TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO VÀ HÌNH DẠNG Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Sỹ Tuấn Sinh viên thực : Nguyễn Duy Minh MSSV : 20166445 Lớp : CN CĐT 02 – K61 Hà Nội, 2021 Tiểu Luận Pro(123docz.net) LỜI MỞ ĐẦU Xã hội ngày phát triển, nhu cầu vật chất tinh thần người ngày cao, toán cung – cầu nhà sản xuất tìm cách giải Tự động hóa dây chuyền sản xuất phương án tối ưu, địi hỏi nhanh chóng, xác giảm thiểu nhân cơng lao động Q trình sản xuất tự động hóa cao nâng cao suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp Xét điều kiện cụ thể nước ta cơng cơng nghiệp hóa đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động trình sản xuất, gia công, chế biến sản phẩm…Điều dẫn tới việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao sản xuất hàng loạt nhỏ loạt vừa sở sử dụng máy CNC, robot công nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phận loại sản phẩm Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên ngồi thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm chi phí sản xuất Do kiến thức cịn hạn hẹp thời gian thực không nhiều nên trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót Đề tài mong góp ý quý thầy Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Sỹ Tuấn hướng dẫn tận tình, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Duy Minh Tiểu Luận Pro(123docz.net) Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG Error! Bookmark not defined TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM defined 1.1 Khái niệm ứng dụng Error! Bookmark not Error! Bookmark not defined 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Bookmark not defined Error! CHƯƠNG Error! Bookmark not defined CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined 2.1 Băng tải Error! Bookmark not defined 2.2 Bộ truyền xích Error! Bookmark not defined 2.3 Piston xy lanh Error! Bookmark not defined 2.4 Các loại cảm biến Error! Bookmark not defined 2.4.1 Cảm biến quang Error! Bookmark not defined 2.4.2 Cảm biến tiệm cận Error! Bookmark not defined 2.5 Động Error! Bookmark not defined CHƯƠNG Error! Bookmark not defined TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Error! Bookmark not defined 3.1 Hệ thống băng tải Error! Bookmark not defined 3.2 Tính thơng số hình, động học băng tải Error! Bookmark not defined 3.3 Tính lực kéo băng Error! Bookmark not defined 3.4 Tính trục tang chủ, bị động/ lăn Error! Bookmark not defined 3.5 Tính chọn động Error! Bookmark not defined 3.6 Tính tốn chọn truyền Error! Bookmark not defined 3.7 Rulo băng tải Error! Bookmark not defined 3.8 Chọn ổ lăn Error! Bookmark not defined 3.9 Tính tốn chọn kết cấu khung băng tải Error! Bookmark not defined 3.8 Bộ phận cấp phôi Error! Bookmark not defined 3.9 Bộ phận phân loại phôi Error! Bookmark not defined CHƯƠNG Error! Bookmark not defined THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM CATIA Error! Bookmark not defined Tiểu Luận Pro(123docz.net) 4.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm Catia Error! Bookmark not defined 4.2 Mơ hình thành phần hệ thống Error! Bookmark not defined 4.2.1 Hệ thống giá đỡ xy lanh cảm biến Error! Bookmark not defined 4.2.2 Hệ thống băng tải Error! Bookmark not defined 4.2.3 Cốc đựng phôi Error! Bookmark not defined 4.2.4 Máng trượt phôi Error! Bookmark not defined 4.2.5 Xylanh Error! Bookmark not defined 4.2.6 Cảm biến Error! Bookmark not defined 4.2.7 Trục tang Error! Bookmark not defined 4.2.8 Động Error! Bookmark not defined 4.3 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm Error! Bookmark not defined CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 5.1 Tổng quan PLC 5.1.1 Giới thiệu chung 5.1.2 Tổng quan điều khiển logic khả trình PLC 5.1.3 Ưu, nhược điểm lập trình hệ thống điều khiển PLC 5.1.4 Cấu trúc PLC 5.1.5 Cấu trúc bên PLC 5.2 Bộ điều khiển input 10 11 5.2.1 PLC Siemens S7 1200, CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214-1AG40-0XB0 11 5.2.2 Cảm biến quang tiệm cận 13 5.2.3 Cảm biến từ xy lanh 14 5.2.4 Nút dừng khẩn cấp 14 5.3 Các thiết bị out put 15 5.3.1 Động điện chiều 15 5.3.2 Đèn báo thị 15 5.3.3 Van điện từ Airtac 16 CHƯƠNG 17 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 17 6.1 Bảng khai báo biến 6.1.1 Input, Output 17 17 Tiểu Luận Pro(123docz.net) 6.1.2 Các biến trung gian timer 6.2 Sơ đồ đấu dây PLC 18 18 6.2.1 Tổng quan sơ đồ 18 6.2.2 Input 20 6.2.3 Output 20 6.3 Sơ đồ khí nén 21 6.4 Sơ đồ grafcet 22 6.5 Code LAD Tia Portal 23 CHƯƠNG Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined 7.1 Kết đạt Error! Bookmark not defined 7.2 Kết luận Error! Bookmark not defined 7.3 Hướng phát triển Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Tiểu Luận Pro(123docz.net) CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 5.1 Tổng quan PLC 5.1.1 Giới thiệu chung Thiết bị điều khiển lập trình thiết kế lần cho đời năm 1968 (Công ty General Motor -Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống đơn giản cồng kềnh, người dùng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, việc lập trình cho hệ thống cịn gặp nhiều khó khăn, lúc khơng có thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho cơng việc lập trình Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiến lập trình cầm tay đời năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình PLC đơn giản nhằm thay hệ thống rơ-le dây nối hệ thống cổ điển Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Trong năm thập niên 1970, hệ thống PLC cịn có thêm khả vận hành với thuật toán hỗ trợ, “vận hành với liệu cập nhật” Do phát triển loại hình dùng cho máy tính, nên việc giao tiếp người điều khiển lập trình cho hệ thống ngày trở nên thuận tiện Sự phát triển hệ thống phần cứng phần mềm từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng: hệ thống ngõ vào/ra tăng thêm 800 cổng vào/ra, dung lượng nhớ chương trình tăng lên 128.000 từ nhớ Ngồi cịn có kỹ thuật kết nối với hệ thống PLC riêng lẻ Tốc độ xử lý hệ thống cải thiện, chu kì quét nhanh làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với chức phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn -Trong tương lai hệ thống PLC không giao tiếp với hệ thống khác thông qua CIM để điều khiển hệ thống: Robot, Cad/Cam loại PLC với chức điều khiển “thơng minh” cịn gọi siêu PLC 5.1.2 Tổng quan điều khiển logic khả trình PLC - Khái niệm PLC PLC chữ viết tắt từ “ Programmable Logic Controller “ Theo hiệp hội quốc gia sản xuất điện Hoa Kỳ PLC thiết bị điều khiển mà trang bị chức logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung tính tốn cho phép điều khiển nhiều loại máy móc xử lý Các chức đặt nhớ mà Tiểu Luận Pro(123docz.net) tạo lập xếp theo chương trình Khái niệm ngắn gọn hơn, PLC máy tính cơng nghiệp để thực dãy trình Tiểu Luận Pro(123docz.net) - Giới thiệu PLC PLC sử dụng để điều khiển dây chuyền, thiết bị công nghiệp riêng lẻ (Rơ-le, timer, contactor ) kết hợp với tuỳ theo mức độ yêu cầu thành hệ thống điện điều khiển đáp ứng tốn cơng nghệ đặt Công việc diễn phức tạp thi cơng phải thao tác chủ yếu việc đấu nối, lắp đặt nhiều thời gian mà hiệu lại khơng cao thiết bị cần lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại hạn chế, lượng vật tư nhiều đặc biệt trình sửa chữa bảo trì, hay cần thay đối quy trình sản xuất gặp nhiều khó khăn nhiều thời gian việc tìm kiếm hư hỏng lại dây suất lao động giảm rõ rệt Với nhược điểm nhà khoa học, nhà nghiên cứu nỗ lực để tìm giải pháp điều khiển tối ưu đáp ứng mong mỏi ngành cơng nghiệp đại tự động hố q trình sản xuất làm tăng sức lao động, giúp người lao động làm việc khu vực nguy hiểm, độc hại mà suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần Một hệ thống điều khiển ưu việt mà phải chọn để điều khiển cho ngành công nghiệp đại cần phải hội tụ đủ yếu tố sau: Tính tự động cao, kích thước khối lượng nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt Từ đó, hệ thống PLC đời năm 1968 Tuy nhiên hệ thống đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống, qua nhiều năm cải tiến phát triển khơng ngừng khắc phục nhược điểm cịn tồn để có điều khiển PLC ngày Từ giải vấn đề nêu với ưu việt sau: + Là điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển + Có khả mở rộng module vào cần thiết + Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình + Có khả chống nhiễu với độ tin cậy cao có nhiều ưu điểm khác + Có khả truyền thơng trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh với máy tính, PLC khác, thiết bị giám sát, điều khiển Hiện giới có nhiều hãng PLC khác phát triển hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemens, có chung nguyên lý bản, nhiên có vài điểm khác biệt phù hợp với ngành - Lợi ích việc sử dụng PLC Cùng với phát triển phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày tăng tính lợi ích hoạt động cơng nghiệp Kích thước PLC thu nhỏ lại để nhớ số lượng I/O nhiều hơn, ứng dụng PLC mạnh nâng cao khả giải nhiều vấn đề phức tạp điều khiển hệ thống Lợi ích PLC hệ thống điều khiển cần lắp đặt lần (đối với sơ đồ Tiểu Luận Pro(123docz.net) hệ thống, đường nối dây, tín hiệu ngõ vào/ra ), mà khơng phải thay đổi kết cấu hệ thống sau này, giảm tốn phải thay đổi lắp đặt đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển rơ-le ) khả chuyển đổi hệ điều khiển cao Tiểu Luận Pro(123docz.net) (như giao tiếp PLC để truyền liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống điều khiển linh hoạt Không hệ thống cũ, PLC dễ dàng lắp đặt chiếm khoảng không gian nhỏ điều khiển nhanh, nhiều hệ thống khác Điều thuận lợi hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, trình lắp đặt hệ thống PLC tốn thời gian hệ thống khác Có thể nhận biết vấn đề hệ thống PLC nhờ giao diện qua hình máy tính (một số PLC hệ sau nhận biết thông báo trực tiếp cho người sử dụng) Tiêu chuẩn hố chức PLC hệ điều khiển gồm : - Điều khiển chuyên gia giám sát: + Thay cho điều khiển rơ-le + Thay cho Panel điều khiển, mạch in + Điều khiển tự động, bán tự động tay, máy q trình + Có khối điều khiển thông dụng (thời gian, đếm) - Điều khiển dãy: + Các phép toán số học + Cung cấp thông tin + Điều khiển liên tục trình (nhiệt độ, áp suất ) + Điều khiển động chấp hành + Điều khiển động bước - Điều khiển mềm dẻo: + Điều hành trình báo động + Phát lỗi chạy chương trình + Ghép nối với máy tính (RS232/ RS485) + Thực mạng tự động hố xí nghiệp + Mạng cục + Mạng mở rộng - Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC: Hiện PLC ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp dân dụng Từ ứng dụng để điều khiển hệ thống đơn giản, có khả đóng mở (ON/OFF) thơng thường đến ứng dụng cho lĩnh vực phức tạp, địi hỏi tính xác cao, ứng dụng thuật toán sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC bao gồm: + Hóa học dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiến hệ thống dẫn + Chế tạo máy sản xuất: Tự động hóa chế tạo máy, đo đạc, trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại + Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phấm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm - Độ bền: + Cơ: triệu lần + Điện: 100000 lần Chức hệ thống: - Sử dụng để ngắt mạch lực mạch điều khiển 5.3 Các thiết bị out put 5.3.1 Động điện chiều Động điện chiều 5.3.2 Đèn báo thị Đèn LED báo thị Các thông số kĩ thuật bản: - Nguồn cấp: 24VDC - Dòng điện: 20mA (hoạt động bình thường) - Đường kính: 22mm - Chiều dài: 50mm - Chức hệ thống: - Sử dụng ba màu đỏ, vàng, xanh để biểu thị cho chế độ làm việc hệ thống 5.3.3 Van điện từ Airtac Hình 3.17 Van điện từ Airtac 5/2 Các thơng số kĩ thuật bản: - Nguồn cấp: 24VDC - Dịng điện: 120mA - Cơng suất: 3W - Áp suất hoạt động: 0,15-0,8 Mpa - Loại van cửa vị trí - Sử dụng cuộn coil để kích từ có độ bền cao - Chức hệ thống: - Kích hoạt xylanh với trạng thái CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 6.1 Bảng khai báo biến 6.1.1 Input, Output STT TÊN PHẦN TỬ KÍ HIỆ U START STOP EMER CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CB6 ĐỊA CHỈ CHỨC NĂNG Nút nhấn START CONV Nút nhấn STOP CONV Nút EMERGENCY Cảm biến Cảm biến Cảm biến Cảm biến Cảm biến Cảm biến xác định xy lanh đầu hành trình I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 Khởi động động Dừng động Dừng khẩn cấp Phát phơi có cốc chứa Phát phơi hình lập phương Phát phơi hình lập phương Phát phơi cao Phát phơi trung bình Phát xy lanh đầu hành trình 10 Cảm biến xác định xy lanh đầu hành trình CB7 I1.1 Phát xy lanh đầu hành trình 11 Cảm biến xác định xy lanh đầu hành trình CB8 I1.2 Phát xy lanh đầu hành trình 12 Cảm biến xác định xy lanh đầu hành trình CB9 I1.3 Phát xy lanh đầu hành trình 13 Động DC Q0.0 14 XL1 Q0.1 XL2 Q0.2 XL3 Q0.3 XL4 Q0.4 13 Van điện tử 5/2 tác động đơn Van điện tử 5/2 tác động đơn Van điện tử 5/2 tác động đơn Van điện tử 5/2 tác động đơn L_RUN D1 Q0.5 15 L_EMERG D2 Q0.6 16 L-CONVEY D3 Q0.0 13 14 15 Truyền chuyển động cho băng tải Điều khiển xy lanh cấp phôi Điều khiển xy lanh đẩy phơi hình lập phương Điều khiển xy lanh đẩy phơi hình trụ có chiều cao lớn Điều khiển xy lanh đẩy phơi hình trụ có chiều cao trung bình Đèn báo hệ thống hoạt động Đền báo chế độ dừng khẩn Đèn báo động chạy 6.1.2 Các biến trung gian timer Biến trung gian/ Chức Timer M0 Trung gian khởi động M1 Trung gian cảm biến có tín hiệu T1 Delay thời gian thu pistion Xylanh T2 Delay thời gian thu pistion Xylanh T3 Delay thời gian thu pistion Xylanh T4 Delay thời gian thu pistion Xylanh ❖ Các biến trung gian M0, M1 biến kiểu Boolean có phạm vi giá trị TRUE FALSE 6.2 Sơ đồ đấu dây PLC 6.2.1 Tổng quan sơ đồ 6.2.2 Sơ đồ kết nối thiết bị đầu vào 6.2.3 Sơ đồ kết nối thiết bị đầu 6.3 Sơ đồ khí nén 6.4 Sơ đồ grafcet ❖ Giải thích sơ đồ thuật tốn - - Khi nhấn nút Start động băng tải bắt đầu hoạt động Khi cảm biến phát phơi cốc xy lanh đẩy phôi băng tải Cùng lúc cảm biến phát phơi có phải phơi hình lập phương hay khơng Khi xy lanh cuối trình đẩy tác động lên cảm biến 6, timer T1 đếm ngược thời gian để thu xy lanh Xy lanh lúc có tác dụng vật chặn phôi đẩy xuống từ cốc đựng phôi Trong lúc timer T1 đếm ngược, phôi lúc chạy đến cảm biến Khi hết hợp điều kiện cảm biến 2+ cảm biến tức phơi hình lập phương xy lanh đẩy phơi Khi xy lanh đầu hành trình cảm biến nhận tín hiệu ngắt điện cuộn van hút để xy lanh thu Khi timer T1 hồn tất q trình đếm ngược Xy lanh thu bắt đầu cấp phôi tiếp tục q trình Tương tự với phơi trụ cao phơi trụ trung bình Phơi trụ thấp cịn lại trôi cuối băng truyền trượt xuống máng 6.5 Code LAD Tia Portal TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình/ Sách tham khảo [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển: Tính tốn Thiết kế Hệ dẫn động Cơ khí - Tập 1, NXB Giáo dục [2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển: Tính tốn Thiết kế Hệ dẫn động Cơ khí - Tập 2, NXB Giáo dục [3] Nguyễn Trọng Hiệp: Giáo trình Chi tiết máy - Tập 1, NXB Giáo dục [4] Nguyễn Trọng Hiệp: Giáo trình Chi tiết máy - Tập 2, NXB Giáo dục [5] Ninh Đức Tốn: Dung sai lắp ghép, NXB Giáo dục [6] Trần Thế San – Nguyễn Ngọc Phương: Thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Khoa học kĩ thuật [7] Nguyễn Văn Khang: Bộ điều khiển logic khả trình PLC ứng dụng, NXB Bách Khoa – Hà Nội ... hóa bán hệ thống phận loại sản phẩm Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài ? ?Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao? ?? nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời... TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM defined 1.1 Khái niệm ứng dụng Error! Bookmark not Error! Bookmark not defined 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Bookmark... viên thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa