Cảm biến theo kiểu điện cảm sẽ phát hiện được sự suy giảm từ tính trong dịng điện xoay chiều, được sinh ra trên bề mặt của vật dẫn từ những mơi trường bên ngồi. Trường điện từ xoay chiều được sinh ra trên cuộn dây và sẽ thay đổi trở thành kháng phụ và thuộc vào dịng điện xốy trên những bề mặt vật thể kim loại khi chúng được phát hiện. Vật thể cần phát hiện và cảm biến 21 khi tiến lại gần với nhau thì giống với hiện cảm ứng điện từ trong dòng máy biến áp.
Nguyên lý phát hiện của dịng cảm biến điện dung:
Hình 4.12: Sơ đồ của dòng cảm biến điện dung.
Cảm biến điện dung phát hiện sự thay đổi điện dung giữa những cảm biến và những đối tượng cần phát hiện. Giá trị của điện dung phụ thuộc hồn tồn vào kích thước và khoảng cách của đối tượng. Cảm biến điện dung thông thường sẽ tương tự với tụ điện của 2 bản điện cực song song và điện dung sẽ được thay đổi và được phát hiện giữa hai bản cực đó. Một tấm điện cực chính là đối tượng cần được phát hiện và
37
một tấm kia thì là bề mặt của cảm biến. Đối tượng được phát hiện sẽ phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng.
Hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn tự động sử dụng cảm biến tiệm cận để phát hiện vật.
4.3.6. Cảm biến lưu lượng nước.
Hình 4.13: Cảm biến lưu lượng nước. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Chức năng 3 dây ngõ ra:
- Màu đỏ: nguồn: 5 - 24V - Dây đen: GND (mass). - Dây vàng: tín hiệu.
Công thức lưu lượng:
- Q = F / 7.5. - F: tần số (Hz).
- Q: lưu lượng: (L/min). - 7.5: hằng số.
VD: 1L nước sẽ có cơng thức: 1x7.5x60 = 450 xung. Thơng số kỹ thuật:
38
- Dòng tiêu thụ: < 10mA. - Chịu áp lực đến: 1.75Mpa. - Lưu lượng đo: 1 - 30 (L/min). - Nhiệt độ hoạt động: < 120 độ C. - Độ ẩm: 35% - 90% RH.
- Kích thước: 61 x 36 x 34mm.
Các nhà máy cơng nghiệp lớn, các tịa nhà thương mại và dân cư đòi hỏi một lượng nước lớn dẫn đến sự ra đời của hệ thống cấp nước công cộng. Cảm biến lưu lượng nước được sử dụng cho mục đích đo tốc độ dịng chảy của nước để theo dõi lượng nước được cung cấp và sử dụng.
Cảm biến lưu lượng nước được lắp đặt tại nguồn nước hoặc đường ống để đo tốc độ dịng nước và tính tốn lượng nước chảy qua đường ống. Tốc độ dòng chảy của nước được đo bằng lít hoặc mét khối trên giờ.
Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến lưu lượng nước bao gồm một van nhựa mà nước có thể đi qua. Một rơto nước cùng với một cảm biến hiệu ứng Hall chỉ định chiều hướng và đo lưu lượng nước.
Khi chảy qua van, nước làm quay rơto. Bằng cách này, chúng ta có thể quan sát sự thay đổi trong tốc độ của động cơ. Sự thay đổi này được tính là đầu ra dưới dạng tín hiệu xung bởi cảm biến hiệu ứng Hall từ đó chúng ta có thể đo tốc độ dịng chảy.
Nguyên lý làm việc chính đằng sau hoạt động của cảm biến này là hiệu ứng Hall. Theo nguyên tắc này, trong cảm biến này, sự chênh lệch điện áp được tạo ra trong dây dẫn do sự quay của rôto. Sự chênh lệch điện áp cảm ứng này ngang với dòng điện.
39
Khi quạt chuyển động được quay do dịng nước chảy, nó sẽ quay rơto gây ra điện áp. Điện áp cảm ứng này được đo bằng cảm biến hiệu ứng Hall và hiển thị trên màn hình LCD.
Cảm biến lưu lượng nước có thể được sử dụng với nước nóng, nước lạnh, nước ấm, nước sạch và nước bẩn. Các cảm biến này có sẵn trong các đường kính khác nhau, với phạm vi tốc độ dòng chảy khác nhau.
Những cảm biến này có thể dễ dàng giao tiếp với các bộ vi điều khiển như Arduino. Để thực hiện điều này, chúng ta cần có một bảng vi điều khiển Arduino để xử lý, cảm biến lưu lượng nước hiệu ứng Hall, màn hình LCD 16×2 và dây kết nối Breadboard. Cảm biến được đặt ở đầu vào nguồn nước hoặc ở đầu ống.
Cảm biến bao gồm ba dây: dây màu đỏ để kết nối với điện áp cung cấp, dây màu đen để kết nối với mặt đất và dây màu vàng để thu thập đầu ra từ cảm biến hiệu ứng Hall. Điện áp cung cấp cần có 5V đến 18V của DC.
Ứng dụng của cảm biến lưu lượng nước.
Cảm biến lưu lượng nước có thể đo tốc độ dịng chảy của nước bằng cách đo vận tốc hoặc độ dịch chuyển. Chúng cũng có thể đo lưu lượng các loại chất lỏng như đo sữa trong ngành công nghiệp sữa v.v…
Có nhiều loại cảm biến lưu lượng nước có sẵn dựa trên đường kính và phương pháp đo của chúng. Một cảm biến lưu lượng nước vô cùng hiệu quả và được sử dụng phổ biến nhất là cảm biến Paddlewheel. Nó có thể được sử dụng cho các loại chất lỏng giống như nước.
Đối với các ứng dụng mà đường ống thẳng khơng có sẵn cho đầu vào thì người ta thường dùng đồng hồ đo lưu lượng dịch chuyển tích cực. Loại cảm biến lưu lượng nước này cũng có thể được sử dụng cho nhớt.
40
Để làm việc với nước bẩn và nước thải có thể dẫn điện thì người ta sử dụng đồng hồ đo lưu lượng từ. Còn đồng hồ đo lưu lượng siêu âm được dùng cho các ứng dụng như nước thải, bùn và các chất lỏng bẩn khác.
Màn hình LCD được sử dụng để hiển thị các phép đo. Cảm biến lưu lượng nước hiệu ứng Hall từ tính tạo ra xung của mỗi vịng quay của rơto. Cảm biến hiệu ứng Hall có trong thiết bị được niêm phong chống nước để đảm bảo sự an tồn và khơ ráo.
4.3.7. Màn hình HMI.
Human-Machine-Interface được định nghĩa là thiết bị cầu nối trung gian giao tiếp giữa con người và máy móc thiết bị qua một màng hình hiển thị.
HMI được nhắc nhiều, ứng dụng trong cơng nghiệp để giảm thiểu q trình thao tác vận hành máy móc.
Ngày nay, các hãng sản xuất đã tích hợp nhiều chức năng để đơn giản hóa việc sử dụng, lắp đặt thiết bị trong quá trình sử dụng.
Hình 4.14: Màn hình HMI. Cấu tạo và chức năng của HMI. Cấu tạo và chức năng của HMI.
HMI được tích hợp các cổng kết nối với các thiết bị ngoại vi và kết hợp với chương trình được thiết kế trên giao diện màng hình với các thơng số được lập trình sẵn. Từ
41
đó hiển thị một cách tổng quát các hoạt động của máy móc. HMI trao đổi thơng tin qua cổng kết nối mạng.
Hình 4.15: Giao diện màn hình HMI.
Ứng dụng ngày nay với các sản phẩm HMI ngày càng nhiều và phổ biến hơn, bởi vì nó tiết kiệm được những phần từ vật lý như nhấn, thanh gạt, biến trở,…
Đồng thời nó hiển thị một cách khoa học cho người kỹ thuật dễ hình dung ra được quy trình vận hành của máy móc, thiết bị.
HMI trong công nghiệp.
Hiện nay trong các hệ thống phức tạp, để đơn giản hóa tất cả các phịng điều khiển người ta hiển thị tất cả các quá trình vận hành trên một màng hình giao diện đồ họa, để truyền tải, cập nhập thông tin đến kỹ thuật viên.
Nó chính là nơi mà họ có thể nắm bắt được các thơng tin một cách rõ nét nhất. Vì thế, chất lượng hiển thị, độ bền bỉ, phản hồi nhanh của thiết bị quyết định chất lượng hoạt động của máy móc, dây chuyển sản xuất.
Ưu điểm khi sử dụng HMI
- Đơn giản hóa tất cả các thao tác vận hành, nếu như trước kia 1 hệ thống phức tạp phải gồm rất nhiều nút nhấn, công tắc, thiết bị ngoại vi để điều khiển và vận hành chúng, thì HMI cho chúng ta vận hành chỉ trên một màng hình hiển thị.
42
- Hiển thị được tất cả các thông tin, dữ liệu phát sinh, các sự cố trong suốt q trình hoạt động và hoạt động máy móc. Nhờ đó người vận hành có thể cập nhập đầy đủ thông tin.
- Giúp kỹ sư vận hành và xử lý kịp thời nhanh nhất có thể, tránh các thao tác nhầm lẫn khơng đáng có.
4.3.8. Máy bơm nước.
Hình 4.16: Máy bơm nước mini 12V. Thông số kỹ thuật. Thông số kỹ thuật.
- Điện áp 12v từ ắc quy, hoặc bộ chuyển nguồn (adapter ) 220v-->12v. - Công xuất 72w ( công suất thực ), áp lực 0,8mpa, tiêu thụ 6l/min, dòng điện
tiêu thụ max 6a.
- Chế độ tự động ngắt khi đóng khóa đầu ra và tự chạy lại khi mở khóa đầu ra. - Kích thước 16,5 x 10 x 6 cm, trọng lượng 0,65kg.
Chú ý:
- Không được ngâm nước sản phẩm và cần cố định chặt máy bơm khi sử dụng. Cánh đấu nối:
- Đỏ máy bơm + đỏ triết áp + đỏ nguồn. - Đen triết áp + đen nguồn.
43
4.3.9. Xi lanh.
Khái niệm:
Xi lanh khí nén hay cịn gọi là ben khí nén, xi lanh khí là một thiết bị cơ học, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động. Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thơng qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động. Bởi vì khí nén có khả năng nở rộng, khơng có sự xuất hiện của năng lượng đầu vào từ bên ngoài. Để thực hiện chức năng của mình, khí nén dãn nở ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theo hướng mong muốn.
Cấu tạo của xi lanh khí nén:
Xi lanh khí nén có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: - Thân trụ (barrel).
- Piston.
- Trục piston (piston rod). - Lỗ cấp khí (cap-end port). - Lỗ thốt khí (rod-end port).
Hình 4.17: Cấu tạo xi lanh khí nén (Nguồn Internet). Phân loại xi lanh khí nén:
44
Trên thị trường có rất nhiều loại xi lanh khí nén khác nhau về mẫu mã, chủng loại, xuất xứ. Những loại xi lanh khí nén dưới đây là những loại xi lanh phổ biến nhất.
Xi lanh khí nén một chiều:
Xi lanh khí nén 1 chiều hay cịn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn. Loại xi lanh khí nén này sử dụng khí nén để dịch chuyển piston theo một hướng chuyển động nhất định. Piston trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lị xo hoặc một lực đẩy từ bên ngoài. Khi quan sát xi lanh khí nén 1 chiều, bạn có thể thấy chúng có 1 lỗ cấp nguồn khí nén và lỗ thốt khí nén trên thân. Thơng thường, khi sử dụng xi lanh khí nén 1 chiều, người ta sử dụng van điện từ khí nén 3/2 (van điện từ 3 cửa 2 vị trí) để điều chỉnh dịng khí nén.
Xi lanh khí nén 1 chiều có 2 dạng cơ bản: - Xi lanh khí nén kiểu piston
- Xi lanh khí nén kiểu màng. Xi lanh khí nén hai chiều:
Xi lanh khí nén 2 chiều hay cịn gọi là xi lanh khí nén tác động kép. Đây là loại xi lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu. Xi lanh khí nén 2 chiều sử dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại. Lực đẩy piston được sinh ra từ cả 2 phía, bởi vậy cấu tạo của xi lanh khí nén 2 chiều có 2 lỗ để cung cấp khí nén. Với loại xi lanh khí nén 2 chiều này, người ta sử dụng van điện từ loại 4/2, 5/2 hoặc 5/3 để điều chỉnh lưu lượng khí nén.
Đặc điểm nổi bật của hầu hết xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ có ở 1 phía, vì vậy kích thước 2 đầu piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hồn tồn. Trên thị trường hiện nay có 2 loại xi lanh khí nén 2 chiều:
- Xi lanh khí nén 2 chiều khơng có đệm giảm chấn.
- Xi lanh khí nén 2 chiều có đệm giảm chấn, có thể điều chỉnh được hành trình Xi lanh khí nén 2 chiều đồng bộ là loại xi lanh có cần piston ở cả 2 phía, diện tích 2 mặt bằng nhau, lực sinh ra ở 2 phía gần như hồn tồn bằng nhau.
Một số loại xi lanh phổ biến: - Xi lanh khí nén dạng xoay
45
- Xi lanh khí nén dạng trượt (xi lanh trượt khí nén) - Xi lanh điện khí nén
- Xi lanh inox khí nén: xi lanh inox khí nén là loại xi lanh được làm bằng chất liệu inox không rỉ, đảm bảo thiết bị hoạt động bền bỉ theo thời gian.
- Xi lanh khí nén trịn - Xi lanh khí nén vng Hình 4.18: Một số loại xi lanh. 4.3.10. PCL Mitshubishi FX5U-32MR/ES. Hình 4.19: PLC Mitshubishi FX5U-32MR/ES. Thơng số kỹ thuật:
- Điện áp nguồn cung cấp: 100-240VAC hoặc 24VDC - Bộ nhớ chương trình: 64000 bước
46
- Tích hợp 2 ngõ vào Analog và 1 ngõ ra Analog - Bộ đếm tốc độ cao: lên tới 6 chân max. 200kHz - Loại ngõ ra: relay, transistor
- Phát xung tốc độ cao: 4 kênh max. 200kHz - Tổng I/O: 32/64/80
Chức năng:
Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit) và khối Module Output. Khối Module Input có chức năng thu nhận các dữ liệu digital, analog và chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU. Khối CPU quyết định và thực hiện chương trình điều khiển thơng qua chương trình chứa trong bộ nhớ. Khối Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU thành dữ liệu analog, digital thực hiện điều khiển các đối tượng.
PLC được sử dụng rộng dãi như là một thành phần cốt lõi của tự động hóa trong nhà máy, cũng như trong các sản phẩm ứng dụng điện tử thiết yếu, để tiết kiệm chi phí và cải thiện chất lượng tự động hóa.
PLC có thể được sử dụng cho nhiều loại ứng dụng như các ứng dụng có hệ thống. Trong đó, nó cung cấp quyền kiểm sốt tất cả các nhà máy hay các ứng dụng độc lập để kiểm soát một máy độc lập.
Ưu điểm của hệ thống điều khiển dùng PLC. - Điều khiển linh hoạt, đa dạng.
- Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh. - Tiến hành thay đổi và sửa chữa
- Độ ổn định, độ tin cậy cao. - Lắp đặt đơn giản.
- Kích thước nhỏ gọn.
47
Nhược điểm.
- Giá thành (tùy theo yêu cầu máy).
- Cần một chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động. - Các yêu cầu cố định, đơn giản thì khơng cần dùng PLC.
- PLC sẽ bị ảnh hưởng khi hoạt động cao, độ rung mạnh.
Hình 4.20: Kích thước PLC.
FX5U-32MR/ES: Đơn vị cơ bản, tích hợp 16 năm/16 ra (Rơle), nguồn điện AC.
4.4. Tính tốn băng tải.
Ta thấy dây chuyền có hai hệ thống băng tải gồm đầu vào và đầu ra. Vì tải trọng chênh nhau không nhiều và kết cấu giống nhau nên ta chỉ tính cho băng tải đầu ra, các số liệu của băng tải đầu vào lấy tương tự.
4.4.1. Xác định các thông số cơ bảng của băng tải.
Chiều dài băng tải.
- Qua việc nghiên cứu vị trí làm việc và để đảm bảo dây chuyền hoạt động đúng năng suất ta xác định được chiều dài băng tải L = 2 (m). Chiều rộng băng tải.
- B = 120 ( mm ) – lấy theo đường kính chai. Góc nghiêng đặt băng.
- Theo đặc điểm và vị trí làm việc của băng ta xác định được = 0. Vận tốc băng tải.
48
- Để đảm bảo dây chuyền hoạt động ổn định, có sự đồng bộ băng tải nên