Với các thơng số kỹ thuật:
- Loại: Khí nén
- Hoạt động: Tác dụng kép. - Mơi trường hoạt động: Khí nén. - Áp suất vận hành lớn nhất: 1.0 MPa - Áp suất vận hành nhỏ nhất: 0.05 MPa - Nhiệt độ của khí: -10°C đến 70°C - Vật liệu bơi trơn: Không yêu cầu - Tốc độ piston: 50 đến 750 mm/s - Giảm chấn: Bằng cao su.
34 2.4.3 Van đảo chiều
a) Định nghĩa van đảo chiều
Van đảo chiều khí nén là phần tử dùng để đóng, ngắt, đảo chiều dịng khí nén, thơng qua đó mà thay đổi được hướng tác động của cơ cấu chấp hành khí nén. b) Van đảo chiều sử dụng trong mơ hình hệ thống
Trong mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm, nhóm sử dụng van đảo chiều 5/2. Định nghĩa:
Van 5/2 là van có 5 cửa làm việc và 2 trạng thái làm việc (Hình 2.22). - Cửa P là cửa cung cấp nguồn năng lượng.
- Cửa A lắp với buồng trái xylanh cơ cấu chấp hành.
- Cửa B lắp với buồng bên phải của xylanh cơ cấu chấp hành - Cửa T và cửa R là cửa xả năng lượng.
Hình 2.22 Van đảo chiều 5/2. Ký hiệu:
A B
R P T Cơng dụng:
Van 5/2 có tác dụng làm đảo chiều điều khiển xylanh tác động kép. Nguyên lý hoạt động:
Khi con trượt van di chuyển qua phải, cửa P thông với cửa A, cửa B thông với cửa T. Khi con trượt của van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R.
35
Van điện từ 5/2 sử dụng trong mơ hình hệ thống (Hình 2.23).
Hình 2.23 Van điện từ Airtac 4V210-08.
Nhóm đã sử dụng Van điện từ 5/2 tác động điện Airtac 4V210-08 với các thông số kỹ thuật như sau:
- Loại van: 5 cửa 2 vị trí.
- Điện áp đầu vào: 110V, 220V, 24V.
- Kích thước cửa: Cửa vào, Cửa ra: 1/4”, Cửa xả 1/8” - Mơi trường làm việc: Khí nén.
- Diện tích khơng gian: 16 mm2
- Áp suất làm việc: 0.15 - 0.8 MPa. - Nhiệt độ cho phép: -5°C đến 60°C - Sai số điện áp cho phép: ±10%
- Công suất tiêu thụ: AC: 5.5 VA, DC: 4.8W - Thời gian đáp ứng: 0.05 giây.
2.4.4 Cảm biến quang Thông tin chi tiết cảm biến quang [3]. Thông tin chi tiết cảm biến quang [3].
a) Định nghĩa cảm biến quang
Cảm biến quang điện (Photoelectric sensor, PES) (Hình 2.24) nói một cách khác thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang
36
được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
Hình 2.24 Cảm biến quang. Hiện nay có các loại cảm biến quang như : Hiện nay có các loại cảm biến quang như :
- Cảm biến quang thu phát.
- Cảm biến quang phản xạ gương. - Cảm biến quang khuếch tán.
b) Vai trò và ứng dụng của cảm biến quang
Cảm biến quang đóng vai trị rất quan trọng trong các ngành cơng nghiệp nói chung và tự động hóa nói riêng. Chúng được ứng dụng trong các cơng việc địi hỏi độ chính xác cao và mơi trường làm việc khắc nghiệt và khoảng cách xa. Cụ thể như:
- Xác định vị trí sản phẩm trên các băng chuyền và đếm sản phẩm. - Phát hiện xe trong các bãi đỗ xe, rửa xe.
- Kiểm tra sản phẩm có đổ ngã hoặc có đủ bộ phận chưa. - Phát hiện người hoặc vật đi qua cửa.
- Làm Sensor an toàn cho các máy kéo sợi, máy dệt.
- Ứng dụng trong các dây chuyền phát hiện và đóng nắp chai.
- Kiểm tra Robot đã được gắn linh kiện đã được lắp ráp hay chưa trong các dây chuyền lắp ráp oto.
37 c) Cấu trúc của cảm biến quang
Cấu trúc của cảm biến quang (Hình 2.25) khá đơn giản, gồm ba thành phần chính:
Hình 2.25 Cấu trúc cảm biến quang
Bộ phát ánh sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng led bán dẫn. Ánh sáng được phát ra theo xung - nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng của nguồn khác (ánh sáng mặt trời, ánh sáng khác…). Các loại LED thông dụng là LED đỏ, LED hồng ngoại, LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc LED xanh lá.
Bộ thu ánh sáng
Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (Tranzito quang). Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay, nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả các bộ phận quang, khuếch đại xử lý chức năng và một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phận phát (như trường hợp loại thu - phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
Mạch xử lý tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu On/Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu vượt quá ngưỡng được xác định,
38
tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu bán dẫn (PNP / NPN). Một số loại cảm biến quang có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho nhiệm vụ đo đếm.
d) Cảm biến sử dụng trong mơ hình hệ thống
Với đề tài phân loại sản phẩm theo vật liệu, nhóm sử dụng cảm biến quang E3F-DS10C4 (Hình 2.26) để nhận biết và phân loại sản phẩm.
Hình 2.26 Cảm biến quang E3F-DS10C4.
Đây là cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán: đầu ra là NPN. Đặc điểm của cảm biến:
- Chống nhiễu tốt. - Gọn và tiết kiệm chỗ.
- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn. - Chế độ hoạt động: ON - đèn sáng, OFF - đèn tắt. Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật: - Thơng số kỹ thuật: E3F DS10C4.
- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 22 x 70 mm. - Khoảng cách phát hiện: 100mm.
- Dòng định mức: 200mA. - Vỏ làm bằng chất liệu ABS.
- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm. - Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện. - Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm). - Điện áp nguồn cấp: 12VDC-24VDC.
39 - Công suất tiêu thụ: Tối đa 25mA. - Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.
- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (khơng đóng băng hoặc ngưng tụ). Bảo quản -30°C đến 70°C (khơng đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95% - Trọng lượng (cả vỏ): 85g.
2.4.5 Rơ le trung gian Thông tin chi tiết về rơ le [4]. Thông tin chi tiết về rơ le [4].
a) Khái niệm chung về rơ le
Rơ le (Hình 2.27) là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơ le được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hàng ngày.
Rơ le có nhiều chủng loại với nguyên lý làm việc, chức năng khác nhau như rơ le điện tử, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện từ tương tự, rơ le điện tử…
Hình 2.27 Rơ le trung gian.
Đặc tính cơ bản của rơ le: là đặc tính vào ra. Khi đại lượng đầu vào X tăng đến một giá trị tác động X2, đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0 (Ymin) đến 1 (Ymax). Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả X1 thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy cấp từ 1 xuống 0. Đây là quá trình nhả của rơ le.
40 b) Phân loại rơ le
Có nhiều loại rơ le với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơ le:
Phân loại nguyên lý làm việc theo nhóm:
- Rơ le điện cơ. - Rơ le nhiệt. - Rơ le từ.
Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:
- Rơ le có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
- Rơ le không tiếp điểm (rơ le tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số cảu cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,…
Phân loại theo đặc tính tham số vào:
- Rơ le dịng điện. - Rơ le công suất. - Rơ le tổng trở…
Phân loại theo cách mắc cơ cấu:
- Rơ le sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.
- Rơ le thứ cấp: loại này mắc vào mạch thơng qua biến áp đo lường hay biến dịng điện.
Phân loại theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le:
- Rơ le cực đại. - Rơ le cực tiểu.
- Rơ le cực đại-cực tiểu. - Rơ le so lệch.
e) Rơ le trung gian
Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động, đặc điểm của rơ le trung gian là số lượng tiếp điểm
41
khá lớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất ni cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ.
Cấu tạo của rơ le trung gian (Hình 2.28).
Hình 2.28 Cấu tạo của rơ le trung gian.
1. Gông từ. 2. Cuộn dây. 3. Thép từ. 4. Lò xo. 5. Tiếp điểm.
Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:
Nếu cuộn dây của rơ le được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơ le chính) sức từ động do dịng điện trong cuộn dây sinh ra sẽ tạo ra trong mạch từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng mở ra. Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo sẽ nhả đưa nắp và các tiếp điểm về vị trí ban đầu. Do dịng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ nên hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.
Rơ le trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến bốn cặp thường đóng và thường mở liên động, cơng suất tiếp điểm cỡ 5A, 250VAC, 28VDC, hệ số nhả của rơ le nhỏ hơn 0.4, thời gian tác động dưới 0.05s, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/giờ.
42
Hình 2.29 Rơ le OMRON MY4N-J DC24.
Trong mơ hình sử dụng rơ le OMRON MY4N-J DC24 (Hình 2.29) với các thơng số kỹ thuật:
- Số chân: 14 chân dẹt. - Có đèn led hiển thị.
- Điện áp cuộn dây: 24VDC
- Tiếp điểm: 5A, 250VAC/28VDC - Thời gian tác động: 20ms Max.
- Tần số hoạt động: Điện: 1800 lần/giờ, Cơ: 18000 lần/giờ. - Tuổi thọ: AC: 50.000.000 phút, DC: 100.000.000 phút. - Tần số: 1800 lần/giờ.
- Nhiệt độ làm việc: -55°C - 70°C 2.4.6 Nút nhấn
a) Khái niệm
Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện một chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ…
Nút nhấn thường được dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ. b) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi khơng cịn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
43
Nút nhấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Các loại nút nhấn thơng dụng có dịng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt. Nút nhấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy (Hình 2.30).
Hình 2.30 Nút nhấn.
CHƯƠNG III: MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 Mơ hình hóa hệ điện của động cơ điện một chiều
Iư Rư Lư
J c
Uư Eư
Hình 3.1 Mơ hình hóa hệ động cơ điện một chiều
Hệ gồm có động cơ điện một chiều kéo tải nên được mơ hình hóa như hình 3.1. Mơ hình hóa hệ điện của động cơ điện một chiều
44 Với Iư: dòng điện phần ứng.
Rư: điện trở phần ứng. Lư: cảm kháng phần ứng. Eư: suất điện động phần ứng.
- Phần cơ: J, c
Với J: moment quán tính của tải. c: hệ số cản đàn nhớt.
Theo định luật Kiec-hop ta có:
Uư =Rư.Iư + Lư∙dIư
dt +Eư (3.1)
Eư=KΦω (3.2)
Suy ra: Uư = Rư.Iư+ Lư∙dIư
dt + KΦω Biến đổi Laplace:
L ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Uư(s)= Rư .Iư(s)+ Lư.S.Iư(s)+KΦω ↔ Uư(s)= Iư(s) .(Rư+ S.Lư) +KΦω Ta có : Mđt − MT =J∙dω dt +c.ω (3.3) Biến đổi Laplace:
L
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Mđt – MT =J.ω(s).S+c.ω(s) Mđt = KΦIư
Biến đổi Laplace: L
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Mđt = KΦIư(s) Suy ra:
KΦIư− MT =J.ω(s).S +c.ω(s) ( J.S + c).ω(s) = KΦIư (s) - MT
45
MT
Uư + Iư Mđt + ω
3.2 Mô phỏng hệ thống
3.2.1 Mơ phỏng hệ thống cơ khí
Dùng phần mềm Solidwork 2010 do Công ty Solidwork phát hành để mô phỏng kết cấu của mơ hình hệ thống (Hình 3.1).
Hình 3.1 Hình dáng tổng quan mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm. Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu bao gồm: Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu bao gồm:
1
Rư+ S.Lư KpΦ
1 JS + C
46 - Động cơ 1 chiều 24VDC.
- Băng truyền.
- Ba xilanh piston đẩy sản phẩm.
- Bốn cảm biến quang nhận biết sản phẩm. - Ba khay chứa sản phẩm.
- Khung nhơm hộp đỡ tồn bộ mơ hình. 3.2.2 Mơ phỏng hệ thống điều khiển
Mô phỏng hệ thống điều khiển bằng phần mềm Orcad 9.2 (Hình 3.2).
Hình 3.2 Mơ phỏng hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển bao gồm: Hệ thống điều khiển bao gồm:
- Bốn relay 24VDC. - Bộ PLC CPU 224.
- Bốn cảm biến quang thu phát chung. - Động cơ điện một chiều 24V.
47
- Nguồn xoay chiều 220V và nguồn một chiều 24V.
3.2.3 Mơ phỏng hệ thống khí nén
Sử dụng phần mềm Automation Studio 5.0 để mơ phỏng hệ thống khí nén (Hình 3.3).
48
CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống
Phương pháp tính chọn [5]
4.1.1 Tính tốn cơng suất động cơ
Cơng suất động cơ được xác định theo công thức: Pct = Pt
η
Trong đó Pct , Pt: là cơng suất cần thiết trên trục động cơ và cơng suất tính tốn. Giả thiết hệ dẫn động băng tải làm việc ổn định với tải trọng khơng đổi ta có: - Công suất công tác:
Pt = F.v 1000 = (F1+ F2).v 1000 = (60 + 5) . 0.2 1000 = 0.013 kW = 13W Với: v = 0.2 m/s (vận tốc băng tải).
F1 = 60N (lực kéo băng tải). F2 = 5N (lực kéo sản phẩm).
- Hiệu suất hệ dẫn động:
η = η1 . η22 . η3 . η4 Trong đó:
η: hiệu suất trên toàn máy.
η1 = 0.97 : hiệu suất bộ truyền bánh răng. η2 = 0.995 : hiệu suất của một cặp ổ bi. η3 = 0.75 : hiệu suất của băng chuyền.