Phân loại sử dụng Cánh tay robot
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG
Giới Thiệu Chung
Ngày nay, điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý và công nghiệp tự động hóa Để phát triển nền khoa học kỹ thuật, việc áp dụng hiệu quả các công nghệ tự động là cần thiết Trong dây chuyền sản xuất tự động hóa, hệ thống băng tải và nâng gắp phân loại sản phẩm là những khâu tự động quan trọng Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn sử dụng lao động thủ công trong khâu phân loại và đóng bao bì, dẫn đến năng suất thấp Nhằm nâng cao hiệu suất lao động và đảm bảo độ chính xác, chúng tôi quyết định thiết kế mô hình băng chuyền phân loại sản phẩm, phù hợp với thực tế sản xuất và góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội.
Tự động hóa là quá trình thực hiện công việc mà không cần sự can thiệp trực tiếp từ con người.
Tự động hóa là quá trình thực hiện nhiệm vụ đặc biệt nhờ vào mạch điện truyền động điện, và đã chứng tỏ hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất, vốn và hàng hóa tiêu dùng Tất cả các loại hình sản xuất đều có thể hưởng lợi từ việc áp dụng tự động hóa để tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất.
Hệ thống tự động hóa kết hợp giữa điện – điện tử và cơ khí, ví dụ như trong việc điều khiển băng tải phân loại sản phẩm, bao gồm cả phần cơ khí (băng tải, cánh tay) và phần điện (hệ thống cấp điện cho động cơ) Tự động hóa là quá trình thay thế sức lao động của con người trong các quy trình công nghệ hoặc chuyển động chính bằng máy móc.
1.1.1.3 Vai Trò Của Tự Động Hóa.
Tự động hóa trong sản xuất giúp giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, là yếu tố quan trọng trong việc phát triển công nghiệp Giá thành sản phẩm quyết định khả năng cạnh tranh, đặc biệt khi đối mặt với lạm phát và chi phí tăng cao Do đó, ngành chế tạo cần tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu để giảm chi phí Đồng thời, nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm làm tăng độ phức tạp trong gia công, dẫn đến giảm khối lượng công việc đơn giản và giảm chi phí đào tạo nhân công Tất cả những yếu tố này tạo động lực mạnh mẽ cho sự phát triển của tự động hóa.
Tự động hóa trong sản xuất giúp cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao hiệu quả quản lý Các quy trình sản xuất truyền thống thường phụ thuộc nhiều vào lao động thủ công, dẫn đến sự không ổn định về thời gian làm việc, chất lượng sản phẩm và năng suất Việc áp dụng tự động hóa không chỉ loại bỏ những nhược điểm này mà còn thay đổi tính chất lao động, mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 2 nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, đặc biệt trong các lĩnh vực có nguy cơ cao, nặng nhọc và tính chất công việc lặp đi lặp lại Điều này nhằm giảm bớt sự phân biệt giữa lao động trí óc và lao động chân tay, tạo ra môi trường làm việc an toàn và hiệu quả hơn.
Tự động hóa quy trình sản xuất là giải pháp cần thiết để đáp ứng nhu cầu lao động sản xuất hiện đại Đối với các sản phẩm có sản lượng lớn như đinh và bóng đèn điện, việc áp dụng sản xuất thủ công là không khả thi, vì không thể đạt được hiệu suất cần thiết với số lượng tối thiểu.
Tự động hóa trong sản xuất giúp chuyên môn hóa và hoán đổi quy trình sản xuất, cho phép các nhà sản xuất sử dụng nhiều nhà thầu để cung cấp các bộ phận riêng lẻ, từ đó lắp ráp thành sản phẩm hoàn chỉnh như ô tô hay máy bay Phương thức này mang lại nhiều lợi ích, như tăng cường chuyên môn và cải tiến chất lượng sản phẩm trong các lĩnh vực hẹp Các nhà thầu có thể sản xuất hàng loạt và cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nâng cao khả năng tiêu chuẩn hóa sản phẩm Mặc dù tiêu chuẩn hóa có vai trò quan trọng, nhưng không nên quá đề cao nó, vì thiếu tiêu chuẩn hóa chỉ làm tăng thời gian sản xuất mà không cản trở quá trình Tự động hóa là yếu tố then chốt để đạt được tiêu chuẩn hóa hiệu quả, cho phép sản xuất các sản phẩm đồng nhất với số lượng lớn.
Trong môi trường kinh tế thị trường, lợi nhuận từ sản phẩm thường rất thấp, vì vậy việc sản xuất quy mô lớn và tự động hóa là cần thiết để giảm giá thành và nâng cao hiệu quả kinh tế Sự cạnh tranh sẽ loại bỏ những nhà sản xuất không đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng, buộc họ phải cải tiến công nghệ và áp dụng tự động hóa để cung cấp sản phẩm tốt hơn với giá cả hợp lý Nhiều nhà sản xuất đã thất bại trên thị trường do không chịu thay đổi và cải tiến quy trình sản xuất của mình.
Dây Chuyền Sản Xuất Tự Động Hóa
Dây chuyền sản xuất tự động có những đặc điểm sau:
+ Là hệ thống thiết bị để sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với sản lượng lớn.
+ Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia công theo quy trình công nghệ đã định, chỉ cần người theo dõi và kiểm tra.
Nguyên liệu và bán thành phẩm di chuyển theo nhịp sản xuất từ vị trí gia công này đến vị trí gia công khác, dựa trên một cơ cấu chuyển động nhất định.
Theo lịch sử phát tiển tự động hóa thì các dây chuyền tự động đã có trong thực tế là: + Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến.
+ Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng.
+ Dây chuyền gồm các máy tổ hợp.
+ Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hóa.
+ Dây chuyền gồm các máy CNC
1.1.2.2 Cơ Cấu Vận Chuyển Phôi Trên Băng Chuyền. Để vận chuyển loại phôi không quay lúc gia công, người ta thường dùng các cơ cấu sau:
+ Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy.
+ Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy.
+ Cơ cấu tay đòn có má kẹp nâng kiểu khớp.
+ Cơ cấu đẩy thủy lực.
Các Hệ Thống Sản Xuất Tự Động Và Phân Loại Sản Phẩm Hiện Nay
1.1.3.1 Một Số Ví Dụ Về Sản Xuất Tự Động Hiện Nay.
Hệ Thống Sản Xuất Sữa.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 4
Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất sữa tại nhà máy sữa VINAMILK.
VINAMILK hiện đang vận hành dây chuyền sản xuất hiện đại nhất tại Việt Nam, với toàn bộ máy móc và thiết bị được trang bị công nghệ tiên tiến từ các quốc gia hàng đầu Công ty không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước và quốc tế.
Hệ Thống Hàn, Cắt Tự Động.
Hình 1.2: Sử dụng cánh tay Robot trong hàn cắt kim loại.
Dây chuyền sản xuất tự động trong công nghiệp đang ngày càng hiện đại hóa với mức độ tự động hóa cao, nâng cao năng suất làm việc và chất lượng sản phẩm Vai trò của công nhân ngày càng được máy móc thay thế, dẫn đến hiệu quả làm việc được cải thiện đáng kể.
1.1.3.2 Một Số Ví Dụ Về Mô Hình Phân Loại Sản Phẩm Hiện Nay.
Hệ Thống Phân Loại Theo Màu
Hình 1.3: Hệ thống phân loại theo màu
Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến màu sắc để phân biệt các sản phẩm, có màu sắc khác nhau.
Hệ thống phát hiện màu sắc giúp phân biệt hiệu quả các sản phẩm có màu sắc khác nhau Ứng dụng của nó rất phổ biến trong các dây chuyền phân loại sản phẩm, nâng cao khả năng phân loại đa dạng các loại sản phẩm, chẳng hạn như trong ngành dược phẩm.
Hệ Thống Phân Loại Theo Vật Liệu
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 6
Hình 1.4: Hệ thống phân loại theo vật liệu.
Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến từ trường để phát hiện các vật thể có tính kim loại hay không (đồng, thép và sắt ).
Hệ thống có khả năng phân biệt tính chất của sản phẩm, ngay cả khi sản phẩm được đóng gói, giúp việc phân loại trở nên dễ dàng Nó được ứng dụng thực tiễn để phân loại các hộp chứa gia vị và vật liệu.
Kết luận, tự động hóa trong sản xuất không chỉ nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm mà còn giảm giá thành, đồng thời thay thế dần lao động cơ bắp Quá trình sản xuất diễn ra tự động theo trình tự nhất định, thúc đẩy chuyên môn hóa và góp phần vào sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước trong tương lai.
Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng và được ứng dụng rộng rãi, mang lại hiệu quả cao trong thực tế như phân loại màu sắc và vật liệu Những hệ thống này ngày càng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của con người.
Chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế thi công mô hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo chiều cao” nhằm tính toán các thông số quan trọng như tốc độ, khối lượng và tải trọng Mục tiêu là thiết kế một mô hình có khả năng phân loại sản phẩm theo chiều cao, ứng dụng hiệu quả trong thực tế.
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO
Đặt Vấn Đề
Ngày nay, tự động hóa trong quản lý sản xuất ngày càng trở nên phổ biến, thâm nhập vào từng khía cạnh của quy trình sản xuất Một trong những ứng dụng nổi bật của công nghệ này là phân loại sản phẩm dựa trên chiều cao.
Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, tính chất vật liệu và kích thước, việc tự động hóa quy trình này theo dây chuyền hiện đại đang ngày càng trở nên phổ biến nhằm đạt được hiệu quả tối ưu trong sản xuất.
Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động.
Giảm sự nặng nhọc cho người công nhân, ti ết kiệm thời gian Giảm được chi phí sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm
Trước những yêu cầu thực tiễn, chúng tôi đã chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo chiều cao” Quá trình thiết kế và chế tạo mô hình này thể hiện rõ sự tự động hóa qua hai bước chính.
Tự động hóa phân loại được sản phẩm có kích thước khác nhau.
Tự hóa hóa trong khâu nhận biết vật có kích thước khác nhau để đưa vào ngăn chứa đúng với ngăn chứa sản phẩm đó.
Mục Tiêu Thiết Kế Hệ Thống
Hệ thống tự động phân loại sản phẩm dựa trên kích thước (cao và thấp) giúp nâng cao năng suất làm việc và đạt hiệu quả tối ưu Mô hình này có khả năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất.
Hệ thống hoạt động ổn định với độ chính xác cao, yêu cầu thiết kế tổng hợp về cơ khí truyền động và điện Điều này không chỉ đảm bảo an toàn lao động mà còn là sự thay thế hiệu quả cho công nhân.
1.2.2.3 Yêu Cầu Của Hệ Thống.
+ Có kích thước phù hợp, không gian làm việc hiệu quả.
+ Hệ thống dễ điều khiển và làm việc tin cậy.
+ Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động.
+ Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn.
+ Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, có khả năng cải tiến công nghệ.
+ Vốn đầu tư phù hợp, chi phí vận hành thấp, phải mang tính thẩm mỹ.
Phạm Vi Và Nội Dung Thiết Kế Hệ Thống
Dựa vào các môn học cơ sở chuyên ngành như khí cụ điện, máy điện, truyền động điện và điều khiển logic PLC, chúng tôi sẽ đề xuất những phương án khác nhau và thiết lập các giải pháp tối ưu cho hệ thống.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 8 án thích hợp để giải quyết một số vấn đề và mang lại hiệu quả trong tương lai.
Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao gồm các thành phần sau:
+ Băng chuyền dung để di chuyển sản phẩm.
+ Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng chiều cao sản phẩm.
+ Cánh tay Robot dùng để phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn.
+ Sản phẩm có kích thước thay đổi được chia làm 2 loại: Cao và thấp dùng để phân loại theo chiều cao.
+ Tính toán và lựa chọn các cơ cấu, thiết kế kết cấu và xây dựng mô hình.
+ Xây dựng lưu đồ giải thuật thiết kế lập trình sử dụng trên PLC.
+ Lắp ráp mô hình thiết kế và vận hành.
1.2.3.3 Dự Kiến Kết Quả Đạt Được.
+ Tập báo cáo trình bày chi tiết về cơ sở lý thuyết, quá trình phân tích thiết kế, thi công và đánh giá hệ thống.
+ Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao hoạt động đáp ứng những yêu cầu đặt ra ban đầu.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC MISUBISHI
Lập Trình Cho PLC Mitsubishi
Chương trình là chuỗi lệnh được viết bằng ngôn ngữ mà PLC hiểu, bao gồm ba dạng: Instruction, Ladder và SFC/STL Không phải tất cả công cụ lập trình đều hỗ trợ cả ba dạng này; bộ lập trình cầm tay chủ yếu làm việc với dạng Instruction, trong khi nhiều công cụ lập trình đồ họa có thể xử lý cả Instruction và Ladder Các phần mềm chuyên dụng cho phép sử dụng dạng SFC.
Hình 1.5: Các dạng lập trình cơ bản cho PLC Mitsubishi.
- Các thiết bị cơ bản dùng trong lập trình:
Có 6 thiết bị lập trình cơ bản Mỗi thiết bị có công dụng riêng Để dể dàng xác định thì mỗi thiết bị được gán cho một kí tự:
X: dùng để chỉ ngõ vào vât lý gắn trực tiếp vào PLC
Y: dùng để chỉ ngõ ra nối trực tiếp từ PLC
T: dùng để xác định thiết bị định thì có trong PLC
C: dùng để xác định thiết bị đếm có trong PLC
M và S: dùng như là các cờ hoạt động bên trong PLC
Tất cả các thiết bị trên được gọi là “Thiết bị bit”, nghĩa là các thiết bị này có 2 trạng thái: ON hoặc OFF, 1 hoặc 0.
Trong đồ án này, tôi xin giới thiệu hai ngôn ngữ lập trình mà tôi đã áp dụng để lập trình cho PLC Mitsubishi FX3U, đó là ngôn ngữ Ladder và SFC.
1.3.1.1 Ngôn Ngữ Lập Trình Ladder (Ngôn Ngữ Bậc Thang)
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 10
Ngôn ngữ lập trình đồ họa cho phép người dùng nhập chương trình dưới dạng sơ đồ mạch điện logic, sử dụng các ký hiệu điện để biểu diễn công tắc logic ngõ vào và rơle logic ngõ ra Ngôn ngữ này dễ hiểu hơn so với ngôn ngữ Instruction và được coi là ngôn ngữ cấp cao Phần mềm lập trình sẽ biên dịch các ký hiệu logic thành mã máy và lưu trữ trong bộ nhớ của PLC, từ đó PLC sẽ thực hiện các tác vụ điều khiển dựa trên logic được thể hiện trong chương trình.
Hình 1.6: Lệnh LD chỉ khi công tắc thường mở và đường bus trái.
(Ngõ ra Y000 đóng khi công tắc X000 đóng hay ngõ vào X000 = 1)
1.3.1.2 Ngôn Ngữ Lập Trình SFC a) Điều khiển trình tự và ưu thế nổi bật của ngôn ngữ lập trình SFC Điều khiển trình tự là một mảng quan trọng và có vai trò không nhỏ trong điều khiển tự động Có thể gặp rất nhiều ví dụ về điều khiển trình tự trong công nghiệp, trong dân dụng cũng như trong nhiều lĩnh vực khác Các hệ thống trạm trộn, lò phản ứng, một dây chuyền sản xuất xi măng hay một máy giặt và cụ thể hơn là hệ thống trạm trộn bê tông được trình bày trong đồ án này là một ví dụ khá điển hình cho điều khiển trình tự. Đặc biệt trong công nghiệp, điều khiển trình tự thường giữ vai trò chính điều khiển các công đoạn, các quá trình theo trình tự trong một dây chuyền sản xuất.
Kể từ khi PLC và DCS ra đời, các ngôn ngữ lập trình điều khiển như LAD, FBD, IL đã trở nên phổ biến và được sử dụng rộng rãi Những ngôn ngữ này mạnh mẽ và được hỗ trợ đầy đủ trong hầu hết các hệ thống PLC và DCS hiện nay Tuy nhiên, chúng không phù hợp cho lập trình điều khiển trình tự vì một số lý do nhất định.
- Khó hình dung, thiếu trực quan.
- Sử dụng các ngôn ngữ lập trình này sẽ gặp nhiều khó khăn, phức tạp.
- Dễ mắc lỗi, khó phát hiện và sửa lỗi.
- Kém linh hoạt, khó mở rộng.
Nguyên nhân chính của những khó khăn này là do bản chất của các ngôn ngữ lập trình không tương thích với việc mô tả các hệ thống hoạt động theo trình tự.
SFC tỏ ra rất thích hợp cho điều khiển trình tự.
Ngôn ngữ SFC, một sự cụ thể hóa của Grafcet, đã được chuẩn hóa để phù hợp với các yếu tố kỹ thuật và chức năng điều khiển Hiện nay, SFC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống PLC và DCS, đặc biệt là các sản phẩm của Siemens, Emerson và Mitsubishi, nhờ vào những ưu điểm nổi bật mà nó mang lại.
- Có sự tương ứng và giống với biểu đồ quá trình hoạt động của hệ thống
- Dễ dàng chuyển từ sơ đồ công nghệ hay mô tả quá trình hoạt động của hệ thống sang SFC
- Lập trình trực quan, đơn giản.
- Thuận lợi cho phân tích, tìm hiểu hệ thống.
- Hạn chế khả năng mắc lỗi Dễ dàng tìm và phát hiện các lỗi nếu có.
- Linh hoạt, dễ dàng thêm, bớt hay sửa đổi quá trình hoạt động. b) Các yếu tố cơ bản của ngôn ngữ lập trình SFC
Các yếu tố cơ bản của SFC là bước (Step), chuyển tiếp (Transition) và hành động (Action).
Bước là trạng thái mà hành vi của hệ thống được xác định bởi các hành động liên quan Mỗi bước có thể tích cực hoặc không tích cực, và tại bất kỳ thời điểm nào, trạng thái của hệ thống được xác định bởi tập hợp các bước tích cực cùng với các giá trị biến nội tại và biến ra Trong một mạng SFC, chỉ có một bước bắt đầu duy nhất, xác định trạng thái ban đầu của hệ thống, được biểu diễn bằng hình chữ nhật có đường bao nét đôi Bên cạnh đó, cũng có một số lệnh cơ bản trong PLC cần được nắm vững.
Lệnh Load và Load Inverse
Load(LD): có nhiệm vụ khởi tạo lại công tắc NO
Load inverse (LDI) : có nhiệm vụ khởi tạo lại công tắc NC.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 12
Lệnh OUT Điều khiển cuộn dây.
Nhiều lệnh OUT có thể được nối song song.
Lệnh AND và AND INVERSE
AND: Nối tiếp nhiều công tắc NO, có thể nối tiếp nhiều công tắc cùng một lúc.
ANI (AND INVERSE): Nối tiếp nhiều công tắc NC, có thể nối tiếp nhiều công tắc cùng một lúc.
OR: Nối song song các công tắc NO, tối đa là 10 nhánh nối song song cho một cuộn dây.
ORI (OR INVERSE): OR : Nối song song các công tắc NC, tối đa là 10 nhánh nối song song cho một cuộn dây.
Lệnh SET và RESET có thể được áp dụng nhiều lần cho cùng một thiết bị mà không bị giới hạn Tuy nhiên, trạng thái cuối cùng sau khi thực hiện các lệnh này mới là trạng thái có tác động thực sự.
Nhận xét: Khi X0 đã bật ON thì Y0 hoạt động và duy trì trạng thái ON ngay cả khi X0 đã tắt OFF
Khi X1 bật ON thì Y0 sẽ OFF và duy trì trạng thái OFF ngay cả sau khi X1 tự nó chuyển thành OFF.Quá trình xảy ra tương tự cho các M0, D0, S0.
Lệnh Timer, Counter (Out and Reset)
Dạng chung OUT và RESET của timer và Counter :
OUT: Điều khiển cuộn dây bộ định thời hoặc bộ đếm
RST(Reset): Đặt lại giá trí tác động cho bộ định thời hoặc bộ đếm.
Hoạt động của bộ định thì và bộ đếm :
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 14
Các bộ định thời hoạt động dựa trên việc đếm các xung đồng hồ Ngõ ra của Timer sẽ được kích hoạt khi giá trị đếm đạt đến hằng số K Thời gian trôi qua được xác định bằng cách nhân giá trị đếm với độ phân giải của Timer.
Timer 10 ms đếm giá trị 100 khi đó khoảng thời gian trôi qua được tính như sau: 100*10ms= 100*0.01s= 1s.
Thời gian định thì có thể được thiết lập trực tiếp qua hằng số K hoặc gián tiếp thông qua thanh ghi dữ liệu D Để đảm bảo an toàn cho dữ liệu khi mất điện, thường sử dụng thanh ghi dữ liệu được chốt Tuy nhiên, nếu điện áp của nguồn Pin giảm quá mức, thời gian định thì có thể bị sai lệch.
Khi dùng Counter hằng số K xác định số cần đếm Counter với hằng số K10 sẽ phải được kích 10 lần trước khi cuộn dây Counter có điện.
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
PHƯƠNG ÁN 1: HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG PISTON
Hình 2.7: Hệ thống phân loại sản phẩm bằng Piston.
Băng tải là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong ngành luyện kim để chuyển quặng và than đá, cũng như trong các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu Ngoài ra, băng tải còn được áp dụng trong các kho bãi để vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và nhiều sản phẩm khác.
Trong các ngành công nghiệp nhẹ như thực phẩm và hóa chất, việc vận chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn và phân xưởng là rất quan trọng Ngoài ra, hệ thống này cũng được sử dụng để loại bỏ các sản phẩm không đạt yêu cầu.
Khi động cơ truyền tải hoạt động, sản phẩm di chuyển trên băng tải và khi cảm biến phân loại nhận tín hiệu, Piston phân loại sẽ quay đến khu vực cần phân loại Quá trình này sẽ tiếp tục lặp lại cho đến khi nhấn nút dừng, lúc đó hệ thống sẽ ngừng hoạt động.
Cấu tạo đơn giản, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang.
Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 16
Làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm.
Phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do tốc độ dốc cho phép của băng tải không cao và không đi theo đường cong được.
PHƯƠNG ÁN 2: SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ STEEP ĐỂ XOAY KHAY CHỨA ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Hình 2.8: Hệ thống phân loại sản phẩm bằng Động Cơ Steep.
1 Bộ truyền động cho băng tải
4 Hệ thống phân loại sản phẩm
Khi băng tải hoạt động, sản phẩm được đưa vào và khi cảm biến phát hiện tín hiệu, động cơ sẽ xoay đến góc đã được lập trình để phân loại sản phẩm Sau khi hoàn tất việc lấy hàng vào khu vực phân loại, động cơ quay về vị trí ban đầu và hệ thống tự động reset chương trình để tiếp tục hoạt động Ưu điểm của hệ thống này là tính tự động hóa cao, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả trong quá trình phân loại sản phẩm.
Năng suất làm việc trung bình.
Góc quay rộng tới 360 độ
Thời gian đáp ứng nhanh.
Chi tiết được gia công và kết nối đơn giản.
Không cần gia công phức tạp.
PHƯƠNG ÁN 3: SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Hình 2.9: Hệ thống phân loại bằng cánh tay robot.
2 Hệ thống cánh tay robot
4 Cảm biến phát phân loại
Khi băng tải hoạt động, sản phẩm được chuyển tới cảm biến phân loại Khi nhận được tín hiệu, băng tải sẽ dừng lại và cánh tay robot sẽ gắp sản phẩm, sau đó đặt vào khay chứa Tùy thuộc vào chiều cao của sản phẩm, robot sẽ phân loại và đặt sản phẩm vào khay cao hoặc khay thấp.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 18 cho phép robot tự động phân loại sản phẩm vào khay thấp Sau khi hoàn tất quá trình, băng tải sẽ hoạt động trở lại và chu trình này sẽ tiếp tục cho đến khi nhấn nút dừng, ngừng hoạt động của hệ thống.
Tuổi thọ cao, chịu quá tải tốt.
Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động.
Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng, ít giật.
Phù hợp phương án đưa sản phẩm từ những nơi thấp lên cao
Hệ thống xi lanh kẹp nhả giúp quá trình vận chuyển đảm bỏ sản phẩm ít bị hư hỏng nhất
Chi phí chế tạo cao hơn các phương án khác.
Năng xuất thấp, hệ thống vận hành phức tạp.
Yêu càu độ chính xác cao
PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN
Kết luận: Phân tích những phương án đó, chúng em chọn phương án sử dụng cánh tay robot sử dụng xilanh khí nén để phân loại sản phẩm.
Với ưu điểm trong việc phân loại, sản phẩm vận hành ít bị hư hỏng và đạt độ chính xác cao, điều này phù hợp với khả năng chế tạo và vận hành của nhóm.
Lý do không chọn 2 phương án kia:
Hệ thống đơn giản nhưng dễ xảy ra lỗi.
Sản phẩm chỉ có thể di chuyển phân loại theo phương ngang.
Sản phẩm dễ hư hỏng khi đẩy và rơi tự do trong quá trình phân loại.
Độ chính xác khá thấp.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ
Hình 3.10: Sơ đồ băng tải
- Đường kính bánh dẫn và bị dẫn:
- Khoảng cách giữa 2 trục là
- Bề rộng đai, tùy kích thước của SP ta có bề rộng
- Khối lượng trung bình của vật có trên băng chuyền là Để vật cân bằng trên băng tải khi chuyển động, ta có tổng hợp lực:
Phản lực của băng tải đối với sản phẩm là:
Lực ma sát của bộ truyền là:
Trong đó là hệ số ma sát giữa vật và băng tải.
Công thực hiện lực kéo là:
Tốc độ quay trên trục:
3.1.2 Thiết Kế Hệ Thống Cánh Tay Robot.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 20
Tính toán các lực cơ bản của xilanh:
Thông số kỹ thuật của xilanh:
Xilanh xoay: Áp suất hoạt động tối thiểu: Áp suất hoạt động tối đa: Áp suất phá hủy:
Nhiệt độ lưu chất và môi trường: không co cảm biến -10 đến 70°C và có cảm biến -10 đến 60°C (không đóng băng). Đường kính xilanh: Đường kính Piston:
- Áp suất khí cấp vào:
Xilanh nâng: Áp suất hoạt động tối thiểu: Áp suất hoạt động tối đa: Áp suất phá hủy:
Nhiệt độ lưu chất và môi trường: không co cảm biến -10 đến 70°C và có cảm biến -10 đến 60°C (không đóng băng).
Hành trình 0 – 6 Đường kính xilanh: Đường kính Piston: d = 6 (mm) = 0,6 (cm) Áp suất khí cấp vào:
Xilanh đẩy 2 ty: Áp suất hoạt động tối thiểu: Áp suất hoạt động tối đa: Áp suất phá hủy:
Nhiệt độ lưu chất và môi trường: có cảm biến -10 đến 60°C (không đóng băng).
Hành trình 0 – 8 Đường kính xilanh: Đường kính Piston: d = 6 (mm) = 0,6 (cm) Áp suất khí cấp vào:
Xilanh kẹp: Áp suất hoạt động tối thiểu: Áp suất hoạt động tối đa: Áp suất phá hủy:
Nhiệt độ lưu chất và môi trường: có cảm biến -10 đến 60°C (không đóng băng). Đường kính xilanh: Đường kính Piston: d = 6 (mm) = 0,6 (cm). Áp suất khí cấp vào:
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 22
Hình 3.12: Sơ đồ điện của hệ thống. Phân công đầu vào, đầu ra cho PLC Đầu Vào Đầu Ra Địa chỉ Chú thích Địa chỉ Chú thích
Bảng 3.1 - Phân công địa chỉ vào ra
Cảm biến xoay CB_X là một loại cảm biến từ được lắp đặt trên xi lanh xoay Khi xi lanh xoay đạt đến cuối hành trình, cảm biến sẽ phát tín hiệu và gửi thông tin về đầu vào (INPUT) của PLC.
Cảm biến ra (CB_R) là một loại cảm biến từ được lắp đặt trên xi lanh, có nhiệm vụ phát hiện sự di chuyển của sản phẩm Khi xi lanh đạt đến cuối hành trình, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về INPUT của PLC, giúp hệ thống điều khiển hoạt động hiệu quả.
Cảm biến kẹp CB_K là một loại cảm biến từ được lắp đặt trên xi lanh kẹp Khi xi lanh kẹp hoạt động và kẹp được sản phẩm, cảm biến sẽ phát tín hiệu về INPUT của PLC.
Cảm biến nâng CB_N là một thiết bị từ được lắp đặt trên xi lanh, có chức năng phát tín hiệu khi tay gắp được nâng lên đến cuối hành trình Khi xi lanh đạt đến vị trí tối đa, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về INPUT của PLC, giúp hệ thống điều khiển hoạt động hiệu quả.
CB_C: Cảm biến hồng ngoại giúp phát hiện vật cao
CB_T: Cảm biến hồng ngoại giúp phát hiện vật thấp
XOAY: van điện từ khí nén 5/2 giúp cấp khí cho xi lanh xoay hoạt động.
RA: van điện từ khí nén 5/2 giúp cấp khí cho xi lanh ra gắp sản phẩm hoạt động.
KẸP: van điện từ khí nén 5/2 giúp cấp khí cho xi lanh kẹp hoạt động.
NÂNG: van điện từ khí nén 5/2 giúp cấp khí cho xi lanh nâng cánh tay gắp hoạt động.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 24
Hình 3.13: Sơ đồ khối hệ thống.
Khi bấm nút start, băng tải sẽ bắt đầu chạy Khi sản phẩm tác động vào cảm biến, băng tải sẽ dừng lại Xilanh ra sẽ nhận tín hiệu mức 1 từ PLC và di chuyển ra ngoài, trong khi xilanh kẹp nhận tín hiệu mức 1 để kẹp vật Khi xilanh kẹp chạm vào cảm biến CB_XL, xilanh ra sẽ nhận tín hiệu mức 0 và thu về.
Khi cảm biến mức thấp bị tác động, xilanh xoay sẽ nhận tín hiệu mức 1 và bắt đầu xoay trục, tiếp xúc với cảm biến CB_XL (cảm biến xi lanh xoay) Xilanh ra sau đó nhận tín hiệu mức 1 và đẩy ra, khi chạm vào cảm biến CB_XL ra (cảm biến xi lanh ra), xilanh kẹp sẽ nhận tín hiệu mức 0 và mở kẹp, cho phép vật rơi vào ngăn chứa sản phẩm thấp Sau 1 giây, xilanh ra nhận tín hiệu mức 0 và thu cánh tay lại, trong khi xilanh xoay sẽ nhận tín hiệu 0 sau 1 giây và quay lại vị trí ban đầu Băng tải tiếp tục chạy cho đến khi vật tiếp theo tác động vào cảm biến.
Nếu là cảm biến cao tác động thì xilanh nâng nhận tín hiệu mức
Khi nâng cánh tay lên, cảm biến xi lanh nâng (CB_XL nâng) sẽ nhận tín hiệu mức 1 để xoay trục, kích hoạt cảm biến xi lanh xoay (CB_XL xoay) Sau đó, xi lanh ra sẽ nhận tín hiệu mức 1 để đẩy ra, và khi đụng vào cảm biến xi lanh ra (CB-XL ra), xi lanh kẹp sẽ nhận tín hiệu mức 0 để mở kẹp, cho phép vật rơi vào ngăn để sản phẩm cao Sau 1 giây, xi lanh ra nhận tín hiệu mức 0 để thu cánh tay lại, tiếp theo sau 1 giây, xi lanh nâng sẽ nhận tín hiệu mức 0 để hạ cánh tay xuống vị trí ban đầu Cuối cùng, sau 1 giây, xi lanh xoay sẽ nhận tín hiệu 0 để xoay lại vị trí ban đầu, và băng tải sẽ tiếp tục chạy cho đến khi vật tiếp theo tác động.
Và quá trình thực hiện liên tục cho đến khi kết quả đạt được như mong muốn thì nhấn nút stop thì sẽ dừng toàn bộ hệ thống lại.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 26
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỔNG THỂ TRÊN PHẦN MỀM INVENTOR
Hình 3.14: Mô hình 3D của hệ thống
Tổng thể mô hình bao gồm:
Cánh tay gắp sản phẩm.
Một PLC điều khiển hệ thống.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Thân băng tải được chế tạo từ khung nhôm định hình, mang lại độ bền và nhẹ cho sản phẩm Các bộ phận như giá đỡ động cơ và chân đứng của băng tải được sản xuất bằng công nghệ in 3D từ nhựa, giúp tối ưu hóa quy trình lắp ráp và giảm thiểu trọng lượng.
Hình 4.15: Băng tải hệ thống.
Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, nghĩa là thay đổi vận tốc
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 28 là một phần quan trọng trong cơ cấu chấp hành Nguyên lý hoạt động của van tiết lưu dựa vào việc điều chỉnh lưu lượng dòng chảy thông qua sự thay đổi tiết diện Van tiết lưu có khả năng thay đổi tiết diện nhờ vào một vít điều chỉnh, giúp kiểm soát lưu lượng dòng chảy qua van một cách hiệu quả.
3 Hệ thống tay gắp xi lanh khí nén
Hình 4.17: Hệ thống xilanh cho mô hình. Ưu điểm:
• Tuổi thọ cao, chịu quá tải tốt.
• Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động.
• Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng, ít giật.
• Thiết kế đảo chiều dễ dàng, chịu quá tải tốt.
• Giá thành cao, chế tạo đòi hỏi chính xác cao.
• Mức độ an toàn không cao khi vận hành.
• Hiệu suất không cao do sự rò rỉ khí, mất mát từ ống dẫn khí.
Chúng em chọn phương án sử dụng Xilanh khí nén để đưa vào hệ thống Tạo sự linh hoạt trong điều khiển, đáp ứng yêu cầu đặt ra.
Hình 4.18: Khay chứa sản phẩm.
Có nhiều loại cảm biến có thể được sử dụng để phân loại sản phẩm theo chiều cao, bao gồm cảm biến điện dung, điện cảm và cảm biến quang Tuy nhiên, do sản phẩm có kích thước lớn, cảm biến tiệm cận không đảm bảo độ chính xác cao Do đó, cảm biến quang là lựa chọn phù hợp nhất cho trường hợp này.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 30
Cảm biến quang thu phát chung bao gồm hai phần chính: phần phát và phần thu Phần phát phát ra ánh sáng hồng ngoại, trong khi phần thu hấp thụ ánh sáng này Ánh sáng hồng ngoại có ưu điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác, giúp tăng độ chính xác trong việc cảm nhận sản phẩm khi đi qua Hai bộ phận phát và thu hoạt động đồng bộ với cùng tần số để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Nút nhấn được cấu tạo từ lò xo, các tiếp điểm thường mở và thường đóng, cùng với vỏ bảo vệ Khi nhấn nút, các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái, và khi không còn tác động, chúng sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Trong hệ thống điện tự động hóa, RELAY là thiết bị thiết yếu, đóng vai trò cung cấp nguồn cho hệ thống thông qua tín hiệu đầu vào từ thiết bị điều khiển Bên cạnh đó, RELAY còn có khả năng đảo cực tính của dòng điện một chiều, do đó được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động.
+ Chân 7,8 là chân nối với nguồn điện.
+ Cặp chân 5,3 và 6,4 là tiếp điểm thường đóng.
+ Cặp chân 1,5 và 2,6 là tiếp điểm thường hở.
4.1.3 Lựa Chọn Điều Khiển Trên Hệ Thống.
1 PLC(Progammable Logic Controller): Để thực hiện tốt đề tài này nhóm chúng em đã lựa chọn phương án lập trình điều khiển cho hệ thống bằng PLC (Progammable Logic Controller).
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 32
Hình 4.22: PLC MISUBISHI FX0-30MR.
- Tính linh hoạt: Có thể sử dụng một bộ điều khiển cho nhiều đối tượng khác nhau với các thuật toán điều khiển khác nhau.
- Tốc độ xử lí nhanh, khả năng bảo mật hệ thống khi sử dụng mã hóa.
- Nhỏ gọn giá thành thấp.
- Khả năng mở rộng và nâng cao hệ thống.
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ dễ hiểu.
- Không yêu cầu cao về mạch điều khiển.
- Dễ dàng thiết kế, thay đổi Logic trong điều khiển.
Băng tải dẫn động bằng động cơ điện DC Ta có thể chọn động cơ động cơ DC.
Hình 4.23: Động Cơ DC KM3448A.
Để đáp ứng yêu cầu của băng tải với tải trọng nhỏ, giá thành thấp và dễ điều khiển, động cơ điện một chiều được chọn làm nguồn dẫn động Động cơ cần có moment lớn để phù hợp với tải trọng của băng tải và hoạt động với vận tốc nhỏ, do đó động cơ có tốc độ thấp nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về tốc độ và tải là lựa chọn tối ưu Động cơ KM-3448A là sự lựa chọn phù hợp nhất, được thiết kế với bộ giảm tốc tích hợp giúp điều khiển tải trọng hiệu quả.
+ Hệ số giảm tốc là
3 Hệ thống van đảo chiều 5/2 điều khiển xilanh:
Van đảo chiều điều khiển dòng năng lượng bằng cách điều chỉnh vị trí và trạng thái của các cửa van, từ đó thay đổi hướng dòng khí nén.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 34
Nguồn tổ ong có vai trò quan trọng trong việc hạ thế điện áp từ 220V xuống 24V, giúp cung cấp nguồn điện phù hợp cho các thiết bị trong mô hình.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Phần mềm sử dụng để thiết kế là phần mềm GX-WORDs2
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 36
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 38
MÔ HÌNH HOÀN THIỆN
Hình 4.26: Mô hình sản phẩm hoàn thiện.
Băng tải được thiết kế để vận chuyển sản phẩm đến vị trí của cảm biến phân loại cao thấp, với cảm biến được gắn trực tiếp trên khung đỡ của băng tải.
- Một tay gắp phân loại sản phẩm được lắp rắp kết hợp giữa 4 xi lanh khí nén.
- Một khay đựng sản phẩm gồm 2 tầng để tay gắp sản phẩm đưa sản phẩm tới đúng tầng cho mỗi loại sản phẩm.
- Một PLC MISUBISHI FX0-30MR dùng để điều khiển vận hành mô hình.
- Bộ van khí nén 5/2 cùng đế van, hệ thống ống dẫn khí tiết diện 4mm, các đầu nối khí có van chỉnh lưu.
- Nguồn tổ ong 24v/10A và hộp nút nhấn và đèn báo hiệu hệt thống hoạt động
- Ngoài ra còn có Domino để kết nối hệ thống dây điện giao tiếp giữa các thành phần trong mô hình.
Mô hình hoàn chỉnh được hoàn thành trong vòng 2 tháng.
GVHD: ĐINH LÊ CAO KỲ 40