Do dự án sử dụng vi điều khiển Arduino nano nên dự án này sử dụng phần mềm ARDUINO IDE để lập trình vi điều khiển arduino và sử dụng phần mềm visual studio để thiết kế giao diện giám sát.
2.3.6.1 Phần mềm Arduino IDE
Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mỡ chủ yếu được sử dụng để viết và biên dịch mã vào module Arduino.
Hình 2.19: Giao diện Arduino IDE
Đây là một phần mềm Arduino chính thức, giúp cho trình biên dịch mã trở nên dễ dàng. Có rất nhiều các module Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Micro và nhiều module khác. Mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã, mã chính còn được gọi là sketch được tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một file Hex, sau đó được chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên bo. Môi trường IDE chủ yếu chưa hai thành phần cơ bản: Trình sữa chữa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu cầu và phần sau được sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino.
Các ưu điểm của Arduino IDE:
Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí.
Sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ thân thiện với các lập trình viên.
Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino.
Có bộ sưu tập các ví dụ mẫu và thư viện hỗ trợ phong phú
Giao diện đơn giản, dễ sử dụng
Hình 2.20: Giao diện Visual studio
Visual studio là một trong những công cụ hỗ trợ lập trình website phổ biến nhất hiện nay của Microsoft và chưa có một phần mềm nào có thể thay thế được nó. Visual studio hộ trợ ngôn ngữ lập trình C#. Đây là ngôn ngữ giúp người dùng có thể lập trình được hệ thống SCADA một cách dễ dàng và nhanh chóng thông qua Visual studio. Visual studio là một phần mềm lập trình hệ thống được sản xuất trực tiếp từ Microsoft. Từ khi ra đời đến nay, đã có nhiều phiên bản khác nhau. Điều đó giúp cho người dùng có sự lựa chọn đa dạng phù hợp với dòng máy của mình cũng như cấu hình sử dụng phù hợp nhất.
Một số tính năng của Visual studio:
Biên tập mã:
Giống như bất kỳ một IDE khác, Visual studio gồm có một trình soạn thảo mã hộ trợ tô sáng cú pháp và hoàn thiện mã bằng cách sử dụng intellisence không chỉ cho các hàm, biến và các phương pháp mà còn sử dụng cho các cấu trúc ngôn ngữ như: Truy vấn và vòng điều khiển…
Trình gỡ lỗi:
Visual studio có một trình gỡ lỗi có tính năng vừa lập trình gỡ lỗi cấp máy và gỡ lỗi cấp mã nguồn. Tính năng này hoạt động với cả hai mã quản lý giống như ngôn ngữ máy và có thể sử dụng gỡ lỗi các ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ được hỗ trợ bởi Visual studio.
Thiết kế:
Được sử dụng với mục đích xây dựng GUI sử dụng Windows Forms, được bố trí dùng để xây dựng các nút điều khiển bên trong hoặc cũng có thể khoá chúng vào bên cạnh mẫu. Điều khiển trình bày dữ liệu có thể được liên kết với các nguồn dữ liệu như: cơ sở dữ liệu và truy vấn.
Ưu điểm của visual Studio:
Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình: C/C++, C#, F#, Visual basic, HTLM, CSS, JavaScript.
Giao diện rất dễ sử dụng đối với người mới bắt đầu.
Hỗ trợ xây dựng ứng dụng một cách chuyên nghiệp bằng các công cụ kéo thả.
Chương trình nhẹ, có thể chạy trên mọi hệ điều hành.
Dễ dàng quản lý cơ sở dữ liệu và in ấn báo cáo. Nhược điểm:
Yêu cầu cao đối với người lập trình.
CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý: Khi cấp nguồn cho động cơ và cấp khí cho xi lanh, xi lanh cấp phôi đẩy sản phẩm vào băng tải, băng tải chạy vận chuyển phôi qua vị trí cảm biến tiệm cận. Cảm biến phát hiện ra phôi, lúc này phôi dừng lại ở vị trí cảm biến loadcell, cảm biến Loadcell xác định khối lượng của phôi sau đó gửi tín hiện lên Arduino thông qua mạch chuyển đổi HX711, đồng thời xi lanh cấp phôi thu về. Sau khi nhận tín hiệu gửi về từ Loadcell, vi xử lý Arduino tiến hành xử lý và gửi tín hiệu cho phép cảm biến tiệm cận nhận biết phôi theo khối lượng, nếu phôi đạt yêu cầu về khối lượng cho phép xi lanh tương ứng đẩy sản phẩm phân loại gồm sản phẩm loại 1, sản phẩm loại 2, phôi không đạt yêu cầu về khối lượng sẽ đi thẳng vào hộp chứa sản phẩm loại 3 ở cuối băng tải. Sau khi đẩy sản phẩm vi xử lý cho phép xi lanh cấp phôi tiếp tục đẩy tạo thành chu trình tuần hoàn , sau mỗi sản phẩm màn hình LCD sẽ hiển thị số sản phảm tương ứng đã phân loại được.
Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ phần cơ khí Thông số đầu vào:
Hệ thống cấp phôi tự động
Nguồn lực quay băng tải: động cơ điện
Chiều dài băng tải: L = 500 cm
Thông số hình học phôi: phôi trụ
Cao D = 50 mm, 30mm, 70mm
Đáy r = 50 mm
Trọng lượng phôi: Pmin =0,5Kg; Pmax= 5Kg
Năng suất làm việc: N = 20 sp/phút.
3.2 Tính động cơ kéo băng tải3.2.1 Tính moment động cơ 3.2.1 Tính moment động cơ
Ta có:
Tổng khối lượng phôi trên băng tải max là mmax: mmax = n.Pmax = 3.5 = 15 kg
mmin = n.Pmin = 3.0,5 = 1.5 kg Ta gọi:
M là momen động cơ diện
Mbd là momen bánh đai
µ là hệ số hiệu suất : µ = 2 M = µ × Mbd
Bỏ qua trọng lượng của băng tải Ta gọi:
F : lực kéo của dây đai làm băng tải chạy đều
Fms: lực ma sát cuả sản phẩm lên băng tải
µms: hệ số ma sát ta khảo sát = 0.5
g: gia tốc trọng trường = 9.8 m/s2 r bán kính bánh đai chọn: r = 5cm F = Fms = µms. mmax. g = 0.5×15×9.8 = 73.5 N Mbd = r.Fms = 0.05 × 73.5= 3.675 N.m
Công suất làm việc của động cơ đề phòng trường hợp quá tải: Plvqt = Plv.kqt =3.675 x 10 -3 x 2 = 7.35. 10 -3 kW Bộ truyền đai để hở: = 0,95 ÷ 0,96 Chọn = 0,95 Hiệu suất hệ dẫn động : = br .ol .đ = 0.96 x 0.99 x 0.95 = 0.90 Trong đó:
ηđai hiệu suất của bánh đai = 0,95
ηổ lăn hiệu suất một cặp ổ lăn = 0,99
br hiệu suất một cặp bánh răng = 0,96 Công suất cần thiết trên trục động cơ: Pđc= Plvqt/ = 7.35 x 10−3 0.9 = 8.1 x 10 -3 kW. Số vòng quay động cơ: nct = vn/(π.Dw) = 0.06 x π x600.05 = 23 v/ph. Trong đó: V là vận tốc băng tải D là đường kính tang
3.2.3 Công suất thiết kế
Pđ = Pt.Kđ
Chọn cơ cấu chấp hành chế độ làm việc ổn định, nguồn truyền động ổn định => Kđ=1.
=>Pđ = Pt = 8.1 W.
Từ đó ta chọn động cơ: DC ZS-HE813I. 3.3 Tính toán các khâu phân loại sản phẩm
3.3.1 Phần cảm biến nhận tín hiệu
Là một bộ cảm biến quang đặt bên cạnh băng tải. Khi sản phẩm đi qua cảm biến sẽ tiến hành nhận biết và truyền tín hiệu cho các bộ phận xử lí.
Hình 3.2: hình ảnh cảm biến hồng ngoại E18 - D80NK
Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch tán.
Thông số kỹ thuật:
Khoảng cách phát hiện là 100 mm.
Đặc tính trễ: tối đa 20% khoảng cách phát hiện.
Đầu ra: DC 3 - dây NPN NO.
Vật cảm biến nhỏ nhất: 10x10mm. Nguồn sáng: LASER. Kích thước: 22 X 70mm / 0.86 x 2.8 (D * L). Chiều dài cáp: ~ 115cm. Cung cấp điện áp: 10 – 30 VDC. Điện áp làm việc: 10 – 30 VDC.
Dòng hiện tại: 300 mA.
Tần số: 500 Hz.
Trọng lượng (cả vỏ): 60 g.
Chế độ ngõ ra: Chọn lựa Light-ON / Dark-ON.
3.3.2 Phần xilanh đẩy phôi
Gồm có 2 xilanh được gắn song song với nhau. Khi có tín hiệu từ bộ cảm biến tác động vào các thiết bị điện khí nén sẽ điều khiển các xi lanh tiến hành đẩy sản phẩm vào các thùng chứa phôi.
Yêu cầu xylanh:
Hành trình xylanh Lxl = 10 cm = 100 mm
Thời gian dẫn động T = 0.5s
Tải trọng đáp ứng F = 20 N Suy ra ta có phần tính toán như sau:
Áp suất khí nén của máy nén thông dụng là: p= 6 par = 6.1183 kg
cm2 Tải trọng đáp ứng là : F = 20 N ≈2kg Chọn đường kính xylanh : D = √F∗4 p∗π = 0.65 cm Chọn đường kính : Dxl = 10mm Vậy ta chọn đường kính là 100 mm Hành trình xylanh: Lxl = 100mm
Vậy với xylanh có đường kính bằng 65mm , đường kính pittong bằng 10mm, áp suất khí nén cung cấp 6 bar ta có :
D = 65 mm A = π∗D2 4 = 33 cm2 P = 6.1183 kg cm2 F = P*A = 201.9 N
MAL16x100 như hình vẽ sau.
Hình 3.3: Hình ảnh xylanh MAL 16x100 Mô tả:
Chất liệu cao cấp Độ bền cao
An toàn khi sử dụng Xi lanh khí nén MAL16 x 100 Thông số kỹ thuật
Đường kính: 16mm
Hành trình: 100mm
Kích thước cổng kết nối : 5mm
Lưu chất: Khí nén
Loại xi lanh: Hai tác động
Nhiệt độ làm việc: -5 0C – 70 0C
Áp suất làm việc: 0.1 Mpa – 1 Mpa
Tốc độ: 30 - 80mm/s
3.3.3 Khu để phôi
Trên hình vẽ mạch động lực ta thấy:
Relay 1 điều khiển xy lanh đẩy phôi ra khỏi hộp phôi lên băng tải
Relay 2 và relay 3 điều khiển xylanh đẩy phôi vào thùng lần lượt là thùng chứa sản phẩm 1 và 2
Relay 4 điều khiển động cơ DC
Các relay trên thì nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển (Arduino nano) lần lượt từ các chân (A0, A1, A2, A3).
Vi điều khiển nhận tín hiệu từ các cảm biến tiệm cận và loadcell từ các chân (A6, A7).
LCD hiện thị các thông số: số lượng sản phẩm trong các hộp phân loại.
Hình 3.4: sơ đồ nguyên lý phần mạch mạch điều khiển
3.4.1 Mạch điều khiển xylanh
Từ lựa chọn xylanh 24 - 4.8W: Dòng điện qua xy lanh:
Ixl = UPXL
XL = 4.824 = 0.2(A) Chọn rơ le: 30VDC -10A.
(với nam châm chiện có thông số (24VDC-30mA))
Từ thông số rơ le ta chọn: C1815 và OPTO PC817 (chịu được 50VDC – 150mA) Dòng điện qua BJT: IB=IC β hsat= VCC−0.7−0.2 R2 = 30mA 100 3=1mA R2=11.9KΩ Chọn R2=12KΩ
Dòng điện qua led:
ILED=5−1.1−1.9
R1 =
5−1.1−1.9
470 =4.25mA
Như vậy, các thông số tính toán cho ba xylanh 1, 2, 3 sẽ như sau:
Xilanh1:R1=470(Ω)R2=12(kΩ),D2là N4007,Q2là C1815, U2là PC817.
Xilanh2:R3=470(Ω),R4=12(kΩ),D3là N4007,Q3làC1815, U3là PC817.
Xilanh3:R5=470(Ω),R6=12(kΩ),D4là N4007,Q4làC1815, U4là PC817.
3.1.1. Mạch điều khiển động cơ
Từ động cơ: 24VDC – 1A.
Ta chọn rơ le 30VDC-10A và mạch đóng cắt sử dụng BJT NPN kết hợp OPTO PC817 và Diode D8 để bảo vệ BJT như hình 3.4.
Từ thông số của rơ le ta chọn BJT C1815
IB=IC β h sat= VCC−0.7−0.2 R2 = 30mA 100 3=1mA R8=11.9KΩ Chọn R8=12KΩ ILED=5−1.1−1.9 R7 = 5−1.1−1.9 470 =4.25mA
CHƯƠNG 4 THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH 4.1 Thuật toán điều khiển
Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán của hệ thống phân loại Hệ thống hoạt động khi ta nhấn start.
Nếu nhấn stop ngay sau đó thì hệ thống ngừng hoạt động.
Nếu không nhấn stop thì sau khi nhấn start thì động cơ được khởi động kéo theo băng tải chuyển động, phôi được cấp cho băng tải từ hệ thống cấp phôi, sau khi cảm biến phát hiện phôi tới loadcell thì băng tải dừng lại, vi điều khiển đọc tín hiệu từ load- cell thông qua mạch chuyển đổi, sau khi nhận được tín hiệu từ loadcell vi điều khiển sẽ
dựa trên cân nặng của phôi mà cấp tín hiệu điệu điểu khiển cho 1 trong hai xy lanh phân loại
CHƯƠNG V : PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ TÍNH CÔNG NGHỆ TRONG KẾT CẤU CỦA CHI TIẾT
1. Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 1.1.: Chức năng làm việc
- Gối đỡ thường được dùng trong ngành công nghệ chế tạo máy
- Gối đỡ dùng để đỡ trục,chịu tác dụng của các lực đặt lên trục và truyền các lực này vào thân máy,bệ máy.
- Gối đỡ dùng để dẫn hướng,nhờ đó mà có vị trí nhất định trong máy - Gối đỡ còn có nhiệm vụ của ổ trượt.
- Độ bền kéo, độ bền uốn cao, khả năng chống mài mòn tốt, chịu được nhiệt đô cao
- Tính đúc tốt dể gia công cắt gọt
- Thành phần của GX 15-32 : Là hợp kim sắt với cacbon và 1 số yếu tố khác nhau C(3.5% - 3.7%), Si(2% - 2.4%), Mn(0.5% –
0.8%), P< 0.3%, S< 0.5%, Cr,Ni...
1.3: Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết.
Từ bản vẽ chi tiết ta thấy :
Gối đỡ có kết cấu đủ độ cứng vững cần thiết để khi gia công không bị biến dạng nên có thể dùng chế độ cắt cao, đạt năng suất cao.
Các bề mặt làm chuẩn có đủ diện tích nhất định để cho phép thực hiện nhiều nguyên công khi dùng bề mặt đó làm chuẩn và đảm bảo thực hiện quá trình gá đặt nhanh. Gối đỡ có các lỗ lắp ghép vuông góc với mặt đáy của chi tiết nên đây là chi tiết dạng hộp điển hình ta có thể lấy hai lỗ vuông góc với mặt đáy và mặt đáy đó làm chuẩn tinh thống nhất trong quá trình gia công chi tiết, vì thế việc gia công mặt đáy và hai lỗ được ta chọn làm chuẩn tinh cần được gia công chính xác.
Các bề mặt cần gia công là :
• Gia công bề mặt đáy với độ bóng cao để làm chuẩn tinh cho nguyên công sau.
• Gia công 4 lỗ Ø7 trên máy khoan
• Gia công các mặt bích đảm bảo việc gá lắp chặt khi làm việc. • Phay 2 mặt phẳng A,B
• Khoét, doa lỗ Ø18 đảm bảo độ bóng và chính xác cho chi tiết, vì bề mặt này là là bề mặt làm việc chính của gối đỡ.
2. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI 2.1: Xác định phương pháp chế tạo phôi
Từ hình dạng của chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết có tính cứng cao, dạng sản xuất lớn, ta dùng phương pháp đúc để chế tạo phôi .
Phôi đúc được chế tạo bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn có hình dạng và kích thước xác định, sau khi kim loại kết tinh ta thu được chi tiết có hình dạng kích thước theo yêu cầu.
Ưu điểm:
- Có thể đúc được tất cả các loại kim loại và hợp kim có thành phần khác nhau.
- Có thể đúc được các chi tiết có hình dạng và kết cấu phức tạp mà các phương pháp khác khó hoặc không chế tạo được.
- Tùy theo mức độ đầu tư công nghệ mà chi tiết đúc có thể đạt độ chính xác cao hay thấp.
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, cho năng xuất cao, giá thành thấp và đáp ứng được tính linh hoạt trong sản xuất.
Nhược điểm:
- Tốn kim loại cho hệ thống đậu rót và đậu ngót.
- Để kiểm tra chất lượng của vật đúc cần phải có thiết bị hiện đại.