Chọn động cơ

4.2 Các cơ cấu cơ khí của hệ thống

4.2.10: Chọn động cơ

• Yêu cầu động cơ tạo ra momen đủ lớn để cuốn băng dán nhãn.

• Cơ cấu sử dụng động cơ bước điều khiển chính xác hơn động cơ giảm tốc momen xoắn đảm bảo đủ điều kiện. Ngồi ra có thể tăng độ chính xác điều khiển bằng cách sử dụng công tắc hành trình kết hợp phương pháp hãm động năng đối với động cơ. Động cơ nối trực tiếp với con lăn cuốn nhãn thông qua nối trục và không thông qua bộ truyền (vì động cơ đã đảm bảo momen cho cuốn nhãn, phương pháp hãm sử dụng cách đấu nối Relay).

34

Hình 4.24: Động cơ bước 17HS8401 (Nguồn Internet)

Điện áp định mức 6~12VDC

Dòng điện định mức 1.5A

Momen xoắn định mức 480Nm.m

Góc bước 1.8độ/bước

Trọng lượng 300g

Trục động cơ: 5mm

Kích thước động cơ 42x42x48

Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật động cơ bước 17HS8401 4.2.11 Chọn xi lanh 4.2.11 Chọn xi lanh

• Đầu xi lanh gắn với tấm gá con lăn di động, dùng để tạo lực ép, xoay chai để có thể nhãn dán cứng vào phần thân chai, cơ chuyển động tịnh tiến theo theo phương ngang với hành trình 50 mm vì vậy u cầu:

• Xi lanh cứng vững, khơng bị lệch hướng trong q trình dịch chuyển.

• Ngoài ra xi lanh còn phải đảm bảo đủ lực để ép chặt vào chai.

• Hành trình xi lanh vừa đủ không làm biến dạng chai.Dựa vào yêu cầu trên và hành trình của piston nhóm đã lựa chọn xi lanh đơn của hãng Airtac với model SC40X25.

35

Hình 4.25: Xi lanh đơn Airtac SC40X25 (Nguồn Internet)

Hành trình 50mm

Đường kính 25mm

Áp suất tối đa 1,5MPa

Nhiệt độ hoạt động tối thiểu -20°C Nhiệt độ hoạt động tối đa +80°C

Kích thước 142 x 50 x 50mm

Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật xi lanh SC40X25 4.2.12 Băng tải 4.2.12 Băng tải

Băng tải hiểu đơn giản là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B. Thay vì vận chuyển sản phẩm bằng công nhân vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo ra môi trường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó. Nói đơn giản, băng tải giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suất lao động.

*Các loại băng tải thông dụng hiện nay:

1. Băng tải PVC. 2. Băng tải con lăn. 3.Vít tải.

36

*Khung băng tải có thể sử dụng một số vật liệu như:

• Nhơm định hình.

• Sắt V lỗ.

• Thép hộp vng.

*Với quy mơ đồ án hiện tại, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế như sau:

• Băng tải PVC.

• Khung băng tải sử dụng kết hợp nhôm định hình và thanh thép lỗ.

• Truyền động bởi động cơ DC giảm tốc.

*Khung băng tải sử dụng kết hợp nhơm định hình và thép:

• Dễ tháo lắp, có thể điều chỉnh và di dời.

• Chống rỉ sét.

• Đảm bảo tính chắc chắn, ổn định.

*Băng tải PVC:

• Đảm bảo độ đồng phẳng của băng tải.

• Có khả năng đàn hồi cao, chịu được nhiệt.

• Giá thành rẻ, độ bền cao.

• Vì đường kính chai nước d = 60 mm nên lựa chọn băng tải có bề rộng B = 100 mm. Chiều dài làm việc của băng tải L = 1000 mm.

*Yêu cầu về động cơ DC giảm tốc truyền động băng tải:

• Kích thước nhỏ gọn, dễ gá đặt.

• Mạch điều khiển đơn giản.

Tính chọn động cơ DC giảm tốc:

* Yêu cầu:

• Chiều dài băng tải: L = 1000 mm.

• Vận tốc băng tải: V = 10 m/phút.

• Độ rộng băng tải: B = 100 mm.

37

* Tính chọn tốc độ động cơ:

• Tốc độ của băng chuyền: V = 10 m/phút.

• Với đường kính con lăn D = 50mm.

• Hệ số ma sỏt à=0.15

ã Suy ra tc vũng quay pulley:

N = V/D.π = 10000/50.π = 64 (vòng/phút). * Tính mơmen xoắn động cơ:

• Tải trọng của băng tải W = 1.5kg

• Suy ra momen xoắn tối thiểu của động cơ:

T = (µ*W*D/2)/N =(0.15*1.5*50/2)/64 = 0,08 kgf.m.

* Tính cơng suất động c:

ã P = (T ìN)/9.55 (kW) = (0,08 × 64)/9.55 = 5W.

• Trong đó:

T: Momen xoắn tối thiểu của động cơ. N: Số vòng quay.

* Chọn loại động cơ phù hợp:

• Chọn động cơ DS400

38 Điện áp định mức: 24VD Điện áp hoạt động: 12VDC - 24VDC Tốc độ 45-90 vịng/phút Cơng śt: 10W Trọng lượng: 580g Tải trọng: 20-30Kg

Kích thước động cơ 57x38mm130x28

Trục động cơ 8mm

Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật động cơ DS-400.110/S555S

Từ việc nghiên cứu các phương án kế hợp tính tốn thơng số, nhóm đã thiết kế hồn thiện được băng tải sử dụng PVC, truyền động bởi động cơ DC giảm tốc và có khung băng tải kết hợp nhôm định hình và sắt V lỗ.

Các thành phần chính:

1. Dây băng tải. 2. Rulo.

3. Chụp đầu rulo. 4. Chân đế.

5. Khung nhôm băng tải. 6. Động cơ băng tải.

39

Hình 4.27: Cấu tạo băng tải

Mơ tả chức năng của các chi tiết cấu tạo nên băng tải:

• Khung băng tải (1) có chức năng cố định băng tải.

• Động cơ DC giảm tốc (2) truyền động cho băng tải.

• Nối trục (3) thực hiện việc nối trục động cơ với trục của con lăn.

• Ở bi (4) truyền chuyển động, làm giảm ma sát, mang lại sự hoạt động liên tiếp, ổn định.

• Dây đai băng tải PVC (5), bề mặt làm việc chính của băng tải.

• Thành bảo vệ (6) giữ chai đứng thẳng cố định.

40

4.3 Sơ đồ hoạt động của hệ thống

Hình 4.28: Sơ đồ khối hệ thống

Hệ thống điều khiển bao gồm:

• Thiết bị đầu vào: nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến.

• Thiết bị điều khiển: bộ điều khiển lập trình Arduino .

• Thiết bị đầu ra: Relay, van khí nén.

Nguyên lý hoạt động:

Bộ xử lý trung tâm Arduino nhận tín hiệu đầu vào từ nút nhấn, cảm biến, sau đó tiến hành xử lý tín hiệu, lập trình điều khiển, xuất tín hiệu điều khiển động cơ DC, xi lanh khí nén thơng qua Relay, van khí nén.

41

4.3.1 Thiết bị đầu vào và đầu ra

Thiết bị đầu vào là các thiết bị được sử dụng để cung cấp thông tin về sự thay đổi trạng thái từ một thiết bị ngoại vi và truyền tín hiệu cho bộ điều khiển trung tâm

Arduino.

Thiết bị đầu ra là các thiết bị nhận tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển Arduino và thực hiện các chức năng đặc trưng để điều khiển cơ cấu chấp hành.

Cụ thể:

• Điều khiển động cơ thơng qua Relay.

• Điều khiển xi lanh thơng qua các van khí nén.

Yêu cầu:

Các cảm biến đầu vào phải có độ chính xác và thời gian đáp ứng phù hợp với từng cơ cấu cơ khí cụ thể. Cơ cấu chấp hành vừa phải phù hợp với yêu cầu thiết kế cơ khí vừa đảm bảo yếu tố kinh tế cho hệ thống.

4.3.2 Chọn cảm biến

❖ Các loại cảm biến được chọn để sử dụng cho hệ thống:

4.3.2.1 Cảm biến quang

Với mục đích phát hiện chai nhựa trên băng tải, nhóm đã lựa chọn sử dụng loại cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK.

Dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt.

42

Các thông số kỹ thuật của cảm biến vật cản hông ngoại E18-D80NK

• Nguồn cung cấp 5V DC

• Ngõ ra NPN thường mở

• Mức tiêu thụ < 25 mA

• Thời gian đáp ứng < 2 ms

• Góc điểm 15°

• Khoảng cách hiệu quả 3 – 80 cm (có thể điều chỉnh)

• Chất liệu võ nhựa

• Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

Ngun lí hoạt động :

• Ở vị trí băng tải 1 chai sẻ đi tới vị trí cảm biến quang đầu tiên đây là cảm biến để chiếc rót khi cảm biến nhận được tín hiệu máy bơm sẻ bật để thực hiện nhiệm vụ chiếc rót.

• Ở vị trí măm xoay đầu tiên khi chai đã được chiếc rót được măm xoay xoay đến vị trí đóng nắp lúc này cam biến đóng nắp nhận được tín hiệu sẻ cho thực hiện đóng nắp.

• Ở vị trí băng tải 2 chai sẻ được đưa đến vị trí dán nhãn lúc này cảm biến nhận được tín hiệu thì cơ cấu dán nhãn sẻ kéo nhãn ra.

➢ Từ những yêu cầu trên nhóm quyết định chọn cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK

43

4.3.2.2 Cảm biến từ

Để nhận vị trí đưa chai vào đĩa xoay nhóm lựa chọn sử dụng cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3.

Hình 4.30: Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3 (Nguồn Internet)

Các thông số kỹ thuật của cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3

• Model LJ12A3-4-Z/BX

• Phát hiện kim loại.

• Nguồn 6 -> 36VDC • Dòng tiêu thụ 300 mA • Khoảng đo 0 -> 4mm • Ngõ ra NPN cực thu hở • Đường kính 12 mm Nguyên lí hoạt động:

Khi chai được đưa đến đĩa xoay để chiết rót thì cảm biến từ có nhiệm vụ nhậ biết vị trí của chai để đưa vào đĩa xoay (góc 1/4 của đĩa xoay).

• Từ những yêu cầu trên nhóm quyết định chọn cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3.

44

4.3.2.3 Cảm biến chữ U

Để có được một lượng nhãn vừa đủ không thừa củng không thiếu khi dán nhãn nhóm em quyết định dùng cảm biến quang chữ U (Đọc xung Encoder) trong cơ cấu này.

Hình 4.31: Cảm biến quang chữ U (Nguồn Internet)

Các thông số kỹ thuật của cảm biến qung chữ U:

• Độ rộng khe cảm biến: 5mm.

• Đèn LED báo trạng thái ngõ ra.

• Dòng tải: 15mA.

• Nguồn: 3.3~5 VDC

• Tín hiệu ngõ ra dạng digital là 0 hoặc 1

• Có lỗ bắt bu lơng cố định để gắn thiết bị dễ dàng

• Kích thước PCB: 3.2 x 1.4 cm

Nguyên lí hoạt động:

Khi chai được băng tải 2 đưa đến vị trí dán nhãn lúc này cảm biến dán nhãn nhận tín hiệu và cơ cấu dán nhãn sẻ kéo nhãn ra , cảm biến chữ u có nhiệm vụ nhận biết được vị trí hết nhãn để không bị thừa nhãn.

• Từ những yêu cầu trên nhóm quyết định chọn cản biến quan chữ U (đọc xung encoder).

45

4.3.3 Chọn relay

Tìm hiểu về relay

Relay là một công tắc điện tự động. Dòng điện chạy qua cuộn dây Relay sinh ra từ trường hút lõi sắt non, từ đó làm đổi cơng tắc. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt, do đó, Relay có hai vị trí chuyển đổi. Relay được sử dụng phổ biến trong các bo mạch điều khiển tự động, chuyên dùng để đóng ngắt dòng điện lớn mà hệ thống mạch điều khiển không thể can thiệp trực tiếp người ta sẽ sử dụng Relay để đóng ngắt dòng điện lớn. Relay có nhiều hình dạng, kích thước và chân cắm khác nhau.

Các chân trên Relay

Relay có 2 trạng thái ON và OFF. Việc Relay ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào dòng điện chạy qua Relay. Trên Relay có 3 ký hiệu: NO, NC và COM. được nối với chân này.

Trạng thái, biểu tượng của Relay COM (common): Là chân chung để kết nối đường dây nguồn dự phòng, ln được kết nối với một trong hai chân cịn lại. Cịn việc đấu vào chân nào thì tùy vào trạng thái làm việc của Relay.

NC và NO là hai chân chuyển đổi: NC (thường đóng): nghĩa là thường đóng. Tức là khi Relay ở trạng thái OFF, chân COM sẽ + NO (Thường Mở): Khi Relay ở trạng thái ON (có dòng điện chạy qua cuộn dây), chân COM sẽ được nối với chân này. Khi Relay ở trạng thái TẮT, nếu bạn muốn dòng điện có thể điều khiển được, hãy kết nối COM và NC. Khi Relay được bật, dòng điện bị cắt. Nếu không, hãy kết nối COM và NO.

Cấu tạo của relay gồm 3 phần:

1. Cuộn dây đóng vai trò là nam châm điện. 2. Cần dẫn động

46

Hình 4.32: Cấu tạo Relay (Nguồn Internet)

Ngun lí hoạt động của Relay

Hình 4.33: Ngun lí hoạt độn của Relay (Nguồn Internet)

Khi cuộn dây được cấp nguồn thì cuộn dây có dòng điện chạy qua và trở thành một nam châm sẽ hút thanh kim loại. Tương ứng ở phần lò xo sẽ bị kéo dãn và hai tiếp điểm chạm lại với nhau. Khi đó tải sẽ trở thành mạch kín. Ngược lại, khi ngắt nguồn cuộn dây mất đi từ trường. Khi đó thanh kim loại sẽ khơng bị cuộn dây hút. Tương ứng ở bên lò xo sẽ thu lại, đồng thời kéo thanh kim loại đi về và làm hở mạch. Trạng thái của relay sẽ quay về như lúc đầu.

47

Chức năng của Relay

• Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng một tín hiệu điều khiển.

• Cách ly các mạch điều khiển khỏi mạch tải hoặc mạch được cấp điện xoay chiều khỏi mạch được cấp điện một chiều.

• Giám sát các hệ thống an tồn cơng nghiệp và ngắt điện cho máy móc nếu đảm bảo độ an tồn.

• Sử dụng một vài Relay để cung cấp các chức năng logic đơn giản như ‘AND,’ ‘NOT,’ hoặc ‘OR’ cho điều khiển tuần tự hoặc khóa liên động an tồn.

Phân Loại Relay

• Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại Relay với ngun lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Vì vậy có nhiều cách để phân loại Relay.

Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm:

• Relay điện cơ (Relay điện từ, Relay từ điện, Relay điện từ phân cực, Relay cảm ứng...)

• Relay nhiệt

• Relay từ

• Relay điện từ - bán dẫn, vi mạch

• Relay số

Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành:

• Relay có tiếp điểm loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.

• Relay khơng tiếp điểm (Relay tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở...

Phân loại theo đặc tính tham số vào:

• Relay dòng điện

48

• Relay cơng śt

Phân loại theo cách mắc cơ cấu:

• Relay sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.

• Relay thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp do lường hay biến dòng điện.

Ứng dụng của Relay

Ngày nay, Relay được ứng dụng nhiều trong việc khắc phục những vấn đề liên quan đến công suất và cần sự ổn định cao và đòi hỏi sự an tồn trong q trình thực hiện. Relay được dùng để chia tín hiệu đến nhiều bộ phận khác trong hệ thống sơ đồ mạch điện điều khiển. Không những vậy, Relay còn được làm phần tử đầu ra và cách ly được điện áp giữa các phần chấp hành như: điện xoay chiều, điện áp lớn với phần điều khiển để truyền tín hiệu cho bộ phận phía sau.Được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt bởi tính năng tự động hóa.

Chọn Relay cho mơ hình

* u cầu:

• Relay phải hoạt động tốt trong mơi trường nhiệt độ tương đối.

• Điện áp điều khiển phù hợp với mơ hình.

• Thời gian tác động của Relay đối với thiết bị nhanh.

• Từ những u cầu trên nhóm đã lựa chọn Relay SRD-05VDC-SL-C

49

Điện áp điều khiển 5V

Dòng điện cực đại 10A

Thời gian tác động 10ms

Thời gian nhả hãm 5ms

Nhiệt độ hoạt động -25 oC ~ 70oC

Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật của Relay SRD-05VDC-SL-C 4.3.4 Nút nhấn 4.3.4 Nút nhấn

Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường đóng thường mở và các tiếp điểm bảo vệ. Khi tác động vào nút nhấn các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn tác động các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu

Nút nhấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn, các loại nút nhấn thơng dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1.000.000 lần đóng cắt. Nút ấn