a. Thiết kế khối nguồn
Khối nguồn là khối rất quan trọng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động Trong mô hình sử dụng 2 khối nguồn để cung cấp là 24 VDC và 220 VAC
- Khối nguồn 220 VAC: Cung cấp nguồn cho PLC S7- 1200
- Khối nguồn 24 VDC: Cung cấp nguồn cho động cơ, đèn báo, van điện từ
Bảng 3. 1: Bảng tiêu thụ dòng điện của các thiết bị
Khối nguồn Các thiết bị và linh kiện Dòng tiêu thụ
Nguồn 24 VDC - Động cơ
- Van điện từ
- 1A - 0.25A Nguồn 220 VAC - PLC S7-1200 AC/DC/Rl
- Đèn báo
- 1.5A - 0.01A
Từ bảng tiêu thụ dòng điện của các thiết bị trên, ta có công thức tính tổng dòng điện tiêu thụ:
- Nguồn 24 VDC: sử dụng bộ nguồn 24 V/ 4.5A
41
Hình 3. 2: Khối nguồn thực tế b. Khối xử lý trung tâm
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại PLC khác nhau của các hãng như Siemens, Mitsubishi, Panasonic, Omrom, ABB, Rockwell, … Sau quá trình tìm hiểu về các hãng, chi phí cùng với sự hướng dẫn và góp ý của giáo viên hướng dẫn nên nhóm thực hiện đã quyết định chọn PLC S7-1200 của hãng Siemens để lập trình. Với đặc điểm có cấu hình xử lý nhanh, giá thành vừa phải, được dùng nhiều trong công nghiệp hiện nay nên nhóm thực hiện đã quyết định chọn PLC S7-1200 ( CPU 1214C AC/ DC/ RLY) với các ưu điểm sau [4]:
- Đã được trang bị kiến thức cơ bản về PLC S7-1200 ở trường lớp
- Số Input trong mô hình sử dụng 4 ngõ, Output 4 ngõ phù hợp với số ngõ Input/ Output trên PLC
- PLC đơn giản, dễ sử dụng, độ bền cao
- Phần mềm lập trình trực quan, giúp dễ dàng trong việc viết chương trình điều khiển
42
Hình 3. 3: PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY
Thông số kĩ thuật:
- Điện áp hoạt động: 220 VAC - Số lượng ngõ vào số:
- Số lượng ngõ ra số:
- Số lượng ngõ vào Analog: - Bộ nhớ chương trình: 75 kB
Hình 3. 4: Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C c. Khối cảm biến
43
Cảm biến vật cản hồng ngoại có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có vật cản, LED sẽ tắt. Hiện nay trên thị trường có khá nhiều cảm biến vật cản hồng ngoại như E3F - DS30C4, E18 - D50NK, TCRT5000 FC - 123, E18 – D80NK…và theo yêu cầu của đề tài nên nhóm chọn cảm biến E3F – DS30C4 để phục vụ cho đề tài.
Hình 3. 5: Cảm biến quang E3F- DS30C4
Khi có sản phẩm đi qua cảm biến, tín hiệu sẽ đưa ra mạch công suất và đưa vào PLC để xử lý hoạt động của các xi lanh
Hình 3. 6: Sơ đồ kết nối từ mạch công suất với ngõ vào PLC d. Khối băng tải
44
Khối băng tải sẽ thực hiện việc chuyển sản phẩm cần phân loại đến vị trí của Camera và vị trí thực hiện phân loại trên hệ thống. Do giới hạn của hệ thống chỉ là mô hình nhỏ nên nhóm sử dụng động cơ DC với điện áp 24V
Hình 3. 7: Sơ đồ kết nối động cơ với PLC e. Khối điều khiển khí nén
Hệ thống điều khiển khí nén sẽ thực hiện nhiệm vụ đưa sản phẩm ra khỏi băng tải để hoàn thành việc phân loại. Hệ thống sẽ gồm 2 phần chính là xi lanh và van điện từ. Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động.Xi lanh khí nén hay còn được gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén (lấy từ máy nén khí thông thường).
45
Hình 3. 8: Cấu tạo xi lanh khí nén
Để thực hiện chức năng của mình, xi lanh khí nén truyền một lực bằng cách chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng. Điều này đạt được bởi khí nén có khả năng nở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nó ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Sự giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn. Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do đó, truyền tải lực trên piston. Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại xi lanh với kích thước và công dụng khác nhau như xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh kẹp, xi lanh compact, xi lanh xoay, xi lanh trượt… với yêu cầu của đề tài nhóm quyết định chọn xi lanh tròn để sử dụng [5]. Hình 3. 9: Xi lanh khí nén tròn Thông số kỹ thuật - Mã sản phẩm: CDJ2B16-100-B - Đường kính: 16mm - Chiều dài hành trình: 100mm - Áp suất hoạt động: 1 Mpa
46 - Vận tốc: 50- 1000 mm/s
Để xi lanh hoạt động được thì ta cần có van điện từ để điều khiển hành trình của pittong. Van điện từ còn được gọi với cái tên solenoid valve. Đây là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát dòng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.
Hình 3. 10: Van điện từ khí nén
Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù hợp riêng với xi lanh mà nhóm chọn thì có các loại van 4/2, 5/2 hoặc 5/3 với một hoặc hai đầu cuộn dây. Và nhóm chọn van 5/2 một đầu cuộn dây để thực hiện điều khiển.
Hình 3. 11: Van điện từ 5/2
Thông số kỹ thuật:
47
- Áp suất hoạt động: 0.1 ~ 0.7 Mpa (ống dẫn bên trong) 0.25 ~ 0.7 Mpa (ống dẫn bên ngoài) - Thời gian đáp ứng: 15ms
- Công suất cực đại: 160W - Nhiệt độ hoạt động: 50oC
Để điều khiển được hành trình của pittong xi lanh thì ta sẽ điều khiển các cuộn dây của van điện từ thông qua PLC. Dưới đây là sơ đồ kết nối các cuộn dây của van với ngõ ra PLC:
Hình 3. 12: Sơ đồ kết nối van điện từ với PLC f. Khối thu nhận hình ảnh
Bao gồm: Camera Logictech C270 (HD)
Khi sản phẩm vào phạm vi thu nhận của Camera, hình ảnh sản phẩm được Camera thu nhận và truyền tín hiệu hình ảnh về máy tính xử lý.
48
Hình 3. 13: Camera thu hình ảnh
Thông số kỹ thuật:
- Độ phân giải tối đa: 720p/30fps - Loại tiêu cự: Lấy nét cố định - Công nghệ thấu kính: tiêu chuẩn - Micrô tích hợp: đơn âm
49