Băng tải (băng chuyền) là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp được cấu tạo từ hệ thống máy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng có khối lượng lớn vận từ điểm này sang điểm khác cách nhau một khoảng cách nào đó hoặc vận chuyển theo phương nghiêng, ngang. Trong sản xuất băng tải có ý nghĩa rất quan trọng. Nhờ sự xuất hiện của băng tải mà lượng vật liệu cũng như sản phẩm tong sản xuất được vận chuyển liên tục đảm bảo nhịp sản xuất, giúp giảm sức lao động và tiết kiệm chi phí nhân công.
❖ Cấu tạo của băng tải bao gồm các thành phần chính như:
• Khung băng tải: thường được làm bằng một loại nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện, hoặc inox…
• Dây băng tải
• Bộ điều khiển băng tải: PLC, biến tần, role, contactor… • Con lăn đỡ/ con lăn bị động.
• Động cơ giảm tốc: công suất từ 25W đến 2,2kW…
Hình 2.19: Cấu tạo của băng tải ❖ Nguyên lý hoạt động:
Động cơ được gắn vào một đầu của băng tải thông qua bộ truyền chuyển động hoặc bắt trực tiếp với con lăn dẫn động. Khi động cơ quay sẽ truyền chuyển động cho con lăn dẫn động và nhờ ma sát của bề mặt băng tải với con lăn sẽ làm cho băng tải chuyển động theo chiều chuyển động của con lăn. ❖ Một số dạng băng tải trong thực tế:
Băng tải cao su: Hệ thống băng tải cao su hình dưới là một hệ thống vận chuyển nguyên liệu mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất với các hệ thống cùng chức năng. Hệ thống vận chuyển bằng băng tải cao su này có thể lắp đặt được ở mọi địa hình.
Băng tải xích: Băng tải xích chủ yếu được dùng để vận chuyển tải nặng, sử dụng trong các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệp ôtô thường dùng những băng tải truyền xích để chuyền tải phụ tùng xe hơi qua các nhà máy sơn.
Hình 2.21: Băng tải xích
Băng tải con lăn: Băng tải con lăn là hệ thống băng tải gồm những con lăn được bố trí trên các giá dựng đứng, sử dụng trong các kho chứa các hộp sản phẩm, hệ thống giá đỡ con lăn thuận tiện cho việc đặt dỡ các thùng hàng.
Hình 2.22: Băng tải rulo
2.2.2 Nguồn cấp điện
Nguồn switching hay thường gọi là nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với biến áp xung. Bộ nguồn DC Switching thường có nhiều mức đầu ra khác nhau như 6V, 12V, 24V, 36V… để cấp nguồn nuôi cho những thiết bị khác nhau.
Hình 2.23: Cấu tạo nguồn switching
- Biến áp xung: Cũng cấu tạo gồm các cuộn dây quán trên một lõi từ giống như biến áp thông thường chỉ có điều biến áp này sử dụng lõi ferit còn biến áp thường sử dụng lỗi thép kỹ thuật điện . Với cùng một kích thước thì biến áp xung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần. Ngoài ra biến áp xung hoạt động tốt ở dải tần cao còn biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần thấp.
- Cầu chì: Bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch.
- Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, diode chỉnh lưu: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp một chiều tích trữ trên tụ lọc sơ cấp để cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp của máy biến áp xung.
- Sò công suất: Đây là một linh kiện bán dẫn dùng như một công tắc chuyển mạch , đó có thể là transistor, mosfet, IC tích hợp, IGBT có nhiệm vụ đóng cắt điện từ chân (+) của tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung rồi cho xuống mass.
- Tụ lọc nguồn thứ cấp: Dùng để tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp của biến áp xung để cấp cho tải tiêu thụ. Chúng ta biết rằng khi cuộn sơ cấp của biến áp được đóng cắt điện liên tục bằng sò công suất thì xuất hiện từ trường biến thiên dẫn đến cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra. Điện áp này được chỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc (tụ điện) thứ cấp để san phẳng điện áp.
- Ic quang và Ic 431: Có nhiệm vụ tạo ra một điện áp cố định để khống chế điện áp ra bên thứ cấp ổn định theo mong muốn. Chúng sẽ làm nhiệm vụ
khống chế dao dộng đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung sao cho điện áp ra bên thứ cấp đạt yêu cầu.
❖ Nguyên lý hoạt động:
- Khi công tắc điện mở, nguồn điện sẽ được đi qua nguồn tổ ong. Khi đó, cuộn sơ cấp của biến áp được đóng/cắt điện liên tục bằng sò công suất và sẽ xuất hiện từ trường biến thiên.
- Cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra. Điện áp này được chỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc nguồn thứ cấp để san phẳng điện áp.
- Tiếp theo, các tụ IC quang và IC TL431 sẽ không chế dao động đóng/cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung sao cho điện áp ra bên thứ cấp đạt yêu cầu.
Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý nguồn switching
2.2.3 Động cơ DC
❖ Cấu tạo:
Hình 2.25: Động cơ DC
- Stator: là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện - Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện
- Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp - Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor. Số lượng các điểm tiếp xúc sẽ tương ứng với số cuộn dây trên rotor.
❖ Nguyên lý hoạt động:
Stato của motor điện 1 chiều thường là 1 hoặc gồm nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, (có thể dùng bằng nam châm điện), còn rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện 1 chiều. Đồng thời, bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là làm đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là chuyển động liên tục. Bộ phận này sẽ gồm có 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than được mắc tiếp xúc với cổ góp của động cơ.
Khi trục quay của một động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực tác động từ bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động tương tự như 1 chiếc máy phát điện 1 chiều để nhằm tạo ra một sức điện động cảm ứng có tên là Electromotive force (EMF). Trong hoạt động, phần rotor quay sẽ phát ra 1 điện áp (hay còn gọi là sức phản điện động) có tên là counter EMF (CEMF) hoặc còn được gọi là sức điện động đối kháng.
Sức điện động này hoạt động tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ được sử dụng với chức năng giống như 1 chiếc máy phát điện. Lúc này, điện áp đặt trên động cơ sẽ gồm 2 thành phần chính là: sức phản điện động cùng với điện áp giáng tạo ra do điện trở ở bên trong của các cuộn dây phần ứng.
2.2.4 Cơ cấu tay gắp sản phẩm
Phân loại một số dạng tay robot:
- Tay robot sử dụng thành phần điện - Tay robot sử dụng cơ cấu khí nén
Tay robot khí nén Ưu điểm:
• Cơ cấu đơn giản
• Rủi ro thấp, tính an toàn cao • Ít bảo trì, bảo dưỡng
Hạn chế:
• Khó khăn trong việc kiểm soát tốc độ của tay robot do cơ cấu điều khiển chỉ có 2 trạng thái bật va tắt
• Chi phí hoạt động lâu dài sẽ cao hơn
• Dễ bị hư hại do ẩm tích tự trong máy nén khí làm hỏng các cơ cấu xilanh Một số hình ảnh thực tế về tay máy khí nén:
Hình 2.26: Tay gắp khí nén Festo
Hình 2.27: Tay gắp khí nén
Tay robot sử dụng thành phần điện Ưu điểm:
• Do cơ cấu vận hành lấy động lực chính từ các động cơ điện nên robot có khả năng hoạt động linh hoạt, phạm vi làm việc lớn
• Khả năng làm việc tốc độ cao, chính xác, đáng tin cậy
Nhược điểm:
• Phí đầu tư ban đầu lớn
Một số mẫu tay robot đã được ứng dụng trong thực tế:
Hình 2.28: Robot công nghiệp của ABB
2.2.5 Cảm biến tiện cận
❖ Cấu tạo
Cảm biến quang được cấu thành từ 3 bộ phận là bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và bo mạch xử lý tín hiệu điện.
- Bộ phát ánh sáng: Bộ phận này đảm nhận vị trí cảm biến quang nhiệt, phát ra ánh sáng dạng xung. Tùy vào từng hãng sản xuất sẽ có tần số ánh sáng riêng biệt được thiết kế. Bộ phận này bổ trợ cho bộ phận thu ánh sáng phận biệt nguồn sáng từ cảm biến và nhiều nguồn khác.
- Bộ phận thu sáng: Bộ phận này là bộ phận tiếp nhận ánh sáng và sau đó truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý.
- Mạch xử lý tín hiệu điện: Bộ phận này tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng và chuyển tín hiệu theo tỉ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF, tín hiệu này có độ khuếch đại rộng hơn.
❖ Nguyên lý hoạt động
Bộ phận phát sáng sẽ phát ánh sáng dưới dạng tần số, từ đó bộ phận thu sáng sẽ tiếp nhận ánh sáng đó và phân loại chuyển đến bộ phận xử lý tín hiệu điện. Ở đây tín hiệu sẽ được chuyển đổi theo tỉ lệ tranzito thành hai chế độ ON/OFF. Và tín hiệu được dùng nhất là NPN, PNP.
2.3 Hệ thống điều khiển của hệ thống phân loại 2.3.1 Bộ điều khiển khả trình PLC 2.3.1 Bộ điều khiển khả trình PLC
Khái niệm [10]
PLC là các chữ được viết tắt từ: Programmable Logic Controller. Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình.
Người ta đã đi đến tiêu chuẩn hoá các chức năng chính của PLC trong các hệ điều khiển là:
❖ Điều khiển chuyên gia giám sát: • Thay thế cho điều khiển rơ le.
• Thay thế cho các Panel điều khiển, mạch in.
• Điều khiển tự động, bán tự động bằng tay các máy và các quá trình. • Có các khối điều khiển thông dụng (thời gian, bộ đếm).
❖ Điều khiển dãy:
• Các phép toán số học. • Cung cấp thông tin.
• Điều khiển liên tục các quá trình (nhiệt độ, áp suất...). • Điều khiển PID.
• Điều khiển động cơ chấp hành. • Điều khiển động cơ bước. ❖ Điều khiển mềm dẻo:
• Điều hành quá trình báo động. • Phát hiện lỗi khi chạy chương trình.
• Ghép nối với máy tính (RS232/ RS242). • Ghép nối với máy in.
• Thực hiện mạng tự động hoá xí nghiệp. • Mạng cục bộ
• Mạng mở rộng.
Cấu trúc của PLC
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình.
Hình 2.31: Cấu trúc của PLC a. Bộ xử lý của PLC:
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
b. Bộ nguồn:
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao diện nhập và xuất.
Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý.
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ:
Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM (Ramden Accept Memory) dành cho chương trình của người dùng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác.
RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi.
Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào, ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, vv…
Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được (EPROM) Là các ROM có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM.
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên để tránh mất mát chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất (I/O).
Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị phân có thể lưu trữ được. Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ có thể lưu
trữ 256 8 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 256 16 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit.
d. Thiếp bị lập trình.
Thiết bị lập trình được sử dụng để nhập chương trình vào bộ nhớ của bộ xử lý. Chương trình được viết trên thiết bị này sau đó được chuyển đến bộ nhớ của PLC.
e. Các phần nhập và xuất.
Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể đến từ các công tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv… Các thiết bị xuất có thể đến các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid vv…
Thiết bị Logic khả trình PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển, thông qua một ngôn ngữ lập trình riêng thay cho việc phải thiết kế và thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển của nó PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (Với PLC khác, với các thiết bị, với máy tính cá nhân). Toàn bộ chương trình điều khiển được nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét (SCAN). Có rất nhiều loại PLC của các hãng khác nhau nhưng chúng đều có một nguyên lý chung như hình vẽ dưới đây.
Hình 2.32: Sơ đồ khối PLC Trong đó:
+ Powez Supply: Bộ nguồn điện áp dải rộng. + Memory: Bộ nhớ chương trình.
+ RAM (Random Access Memory): bộ nhớ này có thể ghi hoặc đọc ra
+ EPROM (Erasable Programmable Red Only Memory): là bộ nhớ vĩnh cửu chương trình có thể lập trình lại bằng thiết bị lập trình.
+ EEPROM (Electriccal Erasable Programmable Red Only Memory): là bộ nhớ vĩnh cửu các chương trình có thể lập trình lại bằng thiết bị chuẩn CRT hoặc bằng tay.
+ INPUT: Khối đầu vào. + OUTPUT: Khối đầu ra.
+ COM: Cổng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi (Máy tính, bộ lập trình). + CPU: Bộ vi sử lý trung tâm.
Như vậy PLC thực chất hoạt động như một máy tính cá nhân nghĩa là phải