Tổng quan về đề tài
Lịch sử nghiên cứu
Dây chuyền cấp thuốc và đóng nắp lọ thuốc là một hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) được điều khiển tự động bằng máy tính, cho phép thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất.
Khái niệm sản xuất linh hoạt lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1965 khi công ty Molins, Ltd của Anh giới thiệu sản phẩm mang tên system 24, một hệ thống FMS thực sự Tuy nhiên, do công nghệ tự động hóa và công nghệ thông tin chưa phát triển, hệ thống này không thể tiến xa hơn và khái niệm sản xuất linh hoạt đã bị lãng quên.
Ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm không ngừng phát triển cùng với cách mạng công nghiệp, áp dụng tự động hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người Xuất hiện vào cuối thế kỉ 19 và đầu thế kỉ 20, ngành này đã chứng kiến những khám phá quan trọng như insulin và penicillin vào những năm 1920 và 1930, dẫn đến sự phát triển quy mô từ những năm 1950 Sự tiến bộ trong khoa học, hiểu biết về DNA và công nghệ sản xuất tinh vi đã giúp nhiều loại thuốc được phát triển và đưa ra thị trường vào thập niên 60 Sự ra đời của máy móc sản xuất và đóng gói hàng loạt đã nâng cao công nghệ trong ngành dược Sau gần 2 thế kỉ, các hệ thống trong dây chuyền sản xuất dược phẩm, đặc biệt là hệ thống cấp thuốc và đóng nắp lọ thuốc tự động, đã được cải tiến nhờ sự phát triển của vi điều khiển.
2 càng hiện đại, nhỏ gọn, sản xuất khép kín và đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của vệ sinh an toàn
Hình 1.1 Ngành công nghệ dược phẩm ngày càng phát triển dựa vào tự động hóa
Thị trường dược phẩm Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực dược phẩm phát minh Để nâng cao chất lượng thuốc sản xuất trong nước và cạnh tranh với các sản phẩm nhập khẩu, các doanh nghiệp cần tập trung vào chuyển giao công nghệ và sản xuất thuốc có giá trị kinh tế cao Xu hướng này thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật trong ngành dược, đặc biệt là trong khâu cấp và đóng gói sản phẩm Sự xuất hiện của nhiều công ty với quy mô khác nhau đã tạo ra một môi trường cạnh tranh mạnh mẽ, đồng thời thúc đẩy quá trình sản xuất Tự động hóa trở thành yếu tố then chốt trong định hướng phát triển và là yêu cầu thiết yếu cho mọi tập đoàn sản xuất.
Hình 1.2 Máy cấp và đóng nắp lọ thuốc tự động Công ty TNHH Công Nghệ ABM
Các khâu điển hình trong dây chuyền cấp và đóng gói dược phẩm
Dây chuyền đóng gói viên thuốc là bước quan trọng cuối cùng trong quy trình sản xuất thuốc, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi tác động của môi trường như ánh sáng và độ ẩm Quy trình cấp và đóng gói quyết định chất lượng bao bì sản phẩm khi đưa ra thị trường Hệ thống này đóng vai trò thiết yếu trong ngành đóng gói dược phẩm, bao gồm các thiết bị chính phục vụ cho việc đóng gói thuốc.
Máy cấp lọ là thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất, chuyên đưa lọ thuốc rỗng vào quy trình Thiết bị có thể được trang bị bộ phận in date, giúp in số lô lên nắp hộp bằng ruy băng mực nhiệt Máy đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn GMP và tích hợp hệ thống tự động kiểm tra, tự động dừng khi phát hiện lọ phía sau bị nghẽn Bên cạnh đó, cơ cấu thổi sẽ hoạt động để loại bỏ những lọ không đạt yêu cầu.
1.1.2.2 Khâu đếm và cấp viên thuốc
Máy đếm viên và cấp thuốc tự động với băng tải giúp đếm chính xác số lượng viên nén và viên nang đưa vào hộp Thiết bị này không chỉ tăng năng suất mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí nhân công, mang lại hiệu quả cao trong quy trình đóng gói.
Hình 1.3 Máy đếm và cấp thuốc
1.1.2.3 Khâu cấp gói hút ẩm
Sau khi hoàn tất quá trình đếm và cấp viên thuốc, hộp thuốc sẽ được chuyển đến máy cấp gói hút ẩm Thiết bị này có nhiệm vụ cung cấp các gói nhỏ chứa hạt hút ẩm Silicagel, giúp hấp thụ hơi ẩm trong thuốc thành phẩm, từ đó bảo vệ thuốc khỏi tình trạng ẩm mốc.
4 ẩm mốc Chế độ bảo vệ an toàn được kích hoạt khi máy có lọ, cảnh báo nhắc nhở khi khuyết lọ hoặc tắc nghẽn túi chống ẩm
Hình 1.4 Máy cấp gói hút ẩm
1.1.2.4 Khâu cấp nắp và đóng nắp
Nắp lọ thuốc được thiết kế theo kiểu bậc thang, giúp tự động quay lại phễu nắp khi rơi không đúng vị trí Phễu có dung tích lớn, tăng tần suất làm việc và giảm chi phí nhân công Máy cấp và đóng nắp tự động phù hợp cho nhiều loại lọ như lọ tròn, vuông và dẹt Trục chia lọ sử dụng vòng silicon thay cho vòng O truyền thống, mang lại tính ổn định và chắc chắn hơn cho hộp thuốc.
Hình 1.5 Máy cấp nắp và đóng nắp
Sau khi được cấp nắp, hộp thuốc sẽ được chuyển đến máy dán màng seal, giúp niêm phong và bảo vệ sản phẩm khỏi ẩm mốc Với cấu trúc đường hầm và phương pháp gia nhiệt đứng đa phương, màng seal được hàn chắc chắn hơn Máy dán màng seal rất phù hợp cho việc dán nắp các loại lọ hình tròn và dẹt.
Hình 1.6 Máy dán màng seal
Máy cấp nhãn sử dụng động cơ servo, đảm bảo độ chính xác cao và vị trí dán tùy chỉnh, giúp nhãn dán lên hộp không bị nghiêng Với chế độ in date nhiệt, máy cho ra nét chữ rõ ràng, sắc nét Hệ thống kiểm soát thông minh nhận diện các trường hợp khuyết lọ, lọ đổ, hay hết ruy băng, từ đó không cấp nhãn Sau khi dán, nhãn sẽ được đi qua con lăn để ngăn ngừa việc tuột hoặc đét nhãn.
Các vấn đề đặt ra
Vận dụng kiến thức từ trường học cùng với kinh nghiệm thực tế là điều cần thiết Trong đề tài xây dựng mô hình hệ thống cấp và đóng nắp lọ thuốc mini cho đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử, việc nghiên cứu và thiết kế cần tập trung vào các vấn đề quan trọng như tính năng hoạt động, hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
Nắm vững và áp dụng kiến thức về điều khiển là rất quan trọng để thiết lập dây chuyền cấp và đóng nắp cho lọ thuốc mini Dựa trên nền tảng đó, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ điều khiển sử dụng điện khí nén, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Mô hình sản phẩm được thiết kế bao gồm hai thành phần chính: phần cứng, bao gồm khung máy, cảm biến và các cơ cấu chấp hành, và phần mềm, gồm chương trình PLC cùng hệ thống giám sát.
- Làm quen với công việc thiết kế và chế tạo máy, xây dựng bản vẽ cụ thể cho hệ thống bằng các phần mềm hỗ trợ hiện hành
- Là bước đầu tiên, giúp bản thân có thêm kinh nghiệm và cái nhìn sâu sắc hơn về công việc thiết kế - chế tạo sau này
- Bên cạnh đó, rèn luyện tác phong làm việc có kế hoạch, kĩ năng làm việc nhóm, học hỏi hoàn thiện bản thân.
Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu và thiết kế xây dựng hệ thống tự động hóa quá trình cấp và đóng nắp lọ thuốc mini trên bàn xoay định vị
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ khám phá hoạt động của các cảm biến như cảm biến quang và cảm biến tiệm cận, đồng thời tìm hiểu nguyên lý vận hành của các cơ cấu xilanh và van điện từ khí nén Việc nắm bắt thông tin về các cảm biến và cơ cấu này sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong các ứng dụng công nghiệp.
- Kiểm soát được về thời gian làm việc giữa các khâu trong mô hình, vận hành mô hình đồng bộ giữa các khâu
- Xây dựng hoàn thiện chương trình điều khiển từ PLC cho hệ thống
Cài đặt và giám sát các thông số liên quan đến số lượng lọ đưa vào, lọ thành phẩm và lọ lỗi trong quá trình đóng nắp Hệ thống điều khiển được thực hiện qua HMI từ hệ thống SCADA, đảm bảo quản lý hiệu quả và chính xác.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống cơ khí vững chắc,tiện lợi, phù hợp với diện tích sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo, tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn khác nhau như sách báo, trên internet và các tài liệu tham khảo
- Chọn lọc những giải pháp khả thi, hữu ích với đề tài
- Đưa ra ý tưởng xây dựng hệ thống cấp và đóng nắp lọ thuốc
- Quan sát, phân tích các hệ thống cấp và đóng nắp lọ thuốc đã được sử dụng trong thực tế
- Nghiên cứu giải bài toán tự động hóa cho dây chuyền
- Xây dựng lưu đồ thuật toán cho quy trình công nghệ
- Thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống trên phần mềm, tối ưu hóa hệ thống trước khi chế tạo
- Tính toán lựa chọn các linh kiện, từ thông số của nhà phát hành cùng với thực nghiệm điều chỉnh các thông số cho phù hợp công nghệ
- Xử lý số liệu, tính toán và viết báo cáo.
Dự kiến kết quả đạt được
- Xây dựng được bản vẽ chế tạo cơ khí và bản vẽ hệ thống điều khiển, sơ đồ nối dây
- Lựa chọn được các cảm biến cũng như cơ cấu chấp hành phù hợp với mô hình
- Điều khiển, kiểm soát được lượng thuốc được cấp vào lọ, đồng bộ thời gian với quá trình đóng nắp lọ thuốc trên bàn xoay
- Mô phỏng được hệ thống cùng mô hình giám sát, điều khiển
- Xây dựng được bản vẽ chi tiết các thành phần hệ thống
- Tính toán, thiết kế, chế tạo thành công hệ thống, có khả năng ứng dụng được trong công nghiệp thỏa mãn những yêu cầu kĩ thuật sau:
Hệ thống cơ khí: hệ thống khung cơ khí chắc chắn, đảm bảo hệ thống có khả năng vận hành êm ái và ổn định
Hệ thống điều khiển hoạt động ổn định và có khả năng dự đoán lỗi trong quá trình vận hành, đồng thời cung cấp cảnh báo về các sự cố hệ thống và giải pháp khắc phục Phần mềm điều khiển hoạt động hiệu quả, không gặp phải xung đột hệ thống.
Cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp và đóng nắp lọ thuốc mini
Quy trình công nghệ
Hình 2.1 Quy trình công nghệ của hệ thống
Các bộ phận cơ cấu:
- Băng tải đầu vào: đưa lọ rỗng đến vị trí bàn xoay
Bộ phận sàng, tách và cấp thuốc thực hiện quá trình sàng rung để loại bỏ các viên thuốc dính vào nhau và tạp chất Sau khi được sàng lọc, thuốc sẽ được chuyển xuống hũ chứa và sau đó được cấp vào lọ một cách hiệu quả.
- Bàn xoay định vị: Đưa lọ đến các vị trí để thực hiện các chức năng sàng, tách thuốc, cấp thuốc, cấp nắp và đóng nắp
- Bộ phận cấp và đóng nắp: cấp nắp, đóng nắp vào lọ đã cấp đủ thuốc
- Băng tải đầu ra: đưa lọ ra khỏi bàn xoay tới vị trí kiểm tra lọ đã được đóng nắp hay chưa
- Bộ phận kiểm tra nắp: Kiểm tra nắp đã được đóng hay chưa
- Tất cả các cơ cấu vận hành thông qua thông tin từ các cảm biến
- Bộ điều khiển sử dụng PLC
Mô tả quy trình công nghệ:
Bước 1: Khởi động lọ rỗng được đưa vào hệ thống Băng tải 1 và 2 hoạt động
Bước 2: Sàng rung hoạt động, tách thuốc và chuẩn bị để cấp xuống hũ chứa, cửa sàng rung mở, thuốc được đưa xuống hũ chứa
Bước 3: Lọ được bàn xoay chuyển đến vị trí cấp thuốc, khi đủ lượng thuốc, cửa hũ chứa mở, thuốc được đưa vào lọ
Bước 4: Đưa lọ vào vị trí cấp trên bàn xoay và đóng nắp Nắp sẽ được đẩy ra từ ống chứa nắp, sau đó bộ phận đóng nắp sẽ thực hiện việc gắn nắp vào lọ.
Bước 5: Bàn xoay di chuyển sản phẩm đến băng tải 2, nơi sản phẩm thiếu nắp sẽ được kiểm tra bởi bộ phận kiểm tra nắp; nếu phát hiện thiếu nắp, sản phẩm sẽ bị đẩy ra ngoài Bước 6: Lọ thuốc hoàn thiện tiếp tục di chuyển đến cuối băng chuyền 2 và đến vị trí để thành phẩm, hoàn thành chu trình sản xuất.
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống
- Cảm biến 1: Cảm biến phát hiện lọ vào
- Cảm biến 2: Cảm biến vị trí bàn xoay
- Cảm biến 3: Cảm biến báo pittong cửa hũ chứa lùi về
- Cảm biến 4: Cảm biên báo pittong đẩy nắp ra vị trí đóng
- Cảm biến 5: Cảm biến báo pittong đóng năp đã xuống hết
- Cảm biến 6: Cảm biến báo có nắp trong ống chứa nắp
- Cảm biến 7: Cảm biến phát hiện lọ ở vị trí cấp thuốc
- Cảm biến 8: Cảm biến phát hiện lọ ở vị trí đóng nắp
- Cảm biến 9: Cảm biến báo nắp đã được đóng OK
- Cảm biến 10: Cảm biến phát hiện lọ ở vị trí phân loại nắp
- Cảm biến 11: Cảm biến phát hiện hũ chứa đủ lượng thuốc cần cấp
Bộ phận cơ cấu chấp hành:
- Động cơ băng tải lọ vào (Băng tải 1)
- Động cơ băng tải lọ ra (Băng tải 2)
- Động cơ quay trục bàn xoay
- Xy lanh cửa sàng rung
- Xy lanh cửa hũ chứa
- Xy lanh đẩy nắp lọ
- Xy lanh đóng nắp lọ
- Xy lanh gạt lọ nắp chưa OK
Mô hình cấp và đóng nắp lọ thuốc mini thực hiện hai chức năng chính: cấp thuốc vào lọ và đóng nắp lọ Ngoài ra, mô hình này còn bao gồm quy trình phân loại các lọ thuốc đã được đóng nắp hoàn thiện và những lọ chưa hoàn thiện.
- Đảm bảo hệ thống đang ở chế độ sẵn sàng vận hành, các cơ cấu chấp hành ở chế độ ban đầu (Reset)
- Hệ thống được khởi động, lọ rỗng được đưa vào băng tải bắt đầu quá trình cấp và đóng nắp lọ
Sàng rung hoạt động để tách thuốc và chuyển xuống hũ chứa PLC điều khiển xy lanh cửa sàng rung mở ra cho thuốc đi xuống hũ chứa, nhưng nếu xy lanh cửa hũ chứa không hoạt động, cảm biến 3 sẽ phát hiện và ngăn chặn quá trình này.
- Băng tải 1 hoạt động đưa lọ rỗng di chuyển Bàn xoay sẽ xoay và dừng tại vị trí quy định đặt trước do cảm biến 2 phát hiện
Khi lọ rỗng được cảm biến 1 phát hiện, hệ thống sẽ chờ cho đến khi cảm biến 11 xác định đủ lượng thuốc trong hũ chứa cho một lọ Sau đó, bàn xoay sẽ di chuyển lọ rỗng đến vị trí cấp thuốc được xác định bởi cảm biến 7 Cuối cùng, PLC sẽ điều khiển xy lanh mở cửa hũ chứa để cấp thuốc vào lọ.
Sau khi thuốc được cấp, bàn xoay sẽ tự động xoay lọ thuốc đến vị trí cấp và nắp sẽ được đóng lại nhờ cảm biến 8 Nắp được chứa đầy trong ống nhờ cảm biến 6, sau đó xy lanh sẽ đẩy nắp từ ống ra vị trí đầu lọ, được phát hiện bởi cảm biến 4, sẵn sàng để đóng nắp Xy lanh đóng nắp sẽ hạ xuống, được giới hạn bởi cảm biến 5, và nắp sẽ được gắn chặt vào đầu lọ Thời gian đóng nắp được điều khiển qua Timer, nhằm tối ưu hóa quy trình cấp thuốc.
Khi nắp lọ được đóng chặt, bàn xoay sẽ đưa lọ đến băng tải 2 để kiểm tra xem nắp đã hoàn thiện hay chưa nhờ vào 2 cảm biến 9 và 10 Nếu lọ thiếu nắp, hệ thống xy lanh sẽ gạt lọ ra ngoài Các lọ thuốc hoàn thiện sẽ tiếp tục di chuyển đến vị trí để thành phẩm ở cuối băng tải 2.
Hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng PLC của Siemens, đảm bảo quản lý toàn bộ quy trình một cách hiệu quả Toàn bộ hoạt động của hệ thống được giám sát, mô phỏng và điều khiển thông qua giao diện HMI của WinCC RT.
Phương pháp cấp và đóng nắp trên bàn xoay định vị
Dây chuyền cấp, chiết, rót với hệ bàn xoay định vị là giải pháp có năng suất cao nhất hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất nước ngọt và cơ sở đóng gói dược phẩm, thuốc Công nghệ này mang lại hiệu quả tối ưu cho quá trình chiết rót, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tiết kiệm thời gian sản xuất.
Dây chuyền ứng dụng bàn xoay định vị sử dụng bàn xoay tròn với các vị trí đã được định sẵn, cho phép xoay và dừng tại những điểm cụ thể trong quy trình công nghệ Các cơ cấu thực hiện quy trình sẽ được lắp đặt tại các vị trí dừng của bàn xoay, nhằm thực hiện các công việc tương ứng một cách hiệu quả.
Mô hình cấp và đóng nắp lọ thuốc sử dụng bàn xoay định vị để lắp đặt các cơ cấu, thực hiện hai công việc quan trọng: cấp thuốc và đóng nắp Bên cạnh đó, bàn xoay cũng đảm nhận việc di chuyển các lọ rỗng vào và lọ thành phẩm ra.
Một số ưu điểm của phương pháp sử dụng bàn xoay định vị:
- Nâng cao năng suất lao động
- Tiết kiệm thời gian trong quá trình thực hiện các công đoạn nối tiếp nhau
- Sự an toàn: Bằng việc tự động hóa các hoạt động và thực hiện thông qua máy móc
- Nâng cao chất lượng sản phẩm
Mặc dù phương pháp này mang lại nhiều lợi ích, nhưng nhược điểm của nó là các cơ cấu chiếm diện tích lớn, yêu cầu tính toán phức tạp và chi phí thiết kế cao hơn so với các phương pháp khác.
Cơ sở lý thuyết về PLC
Giới thiệu về PLC Siemens
2.2.1.1 Giới thiệu chung về PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm
Năm 1968, sự phát triển của công nghệ máy tính đã dẫn đến sự ra đời của bộ điều khiển lập trình (PLC), mang lại nhiều lợi thế trong ứng dụng điều khiển công nghiệp PLC được xem như một máy tính thu nhỏ với tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh mẽ Đây là đầu não quan trọng và linh hoạt trong hệ thống điều khiển tự động hóa.
Hình 2.4 Mô đun PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình để thực hiện một chuỗi sự kiện, được kích hoạt bởi các tác nhân như ngõ vào hoặc qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì hoặc các sự kiện đếm PLC thường được sử dụng để thay thế các mạch relay trong các ứng dụng thực tế, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa
- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác
Khả năng chống nhiễu vượt trội giúp thiết bị hoạt động ổn định và tin cậy trong môi trường công nghiệp Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng giao tiếp hiệu quả với các thiết bị thông minh khác như máy tính và kết nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
- Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình
- Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao
2.2.1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là:
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là thành phần quan trọng trong hệ thống PLC, có chức năng tiếp nhận và biên dịch các tín hiệu đầu vào, đồng thời thực hiện các hành động điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC.
Bộ nguồn có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện áp AC thành DC (24V), cung cấp năng lượng cần thiết cho các bộ vi xử lý và các mạch điện trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động hiệu quả.
- Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý
Các thành phần giao tiếp nhập/xuất đóng vai trò quan trọng trong việc nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền đạt đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu vào có thể đến từ công tắc, cảm biến, trong khi tín hiệu ra thường liên quan đến động cơ và biến tần.
- Chương trình điều khiển được nạp vào với sự giúp đỡ của bộ lập trình hay bằng máy vi tính
Hình 2.5 Cấu trúc chung của PLC
PLC hoạt động bằng cách quét các trạng thái đầu vào và đầu ra Khi có sự thay đổi ở đầu vào, đầu ra sẽ thay đổi tương ứng.
Các tín hiệu từ thiết bị ngoại vi như cảm biến và công tắc được truyền vào CPU qua module đầu vào Sau khi tiếp nhận, CPU sẽ xử lý các tín hiệu này và gửi tín hiệu điều khiển qua module đầu ra đến các thiết bị bên ngoài theo chương trình đã được lập trình trước.
Một chu kỳ quét, hay còn gọi là vòng quét, bao gồm các bước: đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu đầu ra.
Hình 2.6 Chu kì hoạt động của PLC
2.2.1.3 Ngôn ngữ lập trình PLC
PLC thường có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:
Ngôn ngữ "liệt kê lệnh" (STL) là một dạng ngôn ngữ lập trình cơ bản của máy tính, nơi một chương trình được tạo thành từ nhiều câu lệnh theo một thuật toán cụ thể Mỗi câu lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc chung là "tên lệnh" kết hợp với "toán hạng".
- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic) Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic
Ngôn ngữ "hình khối", được ký hiệu là FBD (Function Block Diagram), là một dạng ngôn ngữ đồ họa lý tưởng cho những ai có kinh nghiệm trong việc thiết kế mạch điều khiển số.
Giới thiệu phần mềm Tia Portal và WinCC
2.2.2.1 Giới thiệu chung về Tia Portal và WinCC
Năm 2009, Siemens ra mắt PLC S7-1200 cùng phần mềm lập trình Tia Portal V10.5, tích hợp Step 7 Basic cho PLC và WinCC Basic cho màn hình KTP Từ năm 2010 đến nay, Siemens đã liên tục cải tiến phần mềm Tia Portal, nâng cấp lên V17 Hiện tại, Tia Portal không chỉ hỗ trợ lập trình cho các bộ Controller mà còn cho phép thiết kế giao diện HMI, SCADA và cấu hình Driver của Siemens.
Hình 2.7 Giao diện tổng quan phần mềm Tia Portal
- “1”: Tên của chương trình lưu ban đầu
- “2”: Device configuration: Cấu hình thêm phần cứng
- “3”: Main [OB1]: Nơi viết chương trình OB1
- “4”: Download tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200
- “5”: Upload tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200
- “8”: Chức năng cài đặt các thông số của cổng mạng
- “9”: Cài đặt địa chỉ ngõ vào ra số, tương tự, bộ đếm tốc độ cao,…
Tia Portal là phần mềm mô phỏng và vận hành ảo, giúp tối ưu hóa thiết kế kỹ thuật số cho các quy trình làm việc tích hợp Phần mềm này hỗ trợ ứng dụng mở rộng với bộ điều khiển Simatic S7, tích hợp ổ đĩa Sinamic S210, Multiuser Engineering, và cung cấp các chức năng OPC UA.
Phần mềm WinCC của Siemens là công cụ chuyên dụng cho việc xây dựng giao diện điều khiển HMI và xử lý, lưu trữ dữ liệu trong hệ thống SCADA thuộc lĩnh vực tự động hóa WinCC (TIA Portal) cho phép cấu hình và thiết kế giao diện từ màn hình HMI đến hệ thống SCADA trên máy tính PC Với tính năng tích hợp toàn diện trong TIA Portal, người dùng có thể thực hiện tất cả các thao tác từ lập trình PLC đến thiết kế giao diện HMI trên một nền tảng duy nhất, giúp việc trao đổi thông tin giữa PLC và SCADA trở nên dễ dàng và có cấu trúc thống nhất.
2.2.2.2 Tính năng của phần mềm Tia Portal V15.1
- Hỗ trợ lập trình truyền thông trực tiếp trên phần mềm : giao diện HMI, Wincc, truyền thông Profibus, với giao diện và tập lệnh dễ sử dụng
Thiết lập cấu hình kết nối giữa các thiết bị trong mạng truyền thông trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết Bằng cách hỗ trợ mô phỏng trực quan, người dùng có thể làm việc với các dòng PLC mới nhất của Siemens thông qua PLCSIM một cách hiệu quả.
Tia Portal là phần mềm tích hợp các ứng dụng lập trình của Siemens, cho phép chia sẻ cơ sở dữ liệu chung, đảm bảo tính thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Nhờ đó, người dùng có thể cấu hình tất cả thiết bị và mạng truyền thông trong cùng một cửa sổ, nâng cao hiệu quả làm việc.
Tia Portal cung cấp nhiều tính năng hữu ích cho người dùng, bao gồm ứng dụng, khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi và các tính năng trực tuyến Tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI và các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình và cấu hình trên nền tảng này, giúp giảm thời gian và công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Một ví dụ điển hình là tính năng “kéo và thả”, cho phép người dùng dễ dàng chuyển một biến từ chương trình điều khiển PLC sang màn hình HMI, tự động gán biến và thiết lập kết nối giữa PLC và HMI mà không cần cấu hình thêm.
Cơ sở hệ thống khí nén
Giới thiệu hệ thống điều khiển bằng khí nén
Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) là công nghệ phổ biến trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, khả năng chống cháy nổ, hoặc hoạt động trong môi trường độc hại.
Trong lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm và các quy trình phân loại, đóng gói sản phẩm trong dây chuyền sản xuất tự động, cũng như trong ngành gia công cơ khí và khai thác khoáng sản, việc tối ưu hóa quy trình sản xuất là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Hình 2.8 Truyền động khí nén
Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
Truyền động thẳng trong hệ thống khí nén mang lại nhiều ưu điểm nhờ vào cấu trúc đơn giản và tính linh hoạt của cơ cấu chấp hành Công nghệ này thường được áp dụng trong các thiết bị gá kẹp chi tiết trong quá trình gia công, cũng như trong các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm.
Truyền động quay là giải pháp tối ưu cho những trường hợp yêu cầu tốc độ cao, đồng thời công suất không lớn, mang lại sự gọn nhẹ và tiện lợi hơn so với các phương thức truyền động sử dụng năng lượng khác.
Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén( lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô…),…
- Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành
- Khối các thiết bị chấp hành: Xilanh, động cơ khí nén, giác hút, van bướm điều khiển khí nén, van bi điều khiển khí nén,…
Hệ thống khí nén được chia thành hai loại dựa trên dạng năng lượng của tín hiệu điều khiển Một loại là hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng khí nén, trong đó tín hiệu điều khiển được truyền qua khí nén, dẫn đến việc các phần tử xử lý và điều khiển cũng hoạt động nhờ khí nén.
Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén
Các phần tử khí nén liên quan
2.3.3.1 Van điện từ khí nén 5/2
Có tác dụng kiểm soát dòng chảy khí nén vào các xy lanh dựa vào nguyên lý đóng mở do tác động từ cuộn dậy điện từ
Hình 2.10 Van điện từ khí nén 5/2 4V210-08 Thông số kĩ thuật van điện từ khí nén 5/2 4V210-08:
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật van điện từ khí nén 5/2 4V210-08
Số đầu coil điện 1 Áp suất hoạt động 0,15-0,8MPa Điện áp 24V
2.3.3.2 Van tiết lưu khí nén
Van tiết lưu khí nén điều chỉnh tốc độ dòng chảy khí trong mạch khí nén, giúp kiểm soát lưu lượng khí và ảnh hưởng đến tốc độ vận hành của cơ cấu.
Hình 2.11 Van tiết lưu khí nén
Cơ cấu chấp hành đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học, thực hiện các chuyển động tịnh tiến và quay trong các hệ thống cơ khí.
Hình 2.12 Xy lanh khí nén MAL hãng Airtac
Hệ thống cảm biến
Cảm biến quang vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1
Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30P1 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản phía trước, với khả năng hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng ngoài trời nhờ tần số chuyên biệt giúp chống nhiễu Người dùng có thể điều chỉnh khoảng cách phát hiện mong muốn thông qua biến trở trên cảm biến, và cảm biến này có ngõ ra dạng Transistor PNP (sourcing sensors).
Hình 2.13 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 Điện áp vào 6-36VDC
Cấu trúc ngõ ra Transistor PNP,NO
Cảm biến tiệm cận
2.4.2.1 Cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BY
Cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại là thiết bị có khả năng nhận diện các vật thể kim loại khi chúng tiến gần đến đầu cảm biến trong một khoảng cách nhất định Khi phát hiện, cảm biến sẽ gửi tín hiệu thông báo sự hiện diện của vật thể kim loại.
Hình 2.14 Cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BY
Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BY:
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BY Điện áp vào 6-36V
Cấu truc ngõ ra Transistor PNP
2.4.2.2 Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ CS1-M
Cảm biến CS1-M là thiết bị chuyên dụng cho xy lanh Airtac và các loại xy lanh tương tự, được sử dụng để phát hiện vị trí trục của xy lanh trong các hệ thống điều khiển Thiết bị này hoạt động dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ với nam châm gắn trên trục xy lanh.
Hình 2.15 Cảm biến từ CS1-M Thông số kĩ thuật cảm biến từ CS1-M:
Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật cảm biến từ CS1-M Điện áp vào 5-240V AC/DC
Nhiệt độ hoạt động 10 70 C o Ứng dụng Xylanh khí nén
Chất liệu Nhựa/hợp kim
2.4.2.3 Cảm biến tiệm cận điện dung LJC30A3-H-Z/BY
Cảm biến tiệm cận điện dung LJC30A3-H-Z/BY chuyên dùng để phát hiện sự hiện diện của nhiều loại vật liệu như sắt, nhựa, kim loại, nước, gỗ và đá Thiết bị này hoạt động hiệu quả với các vật thể có hằng số điện môi khác với không khí, cho phép phát hiện mà không cần tiếp xúc trực tiếp Bên cạnh đó, cảm biến còn được trang bị âm lượng độ nhạy tích hợp, giúp nâng cao khả năng phân giải không gian.
Hình 2.16 Cảm biến tiệm cận điện dung LJC30A3-H-Z/BY
Thông số kĩ thuật cảm biến tiệm cận điện dung LJC30A3-H-Z/BY:
Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật cảm biến tiệm cận điện dung LJC30A3-H-Z/BY Điện áp vào 6-36VDC
Khoảng cách phát hiện 1-15mm
Cấu trúc ngõ ra Transistor PNP Ứng dụng Phát hiện sự hiện diện của sắt, nhựa, kim loại, nước, gỗ và đá,… với khả năng cho phép
Khối nguồn và các phần tử có chức năng điều khiển khác
Khối nguồn
Công dụng: Cấp nguồn cho nút ấn, role trung gian, cấp nguồn cho động cơ, cấp nguồn cho khối cảm biến…
Thông số kĩ thuật bộ nguồn tổ ong 24V-14,6A:
Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 24V-14,A Điện áp vào 110-220V Điện áp ra 24V
Công dụng: Cấp nguồn cho cho động cơ
Hình 2.18 Nguồn tổ ong 12V-10A Thông số kĩ thuật bộ nguồn tổ ong 12V-10A:
Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 12V-10A Điện áp vào 110-230V Điện áp ra 12V
Công dụng: Cấp nguồn cho vi điều khiển PLC, cấp nguồn vào cho bộ nguồn chuyển đổi 220V-24V, 220V-12V, …
Các phần tử có chức năng điều khiển khác
Nút ấn nhấn nhả này có chức năng điều khiển mạch bằng cách tạo tín hiệu xung khi được ấn và thả ra Nó không giữ trạng thái sau khi nhấn, giúp dễ dàng thực hiện việc đóng ngắt mạch.
Hình 2.19 Nút ấn nhả Thông số kĩ thuật nút ấn nhả
Bảng 2.8 Thông số kĩ thuật nút ấn nhả Điện áp vào 24V
Cổng tín hiệu 1NO-1NC
Công dụng: Chuyển tiếp trung gian dòng điện, tín hiệu cho các thiết bị vào/ra số tránh trường hợp quá tải
Hình 2.20 Relay Omron MY2N-24VDC Thông số kĩ thuật relay Omron MY2N-24VDC:
Bảng 2.9 Thông số kĩ thuật relay Omron MY2N-24VDC Điện áp 24VDC
Tần số hoạt động 1800 lần/giờ (điện)
Thời gian tác động 20ms max
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP VÀ ĐÓNG
Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí
Tính toán động cơ băng tải
Công suất động cơ truyền động băng tải được tính như sau: t ct
- P ct : là công suất cần thiết trên trục động cơ
- P t : là công suất tính toán trên trục máy công tác
- : là hiệu suất truyền động hệ thống
Vì trong quá trình vận chuyển, tải trọng băng tải không đổi:
P t P lv Trong đó: P lv là công suất làm việc trên trục máy công tác
Băng tải hoạt động dựa trên nguyên lý truyền động bằng lực ma sát giữa băng tải và con lăn, tương tự như bộ truyền đai dẹt Khi băng tải đang vận chuyển với khối lượng phôi lớn nhất, lực tác dụng sẽ được xác định.
Hình 3.1 Lực tác dụng lên băng tải Trong đó:
- P max : là trọng lượng ứng với khối lượng phôi là lớn nhất
- F c : là lực căng băng tải
Giả sử khi có tải băng tải võng xuống một góc ,ta có phương trình: max c max c
Trong quá trình hoạt động chịu tải: k c ax ms
- : là hệ số ma sát giữa con lăn và băng tải
- F k : là lực kéo băng tải
- F ms : là lực ma sát băng tải
Công suất làm việc trên trục máy công tác: max lv k
- Vận tốc của băng tải là: v = 0,075 (m/s) Chu vi vòng đai là 0,1m Vậy vận tốc cần thiết trên trục động cơ là : dc
- Khối lượng tối đa trên băng tải : m max 1(kg)
- Băng tải kích thước nhỏ, khối lượng tải trọng phải chịu tối đa thấp, trải đều nên góc võng là không đáng kể Chọn max 1 o
Thay số vào công thức (3.4) ta được:
Hiệu suất hệ dẫn động:
ol ủai (0.5) Theo [5] trang 19, trong đó:
- ủai 0,95 - hiệu suất của 1 bộ truyền đai để hở
- ol 0,99- hiệu suất của 1 cặp ổ lăn được che kín
Thay vào công thức (3.5) ta được:
Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và an toàn, tránh tình trạng quá tải gây hỏng hóc, cần lựa chọn động cơ có tốc độ chậm hơn và mô-men xoắn lớn hơn nhiều so với yêu cầu Đồng thời, công suất của động cơ cũng phải lớn hơn công suất cần thiết, được tính theo công thức: P dc ≥ P ct.
Từ những kêt quả trên,nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ giảm tốc DS400
Hình 3.2 Động cơ DS400 Thông số động cơ DS400:
Bảng 3.1 Bảng thông số động cơ DS400
Công suất 40 W Điện áp định mức 12-24 VDC
Kích thước động cơ 57x38 mm
Tính toán cụm cơ cấu bàn xoay định vị
3.1.2.1 Tính toán động cơ bàn xoay định vị
Bàn xoay phải tải 4 lọ cấp thuốc có khối lượng là:
- m thuoc : là khối lượng thuốc trong 4 lọ: thuoc m 4.0, 20,8(kg) (0.7)
- m lo : là khối lượng lọ mlo 0, 05.40, 2(kg) (0.8) Thay số vào công thức (3.12) ta được: m1 0,80, 21(kg)
Khối lượng của bàn xoay được thiết kế là 0,75 kg Để ngăn chặn lọ văng ra khỏi bàn quay, cần có sự cân bằng giữa lực ma sát của đế lọ và lực ly tâm do bàn xoay tạo ra.
- : là hệ số ma sát giữa lọ và bàn xoay.Lấy =0,1
- : là vận tốc góc khi xoay bàn xoay
- r: là bán kính bàn xoay, r=0,150m
Vận tốc góc của bàn xoay:
Tốc độ quay của bàn xoay: n 2,95 0, 47
Do bàn phân độ chia làm 4 90 (rad)
Thời gian bàn xoay đi hết 1 bước phân độ: t 0,53(s)
Coi chuyển động xoay bàn là chuyển động tròn đều quanh trục, gia tốc bàn xoay trong
Momen quán tính của bàn xoay:
Momen lực cần thiết làm bàn xoay quay:
Lực vòng tác dụng lên bàn xoay chưa có lọ:
(0.15) Để các lọ chứa thuốc di chuyển thì lực vòng tác dụng lên lọ phải thắng được lực ma sát giữa đế lọ và bàn xoay: v 2 mst 1
Tổng lực vòng tác dụng lên bàn xoay: v1 v 2
FF F 0,31 0,98 1, 29(N) Công suất cần thiết của bàn xoay:
- P t : là công suất tính toán trên trục máy công tác
- F: Tổng lực vòng tác dụng
- n: là tốc độ quay của trục bàn xoay
Thay số vào công thức (3.17) ta được:
Pt 1, 29.28, 236,38(W) Công suất động cơ truyền động bàn xoay được tính như sau: t ct
- P ct : là công suất cần thiết trên trục động cơ
- P t : là công suất tính toán trên trục máy công tác
- : là hiệu suất truyền động hệ thống
ol t ủai (0.19) Theo [5] trang 19, trong đó:
- ủai 0,95- hiệu suất của 1 bộ truyền đai để hở
- ol 0,99- hiệu suất truyền động ổ lăn
- t 0,98- hiệu suất truyền động trục puly chủ động và bàn xoay
Thay số vào công thức (3.19) ta được:
Thay số vào công thức (3.18) ta được: t ct
Vậy công suất động cơ cần chọn: P dc P ct 39,5(W)
Từ những kêt quả trên, nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ giảm tốc DS400 với các thông số kỹ thuật như trên bảng (3.1)
3.1.2.2 Tính toán bộ truyền đai
Chọn tỉ số truyền của bộ truyền đai răng là u=2
Modun m của bộ truyền đai răng được xác định theo công thức thực nghiệm:
- P t là công suất trên bánh đai chủ động (bằng công suất trên trục động cơ)
- n: Tốc độ quay bánh đai chủ động (bằng tốc độ quay trục động cơ)
Thay số vào công thức (3.20) ta được:
Theo [6] trang 157, ta có bảng tra thông số các mô đun m của bộ truyền đai răng như sau:
Bảng 3.2 Bảng tra thông số các mô đun m của bộ truyền đai răng
Tải trọng riêng cho phép
Tỷ số truyền lớn nhất 7,7 10 11,5 12 8 8
Số răng Z1 cho phép nhỏ nhất
Miền giá trị số răng Zd đai 40-160 48-250 48-200 56-140 Theo bảng (3.2), chọn m=3mm, k = 2 < 12 ( thỏa mãn yêu cầu tỉ số truyền lớn nhất) Chiều rộng đai được tính theo công thức: b = d m (0.21)
Với d là hệ số chiều rộng đai, chọn trong khoảng từ 6 đến 9 Theo [5] trang 69, chọn d = 6
Thay số vào công thức (3.21) ta được: b = 6.3= 18(mm)
z 2 u.z 1 2.2040( thỏa mãn nhỏ hơn số răng z2 lớn nhất là 120) (0.22) Khoảng cách trục a được chọn thỏa mãn: min max a a a
Ta có công thức tính số răng đai
Trong đó: p là bước đai, theo [5] trang 68 chọn p = 9,42
Thay số vào công thức (3.23) ta được:
Từ những kết quả trên, nhóm chọn puly GT2 loại 20 răng làm puly chủ động, puly GT2 loại 40 răng làm puly bị động
Tính toán cụm cơ cấu sàng, tách và cấp thuốc
3.1.3.1 Tính chọn động cơ sàng rung
Các thông số cho mặt sàng đặt ngang được thể hiện trong hình dưới:
Hình 3.4 Xác định tốc độ lớn nhất mặt sàng rung y x Vo h
Khi viên thuốc bị mặt sàng ném tung lên, quỹ đạo chuyển động của nó được mô tả bằng các phương trình sau:
- x, y là những toạ độ của viên thuốc
- v0 là tốc độ lớn nhất theo hướng dao động
- γ là góc giữa hướng dao động và mặt sàng
Từ phương trình (3.24) suy ra:
Ta tìm được giá trị x1 mà với nó y đạt giá trị lớn nhất bằng cách đạo hàm phương trình (3.25) và cho bằng 0
Khi thay x = x1 và lấy y = h ta có:
Khi góc nghiêng γ = 5º, ta có : v0 50,8 h (0.28)
Dựa vào tốc độ dao động của mặt sàng, ta xác định các thông số dao động cơ bản: Tần số góc của dao động:
Tốc độ quay của trục lệch tâm n2 được tính dựa trên tốc độ quay của động cơ thông qua bộ truyền đai, với số răng tương ứng là Z1 = 20 và Z2 = 40 Tỉ số truyền giữa hai bộ phận này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Sơ bộ ta chọ loại động cơ có tốc độ quay n1 = 700 vòng/phút
Thay số vào công thức (3.29) ta được: 350
Tốc độ lớn nhất theo hướng dao động của sàng v0 a (0.32)
Trong đó: a là biên độ dao động a = 2cm = 0,02m
Thay số vào công thức (3.32) ta được: v 0 0,02.36,6=0,73(m/s)
Lực quán tính phát sinh từ khối lệch tâm trong quá trình quay tròn và dao động của hộp sàng rung, và quỹ đạo chuyển động của chúng bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của liên kết đàn hồi.
Hình 3.5 Các vị trí tương đối của khối lệch tâm gắn với trục động cơ và hộp sàng rung
Khi quan sát quỹ đạo của hộp sàng với các liên kết đàn hồi đồng nhất, tức là Kx = Ky, chúng ta nhận thấy rằng tần số dao động riêng của hộp sàng ρ lớn hơn tần số dao động cưỡng bức ω Điều này dẫn đến lực quán tính Fm phát sinh từ khối lượng lệch tâm m, bao gồm cả cần kéo và hộp sàng.
40 sàng) trong chuyển động tuyệt đối lớn hơn so với nó trong chuyển động tương đối, nghĩa là:
- a là biên độ dao động của hộp sàng
- r là bán kính lệch tâm của khối lệch tâm
Ở chế độ trước cộng hưởng, các ổ đỡ trục lệch tâm cần được tính với giá trị bằng m.a( + ω.r)², thay vì mrω² Trong chế độ sau cộng hưởng, khi ω >> ρ, hộp sàng dịch chuyển lệch pha với lực kích thích, dẫn đến biên độ âm của lực quán tính Fm trong chuyển động tuyệt đối sẽ nhỏ hơn so với trong chuyển động tương đối.
Công suất để truyền dao động cho mặt sàng chính là công của lực kích thích trong một giây, nghĩa là:
- Q = mrω 2 (N) là lực kích thích
- a là biên độ dao động a = 2cm = 0,02m
- δ là góc lệch pha, khi tính toán sơ bộ, có thể lấy δ = 40º÷44º, theo “Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng” Ta chọn δ = 40º
- m là khối lượng lệch tâm kéo theo m = 3kg
- ω là tốc độ góc của khối lệch tâm chính là tần số dao động 36,6(rad / s)
- r là bán kính lệch tâm của khối lệch tâm r mm = 0,015m
Thay số vào công thức (3.35) ta được:
Công suất động cơ truyền động sàng rung được tính như sau:
- P ct : là công suất cần thiết trên trục động cơ
- P t : là công suất tính toán trên trục máy công tác
- : là hiệu suất truyền động hệ thống
Hiệu suất hệ dẫn động:
truc ủai ol (0.37) Theo [5] trang 19, trong đó:
- ủai 0,95- hiệu suất của 1 bộ truyền đai để hở
- truc 0,98- hiệu suất truyền động nối trục
- ol 0,99-hiệu suất truyền động một cặp ổ lăn
Thay số vào công thức (3.37) ta được:
Thay số vào công thức (3.36) ta được: ct
Vậy công suất động cơ cần chọn: P dc P ct 30, 43(W)
Từ những kêt quả trên, nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ giảm tốc Plalet RS775
Hình 3.6 Động cơ giảm tốc bánh răng Plalet RS775
Thông số động cơ giảm tốc bánh răng Plalet RS775:
Bảng 3.3 Thông số động cơ giảm tốc bánh răng RS775
Công suất 35 W Điện áp định mức 24 VDC
Kích thước động cơ 70,5x42,2 mm
3.1.3.2 Tính chọn xy lanh cửa sàng rung
Xy lanh cửa sàng rung có chức năng mở cửa ống chứa sàng rung để thuốc đi xuống hũ chứa
Tải trọng đáp ứng của xy lanh:
- F 1 : là tải trọng cần đáp ứng của xy lanh cửa sàng rung
- P 1 : là tổng trọng lượng của cụm cửa ống chứa sàng rung
Để đảm bảo hiệu quả cho cụm cửa ống chứa của sàng rung có khối lượng nhẹ, cần chọn đường kính xy lanh là D = 16mm Hơn nữa, hành trình của xy lanh cũng phải lớn hơn chiều rộng của cửa ống chứa để đạt được hiệu suất tối ưu.
Dựa vào yêu cầu trên, nhóm tác giả lựa chọn loại xy lanh MAL16x25 hãng Airtac
Hình 3.7 Xy lanh MAL16x25 Thông số kĩ thuật các loại xi lanh MAL của hãng Airtac:
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật các xi lanh loại MAL Đường kính ngoài pistong 16/20/25/32/40mm Đường kính cần pistong 8mm
Hành trình 25/50/75/100 500mm Áp suất hoạt động 0,1-1MPa
3.1.3.3 Tính chọn xy lanh cửa hũ chứa
Xy lanh cửa hũ chứa có chức năng mở cửa ống hũ chứa để thuốc đi xuống lọ rỗng dưới bàn xoay
Tải trọng đáp ứng của xy lanh:
- F 2 : là tải trọng cần đáp ứng của xy lanh cửa hũ chứa
- P 2 : là tổng trọng lượng của cụm cửa ống hũ chứa
Vì khối lượng của cụm cửa ống hũ chứa không đáng kể, nên đường kính xy lanh được chọn là D2 = 16mm Hơn nữa, hành trình của xy lanh cần phải lớn hơn chiều rộng của cửa ống hũ chứa.
Dựa vào yêu cầu trên, nhóm tác giả lựa chọn loại xy lanh CDJ2B16x15 hãng SMC
Hình 3.8 Xy lanh CDJ2B16x15 Thông số kĩ thuật xy lanh CDJ2B16x15:
Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật xy lanh CDJ2B16x15 Đường kính ngoài pistong 16 Đường kính cần pistong 5mm
Hành trình 15mm Áp suất hoạt động 0,1-1MPa
Tính toán cụm cơ cấu cấp và đóng nắp lọ thuốc
3.1.4.1 Tính chọn xy lanh đẩy nắp
Xy lanh đẩy nắp có chức năng đẩy nắp đến vị chí miệng lọ chờ đóng nắp
Tải trọng đáp ứng của xy lanh:
- F 3 :là tải trọng cần đáp ứng của xy lanh đẩy nắp
- P 3 : là tổng trọng lượng cụm đẩy nắp và nắp
với m dn 0,1(kg):là tổng khối lượng cụm đẩy nắp và nắp lọ
- F mst1 : là lực ma sát trượt do cụm đẩy nắp tạo với máng trượt nắp
Chọn hệ số ma sát trượt 0, 47
Lực ma sát trượt do cụm đẩy nắp tạo với máng trượt nắp: mst1 dn
Thay số vào công thức (3.42) ta được:
F 3 P 3 F mst1 0,980, 461, 44(N) Đường kính xy lanh cần chọn:
- D 5 : là đường kính xy lanh đẩy lọ
- p: là áp suất khí nén
(Trong các máy nén khí thông dụng: p6(bar)6,1183(kg/cm ) 2 )
Thay số vào công thức (3.43) ta được:
Vì cụm đẩy nắp và nắp có khối lượng không đáng kể nên chọn đường kính xy lanh
D3 có đường kính 16mm, và hành trình của xy lanh cần lớn hơn 2 lần đường kính của nắp Điều này đảm bảo rằng nắp có thể di chuyển từ ống chứa ra vị trí miệng lọ mà không gặp trở ngại Hơn nữa, hành trình này cũng phải đủ lớn để các vị trí đẩy nắp và đóng nắp không va chạm trong quá trình hoạt động.
Dựa vào yêu cầu trên nhóm tác giả lựa chọn loại xy lanh MAL16x125 hãng Airtac
Hình 3.9 Xy lanh MAL16x125 Thông số kĩ thuật xy lanh MAL16x125 được thể hiện trên bảng (3.4)
3.1.4.2 Tính chọn xy lanh đóng nắp
Xy lanh đóng nắp có chức năng dập nắp đã có sẵn ở đầu lọ gắn chặt với miệng lọ Tải trọng đáp ứng của xy lanh:
- F 4 :là tải trọng cần đáp ứng của xy lanh đóng nắp
- P 4 : là trọng lượng khối đệm đóng nắp
Vì khối đệm đóng nắp có khối lượng không đáng kể nên chọn đường kính xy lanh
D4 32mm Việc chọn đường kính D 4 32mmgiúp đảm bảo lực đầu xy lanh đủ để nén nắp chặt vào miệng lọ
Dựa vào yêu cầu trên nhóm tác giả lựa chọn loại xy lanh MAL32x75 hãng Airtac
Hình 3.10 Xy lanh MAL32x75 Thông số kĩ thuật xy lanh MAL32x75 được thể hiện trên bảng (3.4).
Tính toán xy lanh đẩy lọ
Xy lanh đẩy lọ có chức năng đẩy lọ bị lỗi nắp (chưa có nắp) ra ngoài vị trí lề băng tải Tải trọng đáp ứng của xy lanh:
- F 5 :là tải trọng cần đáp ứng của xy lanh đẩy lọ
- P 5 : là tổng trọng lượng của 1 lọ đã được cấp thuốc
với m lt 0, 25(kg):là tổng khối lượng 1 lọ đã được cấp thuốc
- F mst 2 : là lực ma sát trượt tạo ra khi lọ trượt ngang trên băng tải
Chọn hệ số ma sát trượt 0,57
Lực ma sát trượt do bề mặt trên băng tải tiếp xúc với đế lọ: mst 2 lt
Thay số vào công thức (3.47) ta được:
F 5 P 5 F mst 2 2, 45 1, 4 3,85 Đường kính xy lanh cần chọn:
- D 5 : là đường kính xy lanh đẩy lọ
- p: là áp suất khí nén
(Trong các máy nén khí thông dụng: p6(bar)6,1183(kg/cm ) 2 )
Thay số vào công thức (3.48) ta được:
Ngoài ra, hành trình của xy lanh phải lớn hơn độ rộng của băng tải 2
Dựa vào yêu cầu trên nhóm tác giả lựa chọn loại xy lanh MAL16x125 hãng Airtac
Hình 3.11 Xy lanh MAL16x125 Thông số kĩ thuật xy lanh MAL16x125 được thể hiện trên bảng (3.4).
Thiết kế mô hình hệ thống cơ khí
3.1.6.1 Thiết kế mô đun băng tải
Hình 3.12 Mô đun băng tải
Mô đun băng tải có nhiệm vụ đưa lọ rỗng vào bàn xoay để định vị, thực hiện các quá trình cấp thuốc và đóng nắp lọ, sau đó đưa lọ thuốc đã hoàn thành ra ngoài.
3.1.6.2 Thiết kế mô đun bàn xoay định vị
Hình 3.13 Mô đun bàn xoay định vị
Mô đun bàn xoay định vị có vai trò quan trọng trong việc đưa lọ đến các vị trí chính của hệ thống, bao gồm cấp thuốc và đóng nắp lọ Lọ sẽ được di chuyển luân phiên giữa 4 vị trí cố định trên bàn xoay, với bàn xoay dừng lại liên tục tại các vị trí này để thực hiện các chức năng cần thiết.
3.1.6.3 Thiết kế cơ cấu sàng, tách và cấp thuốc
Hình 3.14 Cụm cơ cấu sàng tách và cấp thuốc
Cụm cơ cấu sàng, tách và cấp thuốc có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ tạp chất và viên thuốc dính nhau Những viên thuốc đạt tiêu chuẩn sẽ được sàng lọc và chuyển vào hũ chứa, sau đó được cấp vào lọ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
3.1.6.4 Thiết kế cơ cấu cấp nắp và đóng nắp
Hình 3.15 Cụm cơ cấu cấp nắp và đóng nắp
Cụm cơ cấu cấp nắp và đóng nắp có chức năng chính là cấp nắp và đóng nắp lọ thuốc khi đã được cấp đầy đủ lượng thuốc
3.1.6.5 Thiết kế cơ cấu kiểm tra nắp lọ
Cụm cơ cấu kiểm tra nắp lọ, được lắp đặt trên băng tải 2, có chức năng kiểm tra tình trạng nắp của các lọ thuốc sau khi quá trình cấp và đóng nắp hoàn tất.
3.1.6.6 Tổng thể mô hình cơ khí
Hình 3.17 Tổng thể mô hình hệ thông cơ khí
Từ những cụm cơ cấu và mô đun trên nhóm xây dựng được mô hình tổng thể của hệ thống cơ khí.
Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển
Sơ đồ khối
Hình 3.18 Sơ đồ khối hệ thống Chức năng:
- Khối nguồn: cấp nguồn cho toàn bộ phần tử hệ thống
- Khối đầu vào: nhận và gửi tín hiệu đầu vào cho khối xử lý trung tâm
- Khối xử lý trung tâm: nhận tín hiệu từ khối đầu vào và xử lí và đưa tín hiệu đến khối điều khiển theo chương trình điều khiển
- Khối điều khiển: nhận tín hiệu từ khối xử lí trung tâm và điều khiển các thiết bị của khối đầu ra
- Khối đầu ra: là các phần tử chấp hành nhận tín hiệu từ khối điều khiển và thực hiện theo tín hiệu từ khối điều khiển.
Sơ đồ hệ thống điện
Hình 3.19 Sơ đồ hệ thống điện hệ thống
Bảng địa chỉ vào ra
Bảng 3.6 Địa chỉ đầu vào hệ thống
I_Start I0.0 Nút nhấn chạy hệ thống
I_Stop I0.1 Nút nhấn dừng hệ thống
I_CB_Lo_Vao I0.3 Cảm biến phát hiện lọ vào
I_CB_Position I0.4 Cảm biến vị trí bàn xoay
Cảm biến I_CB_Cua_Hu_Lui I0.5 báo hiệu pittong cửa hũ đã lùi vào, trong khi I_CB_Nap_Ra I0.6 thông báo pittong đẩy nắp ra vị trí đóng Cảm biến I_CB_Dong_Nap I0.7 xác nhận pittong đã đóng nắp hoàn toàn I_CB_Nap I1.0 kiểm tra sự hiện diện của nắp trong ống chứa, còn I_CB_Lo_Thuoc I1.1 phát hiện lọ thuốc ở vị trí cấp thuốc Cảm biến I_CB_Lo_Nap I1.2 nhận diện lọ ở vị trí đóng nắp, và cuối cùng, I_CB_Nap_Ok I1.3 xác nhận nắp đã được đóng đúng cách.
I_CB_PL_Nap I1.4 Cảm biến phat hiện lọ ở vị trí phân loại nắp I_CB_Thuoc_OK I1.5 Cảm biến báo đủ lượng thuốc
Bảng 3.7 Địa chỉ đầu ra hệ thống
Q_BT1 Q0.0 Đầu ra băng tải lọ vào (Băng tải 1) Q_BT2 Q0.1 Đầu ra băng tải lọ ra (Băng tải 2) Q_Sang_Rung Q0.2 Đầu ra động cơ sàng rung
Q_Pittong_Cua_Sang Q0.3 Đầu ra xylanh cửa gạt sàng rung Q_Pittong_Cua_Hu_Chua Q0.4 Đầu ra van cửa hũ chứa
Q_Motor_Rotation Q0.5 Đầu ra động cơ quay trục bàn xoay Q_Pittong_Day_Nap Q0.6 Đầu ra xi lanh đẩy nắp lọ
Q_Pittong_Dong_Nap Q0.7 Đầu ra xi lanh đóng nắp lọ
Q_Pittong_Gat Q1.0 Đầu ra xi lanh gạt lọ nắp chưa OK
Bảng 3.8 Địa chỉ cài đặt hệ thống
Cài đặt thời gian thuốc xuống lọ với MW200 giúp quản lý hiệu quả quá trình sử dụng thuốc Thực tế thời gian thuốc xuống lọ được ghi nhận qua MW202, đảm bảo tính chính xác trong việc theo dõi Đồng thời, MW204 hỗ trợ đếm sản phẩm đầu vào, góp phần nâng cao hiệu suất làm việc.
Act_SP_OK MW206 Đếm sản phẩm đầu ra OK
Act_SP_NotOK MW208 Đếm sản phẩm đầu ra NOT OK Act_SP_Ra MW210 Đếm sản phẩm đầu ra
Lưu đồ thuật toán điều khiển
Hình 3.20 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống
Thiết kế hệ thống điện khí nén
3.2.5.1 Sơ đồ mạch khí nén
Hình 3.21 Sơ đồ mạch khí nén
3.2.5.2 Sơ đồ mạch điều khiển khí nén
Hình 3.22 Sơ đồ mạch điện điều khiển
Thiết kế giao diện mô phỏng, điều khiển và giám sát hệ thống
Giao diện đăng nhập
Hình 3.23 Thiết kế giao diện đăng nhập, khởi động hệ thống
- Giao diện bao gồm thông tin về hệ thống, nhóm thực hiện, cán bộ hướng dẫn, giám sát
Thông tin đăng nhập và đăng xuất vào màn hình giám sát và điều khiển rất quan trọng, cùng với việc truy xuất vào các màn hình vận hành và thông tin hướng dẫn.
Giao diện vận hành
Hình 3.24 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống
Giao diện hệ thống được thiết kế với các khối chức năng chính, được mô phỏng bằng các khối có sẵn trên WinCC và đồng bộ hóa với hệ thống thông qua các tags đã được gắn.
- Có thể cài đặt các thông số đầu vào, đầu ra của hệ thống trực tiếp trên đây
Hệ thống cho phép người dùng dễ dàng điều khiển và giám sát hoạt động của các thành phần, đồng thời theo dõi các thông số liên quan đến thời gian và sản phẩm vào, ra Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ xuất báo cáo khi hoạt động, giúp nâng cao hiệu quả quản lý.
- Mô phỏng được hoạt động của hệ thống
Giao diện thông tin hướng dẫn
Hình 3.25 Thiết kế giao diện thông tin hướng dẫn hệ thống
Giao diện hệ thống SCADA cung cấp hướng dẫn vận hành chi tiết, kèm theo các chú thích rõ ràng về thông tin trong giao diện chính, giúp người dùng dễ dàng hiểu và sử dụng hệ thống một cách hiệu quả.
Mô phỏng mô hình
Chương trình nhóm xây dựng nhằm tự động mô phỏng tín hiệu cảm biến và quá trình vận hành của các phần tử cơ cấu chấp hành dựa trên chuyển động giả lập trên màn hình mô phỏng Tuy nhiên, chương trình này chỉ phục vụ mục đích mô phỏng, giúp người dùng hiểu cách thức hoạt động của một hệ thống thực tế, và không được sử dụng trong hoạt động của mô hình thực Để áp dụng vào mô hình thực, cần loại bỏ các lệnh mô phỏng tín hiệu cảm biến và di chuyển các tags về đúng với tags của PLC trong mô hình thực.
Hình 3.26 Màn hình đăng nhập vào hệ thống
Hình 3.27 Màn hình điều khiển, giám sát hệ thống ở chế độ mô phỏng
Chế tạo và thử nghiệm hệ thống
Chế tạo
3.4.1.1 Thông số kỹ thuật của lọ thuốc
- Đường kính cổ lọ: 42mm
- Đường kính nắp lọ: 40mm
- Chiều cao của nắp: 7mm
- Chất liệu: Lọ thủy tinh-nắp nhựa
3.4.1.2 Thông số kỹ thuật của viên thuốc
Viên thuốc đông y dạng tròn đường kính 2-3mm
Do hệ thống chỉ phải di chuyển các lọ nhỏ nên ta chọn một số thông số của băng tải:
- Chiều dài băng tải: 500 mm
- Chiều rộng băng tải: 80 mm
Hình 3.29 Mô đun băng tải
- Động cơ DC giảm tốc là động cơ DS400
- Puly truyền động loại puly 3M 20 răng
- Con lăn đường kính 30mm
- Khung băng tải được gia công bằng nhôm định hình
- Thành chắn gia công bằng nhựa alu
- Dây đai băng tải là loại đai PVC
- Gá động cơ bằng nhựa cứng
- Khung băng tải có chức năng cố định,định hình băng tải
- Động cơ DC giảm tốc truyền động cho băng tải
- Dây đai băng tải là bề mặt làm việc chính của băng tải
- Thành chắn giữ lọ đứng thẳng cố định
- Con lăn truyền chuyển động cho băng tải
- Gá động cơ giúp cố định động cơ
3.4.1.4 Mô đun bàn xoay định vị
Sau khi nhận tín hiệu từ cảm biến, bàn xoay sẽ thực hiện xoay 90 độ và dừng lại tại các vị trí I, II, III, IV.
- Vị trí I: Vị trí tiếp lọ rỗng từ băng tải 1
- Vị trí II: Vị trí cấp thuốc
- Vị trí III: Vị trí cấp và đóng nắp
- Vị trí IV: Vị trí lọ ra băng tải 2
Hình 3.30 Mô đun bàn xoay định vị
- Mặt bàn xoay được gia công bằng nhựa alu
- Bàn đỡ được gia công bằng nhựa alu
- Trục cố định được gia công bằng thanh ti ren M10
- Trục định vị được gia công bằng thanh ti ren M6
- Trục đỡ là loại thanh ti ren M10
- Puly truyền động là loại puly GT2 20-40 răng
- Thành chắn được gia công bằng nhựa alu
- Bàn xoay đưa lọ đến các vị trí định sẵn
- Bàn đỡ để giữ bề mặt phẳng trong quá trình lọ chuyển động
- Trục cố định để truyền chuyển động quay
- Trục định vị để cố định 2 mặt bàn xoay và định vị trí dừng
- Trục đỡ để cố định 2 mặt bàn xoay
- Puly truyền chuyển động từ động cơ
- Thành chắn giúp cố định lọ ở bàn xoay
- Động cơ truyền chuyển động quay
3.4.1.5 Cơ cấu sàng, tách và cấp thuốc a Mô đun sàng rung, tách
Trước khi thuốc được đưa vào lọ, chúng sẽ được xử lý qua sàng rung để loại bỏ tạp chất và những viên thuốc dính nhau Những viên thuốc đạt tiêu chuẩn sẽ được chọn lọc qua mặt sàng và sau đó được cấp vào lọ.
Với ứng dụng trong mô hình đồ án, nhóm chọn kích thước sàng là :
- Độ nghiêng so với phương ngang: 5°
- Khung sàng rung được gia công bằng nhôm định hình
- Mặt sàng rung, hộp chứa, cửa gạt hộp chứa gia công băng inox không gỉ 304
- Hộp sàng gia công bằng inox 201
- Động cơ sàng rung là RS775 giảm tốc bánh răng
- Xy lanh đẩy cửa gạt sàng rung là loại MAL16x25
- Puly truyền động là loại GT2 20-40 răng
- Thanh kéo hộp sàng gia công bằng thép không gỉ
- Trục lệch tâm gia công bằng trục thép M4
- Gá đỡ động cơ gia công bằng kim loại
- Khung giúp định hình sàng rung và tạo chuyển động trượt với mặt sàng
- Mặt sàng rung giúp sàng, tách thuốc
- Hộp chứa thuốc đã được qua sàng lọc, cửa gạt sàng rung chứa giúp thuốc đi xuống hũ chứa
- Hộp sàng để ngăn thuốc không bắn ra ngoài
- Động cơ chuyển động quay kéo sàng trượt
- Puly truyền chuyển động từ động cơ
- Trục lệch tâm truyền chuyển động khiến sàng trượt có biên độ khác 0
- Thanh kéo truyền chuyển động từ trục lệch tâm tới mặt sàng
- Gá đỡ động cơ giúp cố định động cơ b Mô đun hũ chứa
Thuốc sau khi qua quá trình sàng, tách sẽ được đi xuống hũ chứa để cấp vào lọ
Hình 3.31 Mô đun hũ chứa
- Đế đỡ gia công bằng nhôm định hình
- Hũ chứa gia công bằng nhựa
- Cửa gạt ống hũ chứa gia công băng inox không gỉ
- Xy lanh đẩy cửa gạt ống là loại CDJ2B16x15
- Đế đỡ giúp đỡ hũ chứa
- Hũ chứa để chứa thuốc từ sàng rung xuống
- Cửa gạt ống hũ chứa giúp thuốc đi xuống lọ
- Xy lanh giúp đẩy đóng mở cửa gạt hũ chứa
3.4.1.6 Cơ cấu cấp nắp và đóng nắp a Mô đun cấp nắp
Cấp nắp để đóng vào lọ
Hình 3.32 Mô đun cấp nắp
- Ống chứa nắp gia công bằng nhựa PVC
- Khay trượt nắp gia công bằng nhựa alu
- Xy lanh đẩy nắp là loại MAL 16x125
- Tấm đệm đẩy nắp gia công bằng nhựa alu
- Khung đỡ gia công bằng thanh ti ren M10
- Ống chứa chứa nắp sẵn sàng cấp
- Khay trượt giúp nắp trượt từ ống chứa đi ra vị trí lọ
- Xy lanh đẩy nắp trên khay trượt nắp b Mô đun đóng nắp Đóng nắp chặt vào miệng lọ
Hình 3.33 Mô đun đóng nắp
- Xy lanh đóng nắp là loại MAL32x75
- Đệm đóng nắp gia công bằng cao su
- Khung đỡ gia công bằng nhôm định hình và nhựa alu
- Xy lanh đóng nắp chặt vào miệng lọ
- Tấm đệm giúp phân bố đều lực tác động vào nắp
- Khung đỡ giúp đỡ xy lanh và chịu lực tác động
3.4.1.7 Mô đun kiểm tra nắp lọ
Kiểm tra lọ thành phẩm đã đóng nắp hay chưa
Hình 3.34 Mô đun kiểm tra nắp lọ
- Khung đỡ cảm biến và đỡ lọ gia công bằng nhựa alu
- Khung đỡ xy lanh gia công bằng nhôm định hình
- Xy lanh đẩy lọ lỗi là loại MAL 16x125
- Tấm đệm xy lanh đẩy gia công bằng xốp
- Xy lanh đẩy lọ lỗi ra ngoài băng tải 2
- Tấm đệm xy lanh giúp phân bổ lực đều lên thân lọ
- Khung đỡ cảm biến giúp lắp ráp khối cảm biến phân loại
- Khung đỡ xy lanh giúp gá chặt xy lanh
- Khung đỡ lọ lỗi giúp chứa lọ lỗi sau khi bị đẩy ra ngoài
3.4.1.8 Bảng điện điều khiển hệ thống
Hình 3.35 Bảng điện điều khiển hệ thống
Là trung tâm lắp ráp vi điều khiển và các bộ nguồn cho hệ thống, đây cũng là nơi cung cấp tín hiệu điện và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.
Từ các cụm bộ phận được tính toán, xây dựng ở trên, nhóm đã chế tạo thành công được hệ thống cơ khí:
Dựa trên phân tích các ưu nhược điểm của các phương án bố trí, nhóm tác giả đã quyết định bố trí hệ thống cơ khí một cách tối ưu Hình 3.36 minh họa tổng quan toàn bộ hệ thống này.
Băng tải 1 và 2 được lắp đặt vuông góc với nhau, trong khi bàn xoay được đặt tại vị trí vuông góc Băng tải 1 có nhiệm vụ đưa lọ vào vị trí I trên bàn xoay, trong khi băng tải 2 sẽ đưa lọ ra từ vị trí IV trên bàn xoay.
- Cơ cấu cấp thuốc đặt tại vị trí II trên bàn xoay
- Cơ cấu cấp và đóng nắp đặt tại vị trí III của bàn xoay
- Cơ cấu kiểm tra lọ thành phẩm đặt ở giữa băng tải 2.
Thử nghiệm hệ thống
3.4.2.1 Thử nghiệm cụm cấp thuốc
Lọ được chuyển đến vị trí cấp thuốc thông qua băng tải 1 và bàn xoay định vị Cảm biến nhận diện lọ ở vị trí cấp thuốc, mở cửa gạt hũ chứa để đưa thuốc xuống lọ trong khoảng thời gian đã cài đặt Quá trình theo dõi lượng thuốc xuống lọ đảm bảo đạt yêu cầu đề ra, và cụm cấp thuốc hoạt động ổn định.
3.4.2.2 Thử nghiệm cụm đóng nắp
Lọ được đưa đến vị trí đóng nắp nhờ bàn xoay định vị và cảm biến nhận biết vị trí Nắp được đẩy ra từ ống chứa nhờ xy lanh và được đóng chặt vào lọ qua xy lanh đóng nắp Quá trình này cần được theo dõi để phát hiện sai sót kịp thời, tránh làm chậm quy trình Mặc dù cụm đóng nắp hoạt động ổn định, nhưng vẫn có trường hợp nắp bị đóng hỏng do lệch vị trí hoặc do nắp nhựa mỏng, dẫn đến khó khăn trong việc đóng chặt.
3.4.2.3 Thử nghiệm cụm kiểm tra nắp lọ
Quá trình sản xuất lọ bao gồm hai giai đoạn chính: cấp thuốc và đóng nắp Sau khi hoàn tất, lọ sẽ được đưa ra ngoài thông qua băng tải 2 Tại điểm này, cụm kiểm tra nắp sẽ xác nhận xem nắp đã được đóng kín hay chưa.
Hai cảm biến được sử dụng để theo dõi quá trình vận hành của cụm kiểm tra nắp lọ, đồng thời khắc phục sự cố tín hiệu cảm biến so với thực tế Việc điều chỉnh vị trí cảm biến phù hợp giúp cụm kiểm tra nắp hoạt động ổn định theo nguyên lý đã đề ra.
