• Bản vẽ thiết kế hệ thống cơ khí modul đọc Barcode, modul bẻ ghi và ngăn xếp (Quyển 3 kèm theo)
• Hệ thống cơ khí modul đọc Barcode, modul bẻ ghi và ngăn xếp ( Hệ thống chia chọn thư)
2. Tóm tắt nội dung báo cáo:
• Tổng quan các loại thiết bị chia chọn thư trên thế giới
• Nguyên tắc lựa chọn giải pháp cơ khí cho hệ thống chia chọn Công nghệ chia thư tại Việt nam
Tiêu chí lựa chọn phương án thiết kế phần cơ khí
• Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo cơ cấu cơ khí máy chia thư tự động Thiết kế nguyên lý cơ khí của máy chia thư
Thiết kế và chế tạo hệ thống bẻ ghi Thiết kế và chế tạo modul chia thư Thiết kế và chế tạo modul đọc Barcode Thiết kế và chế tạo hệ thống ngăn xếp Thiết kế và chế tạo hệ thống Puli
3. Tóm tắt kết quả xây dựng hệ thống cơ khí cho module đọc Barcode, bẻ ghi và ngăn xếp ngăn xếp
Cơ khí là phần việc đầu tiên trong việc chế tạo hệ thống điều khiển. Để có thể chế tạo phần cơ khí được thành công, nhóm thực hiện đề tài đã khảo sát rất kỹ hệ thống chia chọn thư tự động của hãng COSMOS tại Công ty VPS. Từ những kết quả khảo sát và yêu cầu cụ thể sản phẩm của đề tài, nhóm thực hiện đã đưa ra các nguyên lý hoạt động
và những tiêu chí lựa chọn phương án thiết kế phần cơ khí. Các nguyên lý thiết kế tuân thủ theo các điểm sau:
Thiết kế sẽ dựa trên nguyên lý thư đi thẳng kẹp giữa hai băng tải mềm Dựa trên nguyên lý rẽ nhánh của một số hãng để thiết kế phần rẽ nhánh Bước đầu sử dụng 01 môtơ để đảm bảo cùng một tốc độ trên toàn bộ hệ thống
Toàn bộ phần chia thư được đặt trên một tấm phẳng, mặt trên là hệ thống băng tải và nhánh rẽ chia thư, bên dưới là hệ thống dây đai dẫn động
Thiết bị bẻ ghi được thiết kế trên nguyên lý điện từ, thanh gạt có thể quay được 1 góc 150, nam châm điện dùng dòng điện 1 chiều DC 24V
Các đoạn băng tải dài (dẫn động và băng tải đường chính) phải có thiết bị kéo căng
Các nguyên lý thiết kế được cụ thể hóa bằng sơ đồ sau:Toàn bộ các băng tải kẹp thư được chạy và đỡ trên hệ thống puli, hệ thống puli này cố định phía trên tấm đế phẳng có kích thước 2250 x 530 mm có chiều dày từ 7 mm làm bằng thép không gỉ inox. Phía dưới tấm đế gắn mô tơ và hệ thống puli dẫn động, mỗi một băng tải chuyển động độc lập phía trên đều được kéo bằng một puli dẫn động phía bên dưới. Riêng nhánh phụ hỗ trợ không có puli dẫn động bên dưới mà chạy bằng ma sát với dây đai của nhánh rẽ trước và nhánh rẽ sau. Kích thước và vận tốc của các puli cũng như vận tốc của môtơ được quyết định bởi vận tốc dài của băng tải sẽ được tính toán ở phần sau. Ngoài ra tất các các băng tải còn được kéo căng bằng hệ thống puli căng để đảm bảo khả năng kẹp thư cũng như hoạt động của băng tải.
Nguyên lý cơ bản của máy được mô tả tại hình dưới đây như sau: Thư được nạp bằng tay vào giữa 2 băng tải mềm chạy sát nhau theo chiều thẳng đứng, mỗi băng tải cao 35 mm. Đầu tiên thư được băng tải kẹp chạy thẳng trên quãng đường dài khoảng 0,5 mét. Tại đây sẽ đặt thiết bị đọc barcode để đọc và nhận các thông số của thư (thiết bị barcode reader). Sau khi qua phần đọc code và nhận dạng, thư được băng tải đưa chạy qua vùng chia thư. Theo tín hiệu điều khiển từ bộ phận điều khiển nếu thư chạy đến cửa thứ nhất mà có tín hiệu thư chia vào vùng 1 thì cơ cấu bẻ ghi (thiết bị bẻ ghi) sẽ quay thanh gạt một góc 150 và thư chạy vào phần kẹp giữa của băng tải hỗ trợ và
không có tín hiệu chia thư vào vùng 1 thì cơ cấu bẻ ghi vẫn ở vị trí "đi thẳng" và thư sẽ tiếp tục đi thẳng đến thư vùng 2 hoặc thư vùng 3, vùng 4. Nếu thư đi qua cả 4 cửa mà không có tín hiệu từ trung tâm điều khiển bẻ ghi vào một trong 4 cửa trên thì thư sẽ chạy thẳng và rơi xuống thùng thư loại.
Nhánh chính Các nhánh rẽ c) b) a) Thiết bị bẻ ghi Nhánh phụ hỗ trợ
Sơ đồ nguyên lý cơ bản của máy chia thư có 04 cửa thư
a) Sơ đồ băng truyền, puli phần chia thư vào các ngăn ( phía trên tấm đế)
b) Sơ đồ dây đai, puli phần dẫn động ( phía dưới tấm đế)
c) Sơ đồ băng tải, dây đai và puli biểu diễn trên một mặt ghép chung cho cả hai phần chia thư và dẫn động
Tính toán vận tốc băng tải
• Các thống sốđầu bài gồm:
Công suất chia chọn là 4.000 ( thư /giờ)
Kích thước phong bì thư lấy theo tiêu chuẩn là 100 x170 mm
Khoảng cách giữa các phong bì thư kẹp trên băng tải khi nạp bằng tay lấy bằng 150 mm
• Vận tốc thư chạy nếu nạp liên tục và giữđúng khoảng cách trong một giờ là:
(170 mm + 150 mm) x 4000 th/giờ = 1.280.000 mm = 1.280 mét/giờ
• Vận tốc thực của băng tải do hệ số sử dụng trong một giờ lấy bằng 0,7111 so với khi nạp liên tục và giữđúng khoảng cách là:
1280 mét/giờ : 0,7111 = 1.800 mét/giờ = 30 mét/phút = 0,5 mét/giây
Vận tốc dài của băng tải hay là vận tốc chuyển động cơ bản của phong bì thư là 0,5 m/s. Đây là vận tốc cơ sở để tính toán hệ thống điều khiển như thời gian bẻ ghi, thời gian đọc barcode, vị trí đặt các photocell.
Dựa trên sơ đồ nguyên lý chung, nhóm thực hiện thiết kế và chế tạo các bộ phận riêng rẽ sau đó lắp ráp và tích hợp lại.Dưới đây là một số bản vẽ thiết kế các bộ phận của hệ thống cơ khí đã được chế tạo.
Thiết bị bẻ ghi
• Vật liệu và công nghệ chế tạo
Toàn bộ tấm đế được chế tạo bằng thép không rỉ SUS 304L đảm bảo không hút từ, công nghệ chế tạo là cắt trên máy tia lửa điện kỹ thuật số và hàn lắp ghép sau đó đánh bóng bằng xung điện.
Hai puli của tấm đế được tiện trên máy tiện CNC với độ chính xác cao bàng thép không rỉ.
Thanh gạt được chế tạo bằng composit trong khuôn, đảm bảo kết cấu. nhẹ và vững chắc. Trục thanh gạt được gắn vào thanh gạt bằng chất kết dính tổng hợp trên cơ sở làm nhám trục và lỗ thanh gạt.
Cơ cấu truyền lực được gia công bằng thép inox trên máy tiện CNC và máy cắt tia lửa điện kỹ thuật số.
Thanh cao su truyền lực được ép từ cao su nhựa trong khuôn thép đảm bảo tính cứng vững và đàn hồi cần thiết.
• Kết quảđạt được
Chế tạo xong 04 bộ bẻ ghi đưa đi thử nghiệm với các thông số chính sau đây. Điện thế điều khiển: 24V. Dòng điều khiển: 0,5±0,05A.
Thời gian đặt điện áp ngắn nhất tại một cuộn là: 40 ms. Thời gian trễ ở một vị trí (gạt – thẳng) 120 ms.
Tấn suất gạt nhanh nhất đã thử là: 5 lần /giây
Cơ cấu tổng thể của thiêt bị bẻ ghi
Sơ đồ bố trí vị trí các puli, băng tải mặt dẫn động và mặt chia thư được thể hiện ở các hình dưới đây.
Sơđồ vị trí Puli, băng tải mặt dẫn động
Sơđồ vị trí Puli, băng tải phần chia thư
Thiết kế hệ thống puli
Chiều cao của tâm puli cảu hệ thông dẫn động đến mặt trên của tấm đế là 58.5 mm
Chiều cao của tâm puli của hệ thông tải thư và chia thư đến mặt trên của tấm đế là 60mm
Chiều cao của thân puli mặt chia là 40mm, mặt dẫn động là 25mm.
Thiết kế các puli theo nguyên lý vát 2 đầu để băng tải không bị xê dịch khi chạy trên puli. Sơ đồ của 2 loại puli nói trên được trình bày ở hình dưới đây.
Thân puli Trục Tấm đế Lò so Puli Puli căng dây đai kẹp thư Puli dẫn Thân puli Trục chính Lò so căng Tấm Thiết bị căng dây đai dẫn động
4. Kết luận
Nhóm thực hiện đề tài đã thiết kế và chế tạo các bộ phận của hệ thống chia thư, lắp ráp, tích hợp và chạy thử hệ thống. Qua thời gian chạy thử kết quả rất khả quan. Mặc dù hệ thống không lớn, nhưng đòi hỏi sự chính xác cao, các module lắp ráp lại cần phải đồng bộ, có như thế hệ thống hoạt động mới ổn định. Từ những kết quả đạt được, nhóm thực hiện nhận thấy giải pháp cho phần cơ khí hoàn toàn yên tâm với yêu cầu hệ thống cao hơn nếu như mở rộng các chỉ tiêu kỹ thuật.
Chương 4: Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển cho module đọc Barcode, bẻ ghi và ngăn xếp
1. Sản phẩm
Nhánh đề tài này đã có các sản phẩm sau:
• Báo cáo “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển cho module đọc Barcode, bẻ ghi và ngăn xếp”(Quyển 4A kèm theo)
• Phụ lục Báo cáo “Nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển cho module đọc Barcode, bẻ ghi và ngăn xếp”(Quyển 4B kèm theo)
• Hệ thống điều khiển module đọc Barcode, bẻ ghi và ngăn xếp
• Phần mềm điều khiển hệ thống chia chọn
o Phần mềm điều khiển đọc Barcode
o Phần mềm điều khiển module bẻ ghi và ngăn xếp
o Phần mềm kiểm tra các nam châm của hệ thống bẻ ghi
o Phần mềm mô phỏng thuật toán điều khiển luồng thư
• Bài báo khoa học trong nước và quốc tế
o Trong nước: 2 2. Tóm tắt nội dung báo cáo:
Báo cáo này có các nội dung chính sau:
• Nguyên lý thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống chia chọn: Phần này nghiên cứu một số thiết bị chia chọn tự động đặc biệt là COSMOS S1-VR-M128, từ đó đưa ra thiết kế lựa chọn cho hệ thống. Dựa vào thiết kế tổng thể hệ thống điều khiển thiết bị chia chọn và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống để đưa ra thiết kế cho các module.
Thiết kế module đọc Barcode Thiết kế module bẻ ghi và ngăn xếp
• Nghiên cứu về lý thuyết điều khiển tự động: Nghiên cứu các nguyên lý cơ bản về điều khiển.
Nguyên lý điều khiển PI ( điều khiển tỷ lệ-tích phân) Nguyên lý điều khiển PID
Nguyên lý điều khiển bằng logic mờ
• Nghiên cứu và lựa chọn Card điều khiển thích hợp cho hệ thống chia chọn:
Công nghệ điều khiển bằng PLC
Xác định công nghệ và thiết bị điều khiển cho hệ thống chia chọn
• Lựa chọn thuật toán điều khiển cho hệ thống: Nghiên cứu các kiểu chia thư và xác định thuật toán điều khiển luồng thư
Thuật toán điều khiển về phía trước (feed forward) Thuật toán sử dụng thời gian trễ
Thuật toán sử dụng bảng mã
• Xây dựng phần mềm điều khiển: Nghiên cứu công cụ lập trình PLC S7-200, thiết kế và xây dựng các phần mềm.
Thiết kế hệ thống điều khiển và các phần mềm điều khiển
Sơ đồ khối hệ thống phần mềm điều khiển thiết bị chia chọn thư tự động của đề tài được trình bày dưới đây. Ghép nối giữa máy tính và PLC thông qua chuyển đổi RS232/RS485. Phần mềm giao diện giữa máy tính và PLC để điều khiển, thu thập dữ liệu và thông tin báo lỗi. Phần mềm chạy trên PLC dùng điều khiển hai module: Master module sử dụng PLC S7-200 hoặc S7-300 tùy theo yêu cầu của hệ thống. Slave module sử dụng PLC S7-200, số lượng Slave module tùy thuộc vào hệ thống có bao nhiêu hướng chia và phần này có thể nâng cấp và mở rộng dễ dàng bằng việc ghép thêm các module Slave.
Sơđồ khối hệ thống phần mềm điều khiển thiét bị chia chọn thư tưđộng Chương trình giao diện giữa PC và PLC trên nền
Visual Basic đểđiều khiển, thu thập dữ liệu và thông báo lỗi; Chương trình Step7/Microwin để lập trình cho các Module S7-200/300
Master Module: PLC S7-200/300
Master Program điều khiển băng truyền, đọc Barcode, phát địa chỉ thư tới module phân phối thư tương ứng gồm các khối sau:
Main: Xử lý tín hiệu từ cảm biến để gọi chương trình con (SBR) tương ứng và điều khiển tốc độ
băng truyền
SBR0: Cài đặt phương thức trao đổi của mạng SBR1: Đặt Ngăn theo lệnh
SBR2: Xử lý số liệu đọc từđầu đọc Barcode SBR3: Phát địa chỉ thư tới Slave module tương
ứng
SBR4: Nhận thông báo từ các Slave Module INT0: interrupt routine nhận lệnh từ PC INT1, 2: interrupt routine nhận số liệu từđầu
đọc Barcode Slave Module 1: PLC S7-200
Slave Program điều khiển module phân phối thư
1...n với các ngăn chia tương ứng, thông báo kết quả tới Master module gồm các khối sau: Main: Xử lý tín hiệu từ cảm biến để gọi chương trình con (SBR) tương ứng
SBR0: Cài đặt phương thức trao đổi của mạng SBR1 – SBR8: Điều khiển bẻ ghi của Ngăn thư
tương ứng 1 tới 8
SBR9: Thông báo kết quả và báo lỗi module Slave Module n: PLC
S7-200
Chuyển đổi RS232/RS485 Mạng sử dụng phương thức PPI, MPI
Lưu đồ thuật toán điều khiển sử dụng cho Master và Slave module được trình bày dưới đây
Chương trình mô phỏng thuật toán điều khiển luồng thư Chương trình điều khiển module đọc Barcode