới ( Cap-end port )

5 Lỗ cấp (thoát) khí trên ( Rob-end port)

6 Vỏ xy lanh ( tie rob ).e2

2.2.4 Công thức tính toán xy lanh

- Trong đồ án nhóm em đã sử dụng 6 xy lanh kép, nên việc tính toán chọn thiết bị quy về bài toán cho xy lanh kép

- Mối liện hệ giữa vận tốc và lưu lượng:

Q = A × v Trong đó:

Q: Lưu lượng cần ( 𝑐𝑚3 /𝑠)

A: Diện tích làm việc ( 𝑐𝑚2 )

V: vận tốc chuyển động cần xy lanh ( cm/s)

- Lực tác động cho cần đi ra:

Trang 16

𝐹𝑟𝑎 = 𝐴1× 𝑃e2× 𝛾 =𝜋×𝐷

4 × 𝑃e2× 𝛾 (CT 2.2.4.1) Trong đó:

𝐹𝑟𝑎: Lực tác động khi cần đi ra (paN)

𝐴1: Diện tích mặt đáy pít tông ( 𝑐𝑚2)

𝐷: Đường kính mặt đáy pít tông ( cm )

𝑃e2: Áp suất khí nén trong xy lanh ( bar )

𝛾: Hiệu suất xy lanh, thông thường 𝛾 = 0,8

- Lực tác động cho cần đi vào:

𝐹𝑣𝑎𝑜 = 𝐴2× 𝑃e2× 𝛾 =𝜋×(𝐷2−𝑑2)

4 × 𝑃e2 × 𝛾 (CT 2.2.4.2) Trong đó:

𝐹𝑟𝑎: Lực tác động khi cần đi vào (kN)

𝐴2: Diện tích vòng găng pít tông ( 𝑐𝑚2)

𝐷: Đường kính mặt đáy pít tông ( mm )

𝑑: Đường kính cần pít tông ( mm )

𝑃e2: Áp suất khí nén trong xy lanh ( bar )

𝛾: Hiệu suất xy lanh, thông thường 𝛾 = 0,8

- Lực tác động lên xy lanh ở một mặt nghiêng bất kỳ:

Hình 5 Biểu diễn mô hình xylanh

- Áp dụng định luật Newton 2 cho cơ hệ ta có:

𝐹𝑟𝑎 = 𝐹𝑚𝑠+ 𝑃𝑚 = 𝐹𝑚𝑠+ 𝑚 × 9.8 (CT 2.2.4.3) Trong đó:

Trang 17

𝐹𝑟𝑎: Lực tác dụng vào cần pít tông ( N )

𝐹𝑚𝑠: Lực ma sát tác dụng vào vật ( N )

𝑃𝑚: Trọng lực tác dụng vào vật ( N )

M: khối lượng của vật ( kg)

2.2.5 Tính toán áp suất xy lanh cho Cơ cấu nâng tay

2.2.5.1 Áp suất cho hành trình nâng

Hình 6 Biểu diễn 2 xylanh nâng hạ

- Các thông số cho trước như sau: Ở đây vì nhớt bôi trơn các cơ cấu con chạy có hệ số ~ 0

Nên để tiện cho việc tính toán bỏ qua ma sát trong trường hợp này Các thông số đã được kiểm

chứng

+ Xy lanh dùng cho cơ cấu có thông số: Đường kính D = 16(mm), đường kính trục pít tông d = 8( mm ), hành trình H = 200 (mm)

+ Tổng khối lượng đòn tay 𝑚1 = 2 ( kg )

+ Khối lượng kiện hàng 𝑚2 = 0,2 ( kg )

+ Vì muốn tăng sức nâng và vẫng giữ nguyên vận tốc và áp suất nên bố trí 2 xy lanh ở 2 đầu cánh tay, minh họa ở hình trên

- Áp dụng công thức (CT 2.2.4.3) ta có Lực tác dụng vào cần pít tông:

Trang 19

2.2.5.1 Áp suất cho hành trình hạ

Trang 20

Hình 7 Mô hình xylanh nâng hạ

- Diện tích làm việc của xylanh:

Trang 21

2.2.6 Tính toán áp suát cho xylanh đẩy tay

Hình 8 Mô hình thực tế xylanh đẩy, thu

- Các thông số đã cho trước:

+ Khối lượng (bao gồm vật): 0,5 Kg

+ Pít tông có các thông số ( chọn theo chuẩn ISO 6022):

* D = 12 (mm) = 0.012 (m)

* d = 4 (mm) = 0.04 (m)

* H= 100 (mm) = 0.1 (m) + Lực tác dụng: F = 4,9 (N)

Trang 23

2.2.6 Tính toán áp suát cho xylanh ghắp vật

Hình 9 Mô hình thực tế xylanh gắp

Trang 24

+ Khối lượng (bao gồm vật): 0,5 Kg

* D = 12 (mm) = 0.012(m)

* d = 4 (mm) = 0.004(m)

* H = 50 (mm) = 0,05 (m) + Lực tác dụng cần thiết để giữ chắc vật: F = 4,9 (N) Chọn F = 2 x 4,9 = 9,8 (N)

Trang 25

2.2.6 Tính toán áp suất cho xylanh xoay bàn

+ Khối lượng (bao gồm vật, cánh tay): 3 Kg

* D = 12(mm) = 0.012 (m)

* d = 4(mm) = 0.004 (m)

* H = 100 (mm) = 0.1 (m) + Lực tác dụng cần thiết để xoay bàn: F = 35 (N)

𝑝ℎ) Công suất sinh ra cho cả quá trình = 4 × 𝑊1 = 6999 (W)

Trang 26

2.2.6 Tính toán áp suất cho xylanh đẩy vật.

Hình 10 Mô hình thực tế xylanh đẩy vật

Trang 27

2.2.6 Tính toán áp suất cho xylanh đẩy vật

+ Khối lượng (bao gồm vật, cánh tay): 0,5 Kg

* D = 12(mm) = 0.012 (m)

* d = 4(mm) = 0.004 (m)

* H = 100 (mm) = 0.1 (m) + Lực tác dụng cần thiết để đẩy vật ra khỏi khay: F = 5 (N)

𝑝ℎ) Công suất sinh ra cho cả quá trình = 4 × 𝑊1 = 1000 (W)

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	3,01 MB