Hệ thống phân loại sản phẩm của đồ án có kích thước tương đối nhỏ (chiều dài L= 1000 mm), công suất không lớn nên ta có thể chọn băng tải là loại làm từ vải dệt sợi bông, một lớp, bề rộng là 100 mm. Cụ thể như sau:
- Chiều dày lớp bọc cao su bề mặt làm việc của băng tải: δlv=1 (mm); - Chiều dày lớp bọc cao su bề mặt không làm việc của băng tải: δklv=0.5 (mm);
- Chiều dày của lớp màng cốt: δklv =1 (mm);
Vậy chiều dày của băng tải là: δ= δlv + δklv + δklv = 1+0.5+1 =2.5 (mm); Trục tang ( hay con lăn) được chọn làm bằng vật liệu thép cacbon C45
b = 600 (N/mm); ch =300 (N/mm); HB= 200;
- Đường kính trục tang lắp với ổ lăn: chọn d = 8 (mm); - Đường kính trục tang (hay con lăn): chọn D = 35 (mm)
3.2.2Tính toán công suất, lựa chọn động cơ
Hình 3-12 Sơ đồ tính toán công suất băng tải
Do chế độ làm việc của động cơ băng tải là kéo liên tục, chế độ dài hạn. Theo yêu cầu công nghệ thì hầu như các loại phụ tải này không yêu cầu điều chỉnh tốc độ ở nhiều cấp khác nhau. Hệ truyền động của thiết bị liên tục đảm bảo khởi động đầy tải.
52
Mômen khởi động của động cơ Mkđ = (1.6 ÷ 1.8) Mđm. Bởi vậy nên chọn động cơ có hệ số trượt lớn để có mô men khởi động lớn.
Tính chọn công suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theo công suất cản tĩnh. Chế độ quá độ không tính đến vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ tải của động cơ truyền động. Phụ tải của thiết bị vận tải liên tục thường ít thay đổi trong quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng quá tải. Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.
Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải, thường tính theo các thành phần sau:
+ Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu
+ Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải chạy không.
+ Công suất P3 để nâng băng tải (nếu là băng tải nghiêng) Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :
F1 . .L cos.K . 1 g
Trong đó : F1- Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu β - Góc nghiêng của băng tải
L - Chiều dài băng tải (m)
- Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải (kg/m)
K1- Hệ số tính đến lực cản khi vận chuyển vật liệu (K1= 0,05) g - Gia tốc trọng trường, g= 10 m/s2
Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :
1 1 .
P F v
Trong đó : P1 - Công suất để dịch chuyển vật liệu
F1 - Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu v - Vận tốc băng tải
53
Lực cản do ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải là:
2 2. . . .K .2
F L cos g
Trong đó : F2 - Lực cản do ma sát
Δ - Khối lượng những bộ phận chuyển động của băng tải, không tính khối lượng phần cần vận chuyển (kg/m) K2 - Hệ số tính đến lực cản khi không tải,(K2 =0,05) G - Gia tốc trọng trường, g= 10 m/s2
Công suất cần thiết để khắc phục các lực cản ma sát :
2 2
.
P F v
Trong đó : P2 - Công suất để khắc phục tổn thất
F2 - Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu v - Vận tốc băng tải
Lực cần thiết nâng vật :
F3 . .L sin g.
Trong đó: F3 - Lực cần thiết để nâng vật
β - Góc nghiêng của băng tải L - Chiều dài băng tải (m)
𝜕 - Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải (kg/m) g - Gia tốc trọng trường, g= 10 m/s2
Trong biểu thức lấy dấu cộng (+) khi tải đi lên và dấu trừ (-) khi tải đi xuống. Công suất cần thiết để nâng vật liệu bằng :
3 .3
P F v
Công suất tĩnh của băng tải :
1 2 3
P P P P
54
Công suất cần thiết cho động cơ truyền động băng tải:
3 dc P P K Trong đó: K3- Hệ số dự trữ về công suất (K3=1,2÷1,25)
- Hiệu suất truyền động ( = 0,94)
Chọn băng tải có thông số như sau:Chiều dài : L = 1m Góc nghiêng băng tải : β = 00
Khối lượng vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài = 1 kg/m
Khối lượng những bộ phận chuyển động băng tải δ = 10kg Vận tốc băng tải ở các cấp tốc độ: v1 = 0,12m/s; v2= 0,2m/s Ta có :
Với v1<v2, ta lấy v= v2= 0,2m/s
Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :
F1 = L.𝜕.cos β.K1.g = 1.1.cos 0o.0,05.10 = 0,5(N) Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :
P1 = F1.v = 0,5.0,2 = 0,1 (W)
Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải là : F2 = 2.L.δ.cos.β.K2.g = 2.1.5.cos 0o.0,05.10 = 5 (N) Công suất cần thiết để khắc phục các lực cản ma sát :
P2 = F2.v = 5.0,2 = 1 (W)
Do góc nghiêng băng tải là 0o nên không có công suất nâng vật liệu P3. Công suất tĩnh của băng tải :
P = P1 + P2 = 0,1+1 = 1,1 (W)
Công suất cần thiết cho động cơ truyền động băng tải: Pdc = K3
𝑃
= 1,25.0,941,1 = 1,46 (W)
Như vậy ta có thể lựa chọn động cơ có công suất 150W theo yêu cầu chuyển động ổn định của hệ thống.
55
3.2.3Tính toán lựa chọn xylanh đẩy
Thông số của xy lanh: M16x100 mm, đường kính trục piston 6mm.
Với điều kiện lực đẩy của xylanh phải thắng được lực ma sát của trọng lượng với phôi.
Giả thiết: Trọng lượng của 1 phôi: 1 (N)
Hình 3-13 Xylanh
- Công thức tính lực đẩy của xy lanh khi piston đi ra :
FA1 A p µ1. c1.
Trong đó : FA1: Lực tác động khi cần piston đi ra A1: Diện tích làm việc của piston
2 2 2 1 . .1, 6 2, 01( ) 4 4 D A cm D: Đường kính mặt đáy piston ( D= 1,6 cm ) pc1: Áp suất khí nén trong xy lanh ( pc1 =5kg/cm2 ) µ: Hiệu suất của xy lanh µ=0,8
Lực tác dụng khi cần piston đi ra là:
1
A
F
=2,01.5.0,8=8,04 (N) > 5 (N) thỏa mãn lực đẩy. Công thức tính lực đẩy của xylanh khi piston đi vào :
2 2. 2. A c F A p µ FA1 FA2 A1 A2 D d
56 Trong đó:
2
A
F : Lực tác động khi cần piston đi vào A2: Diện tích làm việc của piston
A2 = π.(𝐷 2−𝑑2)
4 =π.(1,6 2−0,62)
4 = 0,785 ( cm2 ) D: Đường kính mặt đáy piston ( D= 1,6 cm ) d: Đường kính cần piston ( d=0,6 cm )
pc2: Áp suất khí nén trong xy lanh ( pc2 =5kg/cm2 ) µ: Hiệu suất của xy lanh µ=0,8
Lực tác dụng khi cần piston đi vào là: 2
A
F =0,785.0,5.0,8=3,14 ( N )
Từ kết quả tính toán, nhóm em chọn xylanh CJ2B10-100R
Hình 3-14 Xylanh CJ2B10-100R Thông số kỹ thuật: - Kích thước nòng: 10mm; - Hành trình: 100mm; - Kiểu tác động: Hai tác động, 1 trục - Lưu chất: khí nén
- Áp suất chịu được: 0,06~ 0,7 Mpa - Nhiệt độ chịu được: 10~ 70 oC
57
3.2.4Tính toán đáp ứng vận tốc biến tần
Vận tốc băng tải ở các cấp tốc độ: v1 = 0,12m/s; v2= 0,2m/s Kích thước mút đẩy xylanh D = 3cm
Do vậy, trong trường hợp 2 phôi cùng loại đặt quá sát nhau với d < D = 3cm, xylanh đẩy sẽ gặp lỗi đẩy cả 2 phôi vào hộp phân loại dẫn đến lỗi phân loại sản phẩm.
Khoảng cách tối thiểu để đặt 2 phôi là dmin = 3cm.
Xylanh đẩy được thiết lập 0,2s để hoàn thành quá trình đẩy phôi và thu về. Với cấp tốc độ 2 của biến tần (v2=0,2m/s):
Khoảng cách tối thiểu để đặt vật khi băng tải chạy với cấp tốc độ 2 là: d2 = 0,2.0,2 = 0,04 (m) = 4 (cm) > dmin
Với cấp tốc độ 1 của biến tần (v1=0,12m/s):
Khoảng cách tối thiểu để đặt phôi khi băng tải chạy với cấp tốc độ 1 là: d1 = 0,12.0.2 = 0,024 (m) = 2,4 (cm) < dmin
Sử dụng cấp tốc độ 2 khi băng tải chạy phân loại 1 sản phẩm và tốc độ 2 khi phân loại 2 hoặc nhiều sản phẩm trên băng tải sẽ giúp hệ thống tối ưu năng suất phân loại.
58
3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển phân loại và đáp ứng vận tốc 3.3.1Sơ đồ đấu nối PLC s7-1200 CPU 1212 3.3.1Sơ đồ đấu nối PLC s7-1200 CPU 1212
59
Bảng 3-1 Địa chỉ đầu vào PLC
Địa chỉ Tên thiết bị Chức năng hoạt động
I0.0 Nút nhấn START(S1) Khởi động hệ thống
I0.1 Nút nhấn STOP(S3) Dừng hệ thống
I0.2 CB tiệm cận 1 Phát hiện phôi KL cao
I0.3 CB tiệm cận 2 Phát hiện phôi KL thấp
I0.4 CB 3 Phát hiện phôi PK cao
I0.5 CB 4 Phát hiện phôi PK thấp
I0.6 CB 5 Phát hiện phôi vào băng tải
Địa chỉ Tên thiết bị Chức năng hoạt động
Q1.0 Rơle k1 Đóng ngắt động cơ
Q1.1 CB1 CB1 nhận tín hiệu có phôi KL cao
Q1.2 CB2 CB2 nhận tín hiệu có phôi KL thấp
Q1.3 CB3 CB3 nhận tín hiệu có phôi PK cao
Q1.4 Xylanh1 Điều khiển xy lanh 1 di chuyển phôi vào hộp 1 Q1.5 Xylanh2 Điều khiển xy lanh 2 di chuyển phôi vào hộp 2 Q1.6 Xylanh3 Điều khiển xy lanh 3 di chuyển phôi vào hộp 3
Q1.7 Duytri_ht Duy trì hoạt động hệ thống
3.3.2Lập trình điều khiển hệ thống
Sơ đồ lập trình hệ thống
60
61
62
63
Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 Kết quả đạt được
Sau một thời gian nghiên cứu và xây dựng mô hình, đề tài “Nghiên cứu thiết kế
mô hình điều khiển đáp ứng vận tốc băng tải trong phân loại sản phẩm ứng dụng bộ điều khiển và biến tần Siemens” của chúng em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm
trong việc thiết kế cơ khí cũng như lập trình phần mềm, hoàn thành đồ án theo đúng tiến độ, cơ bản đáp ứng được yêu cầu đề ra :
- Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao và vật liệu có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặp, bảo trì, sửa chữa. - Hệ thống phân loại hoàn toàn tự động.
- Tốc độ băng tải được điều khiển thông qua biến tần giúp bảo đảm tốc độ phân loai theo yêu cầu.
- Hệ thống làm việc ổn định, an toàn cho người vận hành.
- Hệ thống làm việc liên tục với nhịp sản xuất khoảng 15s/ 1 phôi.
- Hệ thống được điều khiển và giám sát trên giao diện WinCC, hoạt động khá ổn định.
4.2 Định hướng phát triển
Trong tương lai, mô hình hệ thống có thể sẽ được nghiên cứu sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp nói chung và công nghiệp tự động hóa nói riêng.
Hệ thống có thể phân loại được nhiều sản phẩm với các tiêu chí khác nhau trong nhiều trường hợp, đồng thời có thể điều chỉnh tốc độ băng tải thích hợp cho việc phân loại được thuận tiện hơn.
Mong rằng đề tài này sẽ được các bạn sinh viên khóa sau tiếp tục thực hiện những yêu cầu trên và khắc phục những hạn chế của đề tài này, để có thể tạo ra một hệ thống có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất và đời sống xã hội.
64
KẾT LUẬN
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, nền kinh tế tự động hóa và hòa nhập vào công cuộc cách mạng 4.0. Cơ khí sản xuất cần phải thay đổi phát triển mạnh về tự động hóa đưa máy móc vào sản xuất, bên cạnh sự phát triển cần có một chiến lược cụ thể rõ ràng.
Đề tài về phân loại sản phẩm là một phần nhỏ trong quá trình sản xuất, nhưng lại có vai trò không hề nhỏ trong công cuộc sản xuất. Mỗi sản phẩm ra thị trường luôn luôn phải đạt tiêu chuẩn chính xác, sản phẩm của nhà máy sản xuất cơ khí đánh giá một phần của quá trình sản xuất vì vậy phân loại sản phẩm lỗi là vô cùng cần thiết Bài báo cáo của chúng em còn nhiều khuyết điểm chưa hoàn thiện, nhưng cũng là một ý tưởng mới cho quá trình phân loại sản phẩm. Chúng em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn và đưa vào thực tế trong quá trình sản xuất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt:
[1] Khoa Cơ Khí – Bộ môn Cơ điện tử, Lý thuyết điều khiển. Trường đại học Công nghiệp Hà Nội.
[2] Nguyễn Trọng Hiệp (2006), Chi tiết máy tập 1, tập 2. Nhà xuất bản Giáo Dục.
[3] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (1999), Thiết kế chi tiết máy. Nhà xuất bản Giáo Dục.
[4] Hồ Viết Bình (2004), Tự động hóa quá trình sản xuất. Trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
Tài liệu từ các Website:
[5] http://www.dientuvietnam.net/forums/ [6] http://www.arduino.vn/ [7] http://www.citizen-micro.com/pro/mortor.php [8] https://codientudong.com/ [9] https://www.dientu4u.com/ [10] https://vi.wikipedia.org/ [11] http://lifentech.com.vn/ [12] http://thuykhicongnghiep.vn/ [13] https://kythuatchetao.com/cau-tao-nguyen-ly-hoat-dong-role-trung-gian/