CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
3.2. Lựa chọn thiết bị đóng cắt
3.2.1. Lựa chọn Aptomat
- Là khí cụ điện đóng cắt bằng tay, tự động ngắt khi xảy ra sự cố quá tải hay ngắn mạch.
Hình 3. 6: Sơ đồ tổng quan Aptomat
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
A . Nguyên lý làm việc
Hình 3. 7: Nguyên lý làm việc của Aptomat
- Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.
- Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút.
- Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.
b. Tính chọn Aptomat
Aptomat động cơ
- Các thiết bị điện trong hệ thống gồm có: động cơ băng tải, van điện từ, đèn báo, và 1 số thiết bị khác.
- Công suất động cơ băng tải: Pđc= 1500 (W)
P 1500
- Dòng điện của động cơ: IĐC= 3.U.cosφ= 3.380.0,9= 2,5 (A)
- Ta chọn Iđm AT ≥ Iđm động cơ
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
- Từ đó ta lựa chọn được Aptomat Schneider 6A A9K24306
Hình 3. 8 : Aptomat Schneider 6A A9K24306
- Đặc tính kĩ thuật + Mã sản phẩm: A9K24306 + Hãng sản xuất: Schneider + Điện áp định mức: 400V + Dòng đóng cắt: 6A + Dòng ngắn mạch 6: KA + Số pha:3 Pha
+ Tiêu chuẩn IEC 898
Aptomat tổng
- Ta lựa chọn được Aptomat Schneider 9A A9K24310
- Đặc tính kĩ thuật + Mã sản phẩm: A9K24310 + Hãng sản xuất: Schneider + Điện áp định mức: 400V + Dòng đóng cắt: 10A + Dòng ngắn mạch 6: kA
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
+ Số pha:3 Pha
+ Tiêu chuẩn IEC 898
Hình 3. 9: Aptomat Schneider 10A A9K24310
Aptomat phần điều khiển
- Phần điều khiển sử dụng cho PLC, Nguồn 24VDC, …
- Ta lựa chọn được Aptomat Schneider 6A A9K27206
-Thông số kĩ thuật: + Hãng sản xuất: Schneider + Số pha: 2 + Điện áp định mức: 220V + Dòng định mức: 6A + Dòng ngắn mạch: 6kA
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 3. 10: Aptomat Schneider 6A A9K27206
3.2.2 Lựa chọn rơ le
- Rơle sử dụng trong đề tài là rơle trung gian là loại 24VDC cấp nguồn cho van điện từ và nhận tín hiệu từ PLC từ đó điều khiển băng tải
Rơ le trung gian luôn có 2 phần: Một là cuộc hút (chính là nam châm điện) có tác dụng khi cấp nguồn thì hút thanh tiếp điểm lại để đảo trạng thái chân tiếp điểm NO và NC. Hai là hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (5A). Ngoài ra còn phải kể đến các bộ phận khác như vỏ bảo vệ và các chân ra tiếp điểm
Chúng em đã lựa chọn được rơ le cho đề tài đó là rơle trung gian omron MY2N AC24:
Hình 3. 11 : Rơle trung gian 1 chiều 2 cặp tiếp điểm
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC 3.3. Lựa chọn contactor và rơle nhiệt
3.3.1 Tính toán và lựa chọn contactor
Contactor là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực có dòng điện ngắt không vượt quá giới hạn dòng điện quá tải của mạch điện. Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện từ, cơ cấu khí động hoặc cơ cấu thuỷ lực. Nhưng thông dụng nhất là các loại contactor điện từ.
- Điện áp định mức: Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt có các cấp: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% đến 105% Udm
- Dòng điện định mức: Là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn-lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian contactor ở trạng thái đóng không quá lâu 8h. Contactor hạ áp có các cấp dòng thông dụng:10, 20, 25, 40,60, 75, 100, 150, 250, 300. Nếu đặt contactor trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 100% vì làm mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa.
- Khả năng đóng cắt: Đối với contactor xoay chiều dùng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc cần có khả năng đóng yêu cầu dòng điện bằng 1.2- 1.4 Idm. Khả năng cắt với contactor xoay chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức khi tải cảm.
- Hệ thống tiếp điểm: Phải chịu được độ mài mòn về điện và cơ trong các chế đô làm việc nặng nề, có tần số thao tác đóng cắt lớn.
-Tính toán và lựa chọn contactor: IMC = (1,2 - 1,5) Iđm
- Lựa chọn contactor cho động cơ kéo băng tải
Với k là hệ số khởi động k = 1.2 ÷1.5; chọn k = 1.5
Vậy Ict=2,5*1.5 = 3,75 (A)
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Từ đó ta chọn được Contactor có Ict= 6A do Schneider sản xuất LC1E0610M5 3P 6A 380V
Hình 3. 12: Contactor LC1E0610M5 3P 6A 380V Thông số của contactor:
Loại
LC1E0610M 53P6A
3.3.2. Tính toán lựa chọn rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt còn có tên gọi khác là relay nhiệt, là thiết bị có thể tự động đóng, ngắt mạch khi dòng điện có dấu hiệu quá tải. Các rơ le nhiệt hoạt động dựa trên sự giãn nở của các thanh kim loại khi bị đốt nóng.
Công dụng của rơ le nhiệt là bảo vệ các thiết bị điện khi dòng điện quá tải, tăng lên đột ngột. Nhờ có rơ le nhiệt, máy móc và các thiết bị hoạt động bền bỉ và ổn định hơn, giảm nguy cơ hư hỏng trong quá trình sử dụng điện.
Khi chọn rơ le nhiệt, quan tâm chính là các thông số sau:
- Dòng làm việc
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
- Dòng sản phẩm phù hợp với contactor (mỗi loại rơ le nhiệt tương thích với một dòng contactor tương ứng, nhà sản xuất đã có khuyến cáo lựa chọn ngay trên catalogue sản phẩm).
Khi chọn rơ le nhiệt, quan tâm chính là các thông số sau.
- Dòng làm việc của động cơ
IminMT < Iđm < ImaxMT
Dòng rơ le nhiệt ta chọn với hệ số khởi động từ 1.2-1.5 lần Idm Chọn dòng rơ le nhiệt cho động cơ băng tải Idm = 1.5*Itt = 1.5*2,5 = 3.75 (A).
Từ đó ta chọn được Rơle nhiệt của Schneider LRD có dải điều chỉnh 4 - 6A
Hình 3. 13: Rơ le nhiệt RN 4-6A
3.4. Lựa chọn các loại van khí và xi lanh
- Tính toán lực
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 3. 14: Tính toán lực cho xy lanh
+ Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
F=P.A (N) Trong đó:
+ P là áp suất khí nén [Pa]
+ A là diện tích bề mặt Piston [m3]
+ F lực tác dụng vuông góc với bề mặt Piston [N]
Trong hình vẽ, các diện tích A1, A2 khác nhau (A2 = A1 –A3), A3 là diện tích tiết diện của cần piston, nên các lực tác dụng cũng khác nhau tại cùng một nguồn khí nén có áp suất P. F1=P.A1; F2=P.A2 Æ F1>F2
+ Tốc độ truyền động của xylanh
Khi tải trọng của truyền động không đổi, tốc độ truyền động được xác định theo quan hệ:
v = Q
A (m/s)
Như vậy, trong trường hợp dung tích hành trình của cơ cấu chấp hành và tải trọng không đổi, tốc độ truyền động tỷ lệ với lưu lượng Q. Trong kĩ thuật khí nén người ta hay dùng van tiết lưu để điều tiết lưu lượng, để khống chế tốc độ của các cơ cấu chấp hành
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC 3.3.2. Lựa chọn các loại van khí
- Van điện từ
+Lựa chọn van điện từ SY5120-5LZ01
+ số lượng: 03
Hình 3. 15: Van điện từ SY5120-5LZ-01
- Các thông số kĩ thuật:
+ Kiểu van: 5 cổng- 2 vị trí
+ Kiểu hoạt động: 2 vị trí cuộn điện từ đơn.
+ Điện áp: 24 VDC.
+ Dây dẫn: L (L cắm kết nối w/chì dây ,3 m).
+ Có đèn báo và bộ khử quá điện áp.
+ Ren ống dẫn khí: 1/8
Hình 3. 16: Thông số kĩ thuật van điện từ SMC SY5120-5LZ-01
- Nguyên lý hoạt động:
+ Cụm van điện từ ở đây là loại van đơn giản, nó là van 5/2 (5 cửa/2 trạng thái).
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Ở các cửa ghi tên: 1; 2; 3; 4; 5 hoặc theo đúng thứ tự đó là P; B; R2; A; R1.
+ Nguồn khí nén được cấp vào cửa 1 (P).
+ Nếu không cấp điện cho cuộn dây van thì: cửa 1 (P) thông với cửa 2(B), cửa 4(A) thông với cửa 5(R1).
+ Khi cấp điện cho cuộn dây thì van chuyển trạng thái: cửa 1 thông với của 4, cửa 2 thông với cửa 3.
+ Van này ứng dụng khá nhiều, ví dụ để truyền động cho 1 xi-lanh khí nén. Khi đó, 2 cửa khí ở 2 đầu sẽ nối với các cửa 2 và 4 của van. Cửa 3 và 5 thường để tự do (bịt bằng cút chuyên dụng chống bụi) gọi là các cửa xả khí dư.
3.3.3. Lựa chọn xylanh
Hình 3. 17: Xylanh
- Xy lanh cơ cấu phân loại sản phẩm: + Hành trình xylanh: Lxl= 400mm + Thời gian dẫn động: T=0,5s
+ Tải trọng đáp ứng: F= 300N =30 kg Từ đó ta có:
+ Áp suất khí nén của máy nén thông dụng là: P =6bar = 6 kg/cm2. + Ta tính được đường kính xylanh:
•Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
F=P.A [N] Trong đó:
P: là áp suất khí nén [Pa], với P= 6(pa kg/cm2)
A: là diện tích bề mặt Piston [m2], A = 300/6=50
F: là lực tác dụng vuông góc với bề mặt Piston [N], F= m.10= 30.10 = 300 (N) Chọn bán kính xylanh = 40mm Hành trình 400mm
+ Lựa chọn xylanh của hãng STNC có mã số STNC TGC100
Hình 3. 18 : Xylanh STNC TGC100
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
+ Kích thước:
Hình 3. 19 : Kích thước xylanh
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
4.1.Sơ đồ khối hệ thống.
Với giới hạn và yêu cầu mà đề tài đưa ra, nhóm tiến hành thiết kế sơ đồ khối hệ thống như sau:
Hình 4. 1: Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng các khối:
•Khối xử lý màu sắc: Có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc và gửi tín hiệu đến khối xử lý trung tâm.
•Khối cảm biến vật cản hồng ngoại: Bao gồm cảm biến màu sắc và cảm biến nhận biến vật cản. Có chức năng nhận biết màu sắc và nhận diện sản phẩm khi chạy qua trên băng tải.
• Khối động cơ, băng tải: Có chức năng tải sản phẩm đến các khu vực xử lý khác trong hệ thống.
• Khối van điện từ khí nén: Có chức năng chặn sản phẩm để đưa sản phẩm được phân loại ra khỏi băng chuyền.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
•Khối xử lý trung tâm: Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác.
•Khối nguồn: Có chức năng cấp nguồn cho cả hệ thống.
4.1.1 Khối xử lý màu sắc
Nhận biết màu sắc sản phẩm.
Sử dụng cảm biến màu sắc Keyence Sê-ri CZ-V20 để nhận biết màu sắc của sản phẩm.
Trên thị trường có nhiều loại cảm biến màu khác nhau như Omron Sê-ri E3ZM- V; Mítsubishi Sê-ri BC nhận diện được đơn sắc, Chúng em chọn cảm biến màu
Keyence Sê-ri CZ-V20 để nhận biết màu cho sản phẩm.Vì modul cảm biến màu Keyence Sê-ri CZ-V20 có thể khắc phục được nhược điểm chỉ nhận diện được 1 màu trên 1 cảm biến (tối đa 4 màu 1 modul, có thể ghép nối các modul để nhận được nhiều màu hơn)
Quá trình hoạt động của cảm biến Keyence Sê-ri CZ-V20:
Sê-ri CZ-V20 phát hiện đối tượng hoạt động theo màu sắc nhờ các nguồn sáng đèn LED màu đỏ, màu xanh, và màu xanh lá cây đã được tích hợp. Các ứng dụng trước đây gặp khó khăn trong việc giải quyết với cảm biến nguồn sáng đơn giờ đây đã có thể được giải quyết dễ dàng.
Phát hiện mục tiêu bằng màu sắc, nhờ đó đạt được khả năng chống chịu rung tuyệt vời. Với cảm biến quang thông thường, độ rung làm thay đổi cường độ ánh sáng, dẫn đến sự cố và không thể phát hiện ổn định
Phân biệt màu sắc tốt hơn cảm biến loại đơn sắc. Phân biệt màu sắc tốt hơn cảm biến loại đơn sắc.
Ít bị ảnh hưởng bởi hình dạng, vị trí, độ nghiêng và độ bóng bề mặt CZ- H35S/CZ-H37S kết hợp một bộ lọc phân cực giúp triệt tiêu độ phản xạ từ phần có độ bóng và chỉ nhận biết các mục tiêu thông qua các thành phần màu của chúng. CZ-
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
H35S/CZ-H37S duy trì khả năng phát hiện chính xác bất kể điều kiện mục tiêu thay đổi
Đầu cảm biến: phát quang và hấp thụ
Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì, tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng. Dựa trên nguyên lý sự phản xạ, hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sự phối trộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue, Green, Red thì
Keyence CZ-H32 có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode Blue, Green, Red và clear để nhận biết màu sắc vật thể dựa trê mức độ phản xạ lại ánh sáng RGB
Bộ khuếch đại tín hiệu
Khối xử lý màu sắc dùng để nhận dữ liệu và xử lý màu sắc đọc từ đầu dò quang
CZ-H32, sau đó điều khiển khối công suất làm ngõ vào cho PLC. Bộ khuếch đại có tối đa 4 ngõ tín hiệu đầu ra
Kết nối với PLC: