Nhóm 02 chúng emxin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và chưa hề đượ c sử dụng để bảo vệ đồ án hoặc học vị nào khác.Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨ U
Giớ i thiệu chung v ề t ự động hóa
Tự động hóa là việc ứng dụng máy móc vào các công việc trước đây do con người thực hiện, giúp giải quyết những nhiệm vụ ngày càng phức tạp mà không thể thực hiện nếu không có thiết bị và giải pháp tự động hóa Thuật ngữ này không chỉ đơn thuần là thay thế sức lao động của con người mà còn là việc tích hợp máy móc vào hệ thống tự quản Tự động hóa đã cách mạng hóa nhiều lĩnh vực và ảnh hưởng sâu sắc đến hầu hết các khía cạnh của cuộc sống hiện đại.
Thuật ngữ "tự động hóa" được giới thiệu trong ngành công nghiệp ô tô vào năm 1946, nhằm mô tả việc gia tăng sử dụng thiết bị và điều khiển tự động trong dây chuyền sản xuất cơ giới hóa Cụm từ này được phát triển bởi DS Harder, một giám đốc kỹ thuật tại Ford Motor Company Mặc dù thuật ngữ này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất, nó cũng được áp dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống khác, nơi có sự thay thế đáng kể của hoạt động cơ, điện hoặc máy tính cho nỗ lực và trí tuệ của con người.
Tự động hóa được định nghĩa là công nghệ thực hiện quy trình qua lệnh lập trình kết hợp với điều khiển phản hồi tự động, đảm bảo thực hiện đúng hướng dẫn mà không cần can thiệp của con người Sự phát triển của công nghệ này ngày càng phụ thuộc vào máy tính và các công nghệ liên quan, dẫn đến hệ thống tự động trở nên tinh vi và phức tạp hơn Các hệ thống tiên tiến hiện nay thể hiện năng lực và hiệu suất vượt trội, cho phép hoàn thành các hoạt động tương tự với hiệu quả cao hơn nhiều so với con người.
Giớ i thiệu v ề đề tài
Trong ngành công nghiệp, số lượng nhà máy sản xuất chanh muối đóng hộp đang ngày càng gia tăng với nhiều loại hình và thương hiệu đa dạng Hệ thống dây chuyền cấp và đóng nắp tự động đóng vai trò thiết yếu và quan trọng trong các nhà máy này Đáp ứng nhu cầu thực tiễn, nhóm đã thiết kế và thi công “Mô Hình Dây Chuyền Cấp Và Đóng Nắp Chanh”.
Muối Tự Động” dùng PLC để điều khiển.
Tính c ấp thiết của đề tài
Chanh muối là nguyên liệu quý giá không chỉ trong dược phẩm mà còn trong việc chế biến thức uống bổ dưỡng Sau khi được xử lý, chanh tươi sẽ được ngâm muối trong một khoảng thời gian, tạo ra sản phẩm có màu vàng nâu và độ mặn vừa phải.
Chanh muối có nhiều tác dụng chữa trị các bệnh thường gặp như đầy bụng, no hơi, viêm họng và ho, đồng thời hỗ trợ quá trình giảm cân Ngoài ra, nước uống chanh muối đóng chai cũng mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người.
Chanh muối, theo đông y, có nhiều công dụng cho sức khỏe và chữa trị các chứng bệnh thường gặp Đặc biệt, nếu bạn cảm thấy đầy bụng hay khó tiêu, chỉ cần ngậm một miếng chanh muối hoặc pha với nước nóng để uống Chanh muối giúp tăng cường chuyển hóa thức ăn, giảm triệu chứng đầy bụng và trị chứng khó tiêu hiệu quả.
Súc miệng bằng hỗn hợp nước chanh muối 3 lần mỗi ngày giúp giảm đau rát do viêm họng Vỏ chanh muối chứa nhiều tinh dầu, có tác dụng làm thông cổ họng, trong khi vị mặn của chanh muối có khả năng sát trùng và giảm ngứa cổ ngay lập tức.
Người mắc bệnh đường ruột mãn tính có thể cải thiện tiêu hóa và tình trạng đường ruột bằng cách sử dụng chanh muối thường xuyên Ngậm chanh muối hoặc pha với nước nóng để uống sẽ giúp đờm tan nhanh chóng.
Nguyên lý ho ạt động
Khi nhấn nút khởi động, các cảm biến 4, 5 và 6 sẽ kiểm tra tín hiệu để đảm bảo không có chanh, nước muối hoặc nắp Nếu thiếu các yếu tố này, băng tải sẽ không khởi động, đồng thời đèn và còi báo hiệu sẽ sáng và kêu Ngược lại, nếu mọi thứ đầy đủ, băng tải sẽ hoạt động và lon bắt đầu di chuyển.
Khi lon gặp cảm biến 1 thì băng tải dừng lại, sau đó động cơ bướ c 12 hoạt động cấp chanh vào hộp (số lượng chanh đượ c lập trình trướ c).
Sau khi hoàn thành quá trình cấp chanh, băng tải sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi lon chạm vào cảm biến thứ hai, tại thời điểm này, động cơ sẽ kích hoạt 16 bơm để bơm nước muối vào lon, thời gian bơm đã được lập trình trước.
Sau khi hoàn tất quá trình bơm nước muối, băng tải sẽ tiếp tục vận hành cho đến khi lon chạm vào cảm biến 3, tại đây băng tải sẽ dừng lại Xi lanh 4 sẽ đẩy nắp trong ống đựng ra ngoài và rơi xuống miệng lon Sau một khoảng thời gian t đã được lập trình trước, xi lanh 4 sẽ lùi về vị trí ban đầu và ngay sau đó, xi lanh 8 sẽ hoạt động để đóng chặt nắp vào miệng lon.
Sau khi hoàn thànhđóng nắp, băng tải hoạt động và đưa sản phẩm ra ngoài.
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾ T KẾ
Hệ th ống c ấp chanh vào lon
2.1.1 H ệ thố ng cấp chanh phương án 1
Hình 2.1: H ệ th ố ng c ấp chanh phương án 1 Trong đó:
9 C ảm biể n vật cản 10 Lon đự ng 11 C ần gạc chanh
12 Động cơ bướ c 13 Chanh 14 Máng trượ c kép Ưu điể m:
Máng trượt kép giúp tăng tốc độ cấp chanh gấp đôi, giảm thời gian dừng của băng tải và nâng cao năng suất hệ thống Việc sử dụng động cơ bước trong quá trình gạc chanh đảm bảo tốc độ ổn định và đáp ứng số lượng quy định.
- Máng trượ t képgây khó khăn trong việc kiểm soát quá trình gạc chanh.
2.1.2 H ệ thố ng cấ p chanh phương án 2
Hình 2.2: Phương án cấp chanh phương án 2 Trong đó:
9 C ảm biể n vật cản 10 Lon đự ng 11 C ần gạc chanh
12 Động cơ bướ c 13 Chanh 14 Máng trượ c kép Ưu điể m:
- Máng trượt đơn dễ kiểm soát quá trình cấp chanh,ổn định.
- Tốc độ cấp chanh chậm hơn hai lần so với máng kép và làm cho băng tải dừng lâu hơn, giảm năng suất của hệ thống.
⇒ Ch ọn h ệ th ống cấp chanh theo phương án 1 cho đề tài.
Hệ th ống c ấp n ắp và đóng nắp
2.2.1 H ệ thố ng cấ p nắp và đóng nắp phương án 1
Hình 2.3 : H ệ t h ố ng c ấ p n ắp và đóng nắp phương án 1 Trong đó:
4 Xilanh đẩ y nắ p ra 5 Khay chứ a nắ p 6 N ắ p lon
7 Tay đẩ y nắ p 8 Xilanh đóng nắ p 9 C ảm biế n vật cản Ưu điể m:
Sử dụng hai xilanh đẩy và đóng liên tiếp giúp tăng tốc độ giảm thời gian dừng băng tải, từ đó nâng cao năng suất Hệ thống hoạt động chính xác và ổn định, với xilanh đóng nắp có lực mạnh đạt tiêu chuẩn.
- Đòi hỏi hai xi lanh phải hoạt động nhịp nhàng và đạt độ chính xác cao.
2.2.2 H ệ thố ng cấ p nắp và đóng nắp phương án 2
Hình 2.4: H ệ t h ố ng c ấp và đóng nắp chanh phương án 2
4 Cơ cấ u tr ục khu ỷu thanh truyền để đóng nắ p
5 Băng tải chuyề n nắ p 6 Xi lanh lấ y nắ p 7 Xi lanh chuyể n nắ p
18 N ắ p lon 9 C ảm biế n vật cản 19 Tr ục xi lanh chuyể n nắ p Ưu điể m:
- Chia khâu rõ ràng, hệ thống làm việc từng khâuổn định.
Hệ thống phức tạp trong việc vận chuyển và đóng nắp yêu cầu nhiều cơ cấu chấp hành, nhưng độ chính xác thấp và thời gian làm việc lâu dẫn đến việc băng tải dừng lâu, làm giảm năng suất Cơ cấu đóng nắp bằng trục khuỷu thanh truyền không đảm bảo đủ lực, tốc độ dập và độ chính xác cần thiết để đóng nắp lon, khiến hệ thống tiêu tốn nhiều thiết bị mà năng suất không được đảm bảo.
=> Chọn hệ thống cấp nắp và đóng nắp theo phương án 1.
Hệ th ống điều khiển
2.3.1 Điều khiể n bằng rơle Ưu điể m:
- Rơle có khả năng cảm biến tốt và tức thờ i
- Rơle thường có kích thướ c nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt vào nhiều không gian khác nhau.
- Rơle có kết cấu chắc chắn, tuổi thọ bền bỉ
- Giá thành các loại rơle hiện nay thườ ng có giá thành rất phải chăng, phù hợ p vớ i mặt bằng chung về tài chính của khách hàng
- Rơle chỉ có thể dùng cho các mạch điện vừa và nhỏ
- Mạch điện rất phức tạp
2.3.2 Điều khiể n bằ ng Arduino Ưu điể m:
- Bảng mạch Arduino tương đối rẻ so vớ i các nền tảng vi điều khiển khác
- Môi trườ ng lập trình đơn giản, rõ ràng
- Phần mềm arduino đượ c xuất bản dướ i dạng các công cụ nguồn mở , có sẵn để mở rộng bở i các lập trình viên có kinh nghiệm.
- Nguồn mở và phần cứng có thể mở rộng.
Để tối ưu hóa dự án Arduino, cần kết nối với PCB có kích thước lớn, tuy nhiên trong thực tế, mục tiêu là giảm kích thước càng nhiều càng tốt.
- Rất dễ bị nhiễu tín hiệu
2.3.3 Điều khiể n bằ ng PLC Ưu điể m:
- Dễ dàng dàng thay đổi cấu trúc theo ý muốn
- Thực hiện đượ c các thuật toán phức tạp và có độ chính xác cao
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa
- Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào ra, mở rộng các chắc năngkhác
- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trườ ng công nghiệp
- Giao tiếp đượ c vớ i các thiết bị thông minh khác
- Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình
- Đòi hỏi ngườ i sử dụng phải cótrình độ chuyên môn cao
CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Xilanh
Xilanh khí nén là các thiết bị cơ khí sử dụng sức mạnh khí nén dể tạo ra lực trong chuyển động tuyến tính qua lại [6]
Hình 3.1: Xi lanh khí nén
3.1.2 C ấ u tạ o củ a xi lanh khí nén
Xilanh khí nén cấu tạo gồm các bộ phận chính sau [6] :
3.1.3 Hoạt độ ng củ a xi lanh khí nén
Sau khi được kích hoạt, khí nén đi vào ống ở một đầu của piston, tạo ra lực tác động lên piston Thiết bị truyền động khí nén là các thiết bị cơ khí sử dụng khí nén để di chuyển piston bên trong hình trụ, từ đó di chuyển tải dọc theo đường thẳng.
Thiết bị truyền động khí nén phổ biến nhất gồm một piston và thanh di chuyển bên trong hình trụ kín Loại thiết bị này được phân thành hai loại chính dựa trên nguyên lý hoạt động: diển xuất đơn và tác động kép.
Phải đảm bảo nguồn khí cấp cho xilanh sạch không chứa tạp chất [6]
3.1.4 Ưu nhược điể m củ a xilanh khí nén Ưu điểm:
- Xi lanh khí nén sử dụng khí nén để hoạt động nên không gây ô nhiễm môi trườ ng.
- Bên cạnh đó xilanh khí nén có khả năng tác động vớ i vận tốc 10 m/s, nhanh hơn hẳn các thiết bị khác.
- Không những thế, nguồn khí nén của xilanh khá thuận tiện khi đượ c lấy từ ngoài không khí và tích trữ trong bình.
- Khi sử dụng xi lanh, việc lắp đặt cũng khá đôn giản và linh hoạt, không giớ i hạn về khoảng cách.
Tại các nhà máy và xí nghiệp, hệ thống đường ống và máy nén khí thường có sẵn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt thiết bị xilanh Tuy nhiên, điều này cũng tồn tại một số nhược điểm.
- Áp suất thông thườ ng thì xilanh chỉ có thể tạo ra đủ lực để nâng xe ô tô.
- Việc điều khiển xilanh cũng không đạt độ chính xác cao do không khí chịu nén khôngổnđịnh.
Động cơ
3.2.1 Động cơ điệ n mộ t chiều
3.2.1.1 Khái niệm Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ học Hầu hết động cơ điện họa động theo hiệuứng điện từ [7]
Stator của động cơ điện một chiều thường bao gồm một hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện Rotor được quấn các cuộn dây và kết nối với nguồn điện một chiều Một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ chuyển đổi chiều dòng điện trong quá trình rotor quay liên tục Bộ phận này thường bao gồm một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
3.2.2.1 Khái niệm Độngcơ bướ c là một loại động cơ đồng bộ, có khả năng biếnđổi các tín hiệu điều khiển của máy móc dướ i dạng các xung điện rờ i rạc đượ c phát ra kế tiếp nhau, tạo thành các chuyển động góc quay Đôi khi chính là các chuyển động của rôto, giúp cho ngườ i dùng cố định roto của máy vào trong các vị trí cần thiết
Động cơ bước là một loại động cơ cho phép điều chỉnh tần số góc quay Khi góc bước nhỏ, số bước trên mỗi vòng quay tăng lên, dẫn đến độ chính xác cao hơn trong việc xác định vị trí.
Góc bướm của động cơ có thể dao động từ 0,72 độ đến tối đa 90 độ Tuy nhiên, những góc bướm thường được sử dụng phổ biến nhất là 1,8 độ, 2,5 độ, 7,5 độ và 15 độ.
3.2.2.2 Cấu tạo động cơ bướ c
Cấu tạo của động cơ bướ c gồm: Rotor và Stato [3]
Rotor là một tập hợp các lá nam châm vĩnh cửu được sắp xếp chồng lên nhau một cách tỉ mỉ Mỗi lá nam châm được chia thành các cặp cực đối xứng, tạo nên cấu trúc hiệu quả cho rotor.
- Stato được cấu tạo bằng sắt từ, chúng được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây.
Hình 3.5: C ấ u t ạo động cơ bướ c
Động cơ bước hoạt động theo nguyên lý quay từng bước một, mang lại độ chính xác cao trong điều khiển Nguyên lý này khác biệt so với các động cơ thông thường, nhờ vào việc sử dụng các bộ chuyển mạch điện tử Các mạch điện tử này truyền tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự nhất định và với tần số cố định, giúp điều khiển chính xác chuyển động của động cơ.
Tổng số góc quay của rotor phụ thuộc vào số lần chuyển mạch của động cơ Chiều quay và tốc độ của rotor cũng bị ảnh hưởng bởi thứ tự và tần số chuyển đổi.
Hình 3.6: Động cơ bướ c làm vi ệ c nh ờ vào ho ạt độ ng các b ộ chuy ể n m ạch điệ n t ử
Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bướ c [3] đượ c sử dụng phổ biến nhất, đó là:
Điều khiển động cơ bước dạng sóng là phương pháp cấp xung cho bộ điều khiển, đảm bảo hoạt động theo thứ tự nhất định cho từng cuộn dây pha.
Điều khiển động cơ bước theo phương pháp Full step là cách cấp xung đồng thời cho cả hai cuộn dây pha được sắp xếp liên tiếp.
Điều khiển động cơ nửa bước (Half step) là phương pháp kết hợp giữa điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động cơ bước đủ Phương pháp này giúp giảm giá trị góc bước xuống dưới 2 lần và tăng số bước của động cơ lên gấp đôi so với điều khiển bằng động cơ bước đủ Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này đòi hỏi một bộ phát xung điều khiển rất phức tạp.
Điều khiển động cơ vi bước (Microstep) là một phương pháp hiện đại trong việc điều khiển động cơ bước, cho phép động cơ dừng lại và định vị chính xác tại vị trí nửa bước giữa hai bước đầy đủ.
3.2.2.4 Ưu nhược điểm của động cơ bước Ưu điểm:
- Step Motor có ưu điểm đầu tiên là khả năng cung cấp mô men xoắn cực lớn, đặc biệt là ở dải vận tốc thấp và vận tốc trung bình
Động cơ bước hiện nay được ưa chuộng trên thị trường nhờ vào độ bền cao và giá thành hợp lý, tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua bán và trao đổi Hơn nữa, việc thay thế động cơ bước trong quy trình sản xuất cũng diễn ra một cách dễ dàng.
- Motor Stephay xảy ra các hiện tượng khó chịu, chẳng hạn như bị trượt bước.
Lý do được biết đến đó là vì lực từ yếu hay đôi khi còn do nguồn điện cấp vào động cơ không đủ
Trong quá trình hoạt động, động cơ Step Motor có thể phát ra tiếng ồn lớn và nóng lên Tuy nhiên, các động cơ Step Motor thế hệ mới đã cải thiện đáng kể về độ ồn và hiện tượng nóng, mang lại hiệu suất hoạt động tốt hơn.
- Không nên sử dụng động cơ Step Motor cho các thiết bị máy móc đòi hỏi tốc độ cao [3]
Van điện từ
Van điện từ có tên tiếng anh là Solenoid valve, vận hành nhờ vào việc cung cấp điện năng có thể12V, 24V, hoặc110V, 220V… [8]
3 3.2 Cấu tạo van điện từ
Cấu tạo của van điện từ được phân chia thành 2 phần:
Thân van được chế tạo từ inox, thép và đồng nguyên chất, bao gồm các cửa van và vị trí làm việc Đầu điện có vỏ bọc nhựa an toàn, bên trong là cuộn dây đồng được quấn chặt Chức năng chính của đầu điện là tạo ra từ trường và lực từ, truyền tải đến thân van thông qua lõi.
Van khí nén: Loại van này khác biệt khi sử dụng chính áp suất và lượng khí nén để điều khiển hoạt động đóng mở cửa van [8]
3.3.3Ưu điểm của van điện từ Ưu điểm của van điện từ khí nénđó là: [8]
- Đa dạng và đầy đủ các kích thước, kiểu dáng, mẫu mã và chất liệu phù hợp với hầu hết các hệ thống khí ở Việt Nam
- Chất liệu tốt giúp van tăng tuổi thọ nhất là khi làm việc trong những môi trường có tính ăn mòn, oxi hóa mạnh
- Độ tin cậy khi làm việc cao, đáp ứng nhu cầu vận hành với tần suất lớn
- Đóng mở van nhanh chóng khi có điện năng, thời gian trung bình từ 1-3s.
- Dòng lưu chất là khí nén đã giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ cháy nổ và ô nhiễm môi trường
- Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn nên dễ dàng cho việc lắp đặt, di chuyển, vận hành cũng như vệ sinh, kiểm tra
- Giá thành của các van khí nén không cao, phù hợp với khả năng tài chính của khách hàng.
Van đảo chiều khí nén 5/2 được sử dụng để điều khiển xi lanh kép và động cơ khí nén Tên gọi của van phản ánh thông số cơ bản của nó, với 5 cửa kết nối.
1 vào cónhiệm vụ cấp khí, 2 cửa xả dùng để xả khí nén ra bên ngoài, 2 cửa ra và 2 trạng thái làm việc [8]
Tương tự như với các van khác, van 5/2 cũng được làm từ các chất liệu thép, inox, đồng…
3.3.4.2 Nguyên lý hoạt động của van 5/2
Khi van điện từ khí nén 5/2 được cấp nguồn điện 12V, 24V, 110V hoặc 220V, cuộn coil sẽ tạo ra từ trường, sinh ra lực từ Lực này vượt qua lực lò xo, kéo lõi van và mở các cửa van, chuyển đổi trạng thái.
Trong trạng thái bình thường, cửa cấp khí và cửa xả kết nối với cửa ra, trong khi một cửa xả bị chặn Khi có điện, cửa khí vào và cửa khí ra thông với nhau, đồng thời cửa ra và cửa xả cũng kết nối, trong khi cửa xả còn lại vẫn bị chặn.
Rơle
Rơle là công tắc điện giúp chuyển đổi và điều khiển dòng điện lớn mà các mạch điều khiển không thể can thiệp trực tiếp Thiết bị này thường được sử dụng để đóng cắt dòng điện cao, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong các hệ thống điện.
Thiết bị rơle hoạt động với hai trạng thái chính là ON và OFF, tùy thuộc vào việc có dòng điện chạy qua hay không Ngoài ra, rơle cũng có đa dạng về hình dáng, kích thước và chân cắm.
3.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle
Rơle có cấu tạo từ các phần cơ bản như: nam châm điện (1), cần dẫn động (2) và các ngõ vào ra (3).
Khi dòng điện đi qua cuộn dây nam châm điện, cơ năng sẽ chuyển đổi mạch từ trạng thái đóng sang mở Các thanh chuyển mạch có thể được trang bị lẫy lò xo để đảm bảo quá trình đóng cắt diễn ra một cách dứt khoát.
Hình 3.9: Cấu tạo của rơle
Khi dòng điện chạy qua rơle, nó kích hoạt cuộn dây bên trong, tạo ra một từ trường hút Từ trường này tác động lên đòn bẩy, dẫn đến việc đóng hoặc mở các tiếp điểm điện, từ đó thay đổi trạng thái của rơle Số lượng tiếp điểm điện thay đổi có thể là một hoặc nhiều, tùy thuộc vào thiết kế của rơle.
Rơle hoạt động với hai mạch độc lập: một mạch điều khiển cuộn dây để xác định trạng thái ON hoặc OFF, và một mạch kiểm soát dòng điện đi qua rơle dựa vào trạng thái đó Trên rơle có ba ký hiệu quan trọng: NO (Normally Open), NC (Normally Closed) và COM (Common).
COM là chân chung, luôn kết nối với một trong hai chân còn lại Việc nó kết nối với chân nào phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơle.
- NC: Nghĩa là bình thường nó đóng Nghĩa là khi rơle ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này
- NO:Khi rơle ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này
Khi rơle ở trạng thái OFF, hãy kết nối COM và NC để có dòng điện cần điều khiển Ngược lại, khi rơle ON, dòng điện sẽ bị ngắt, vì vậy bạn nên nối COM và NO.
Hình 3.10 : Nguyên lý hoạt động của rơle
Cảm biến vật c ản h ồng ngo ại
Cảm biến vật cản hồng ngoại (IR Sensor) hay còn gọi là Passive Infrared (PIR), là thiết bị điện tử có khả năng phát hiện và đo bức xạ hồng ngoại từ môi trường xung quanh Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý hồng ngoại thụ động, giúp nhận diện sự chuyển động của các vật thể trong phạm vi cảm biến.
Hình 3.11: C ả m bi ế n v ậ t c ả n h ồ ng ngo ạ i chuyên d ụ ng dòng E3F-DS30C4
Cảm biến hồng ngoại phát ra tia vô hình mà mắt người không thể nhìn thấy, do bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến Mọi vật thể phát ra nhiệt đều tạo ra bức xạ hồng ngoại.
Hiện nay, cảm biến hồng ngoại gồm có 2 loại là cảm biến chủ động và cảm biến thụ động Cụ thể:
Cảm biến hồng ngoại chủ động bao gồm hai thành phần chính là máy thu và diode phát sáng (LED) Khi có vật thể tiếp cận, ánh sáng hồng ngoại từ LED sẽ phản xạ lại, giúp máy thu phát hiện sự hiện diện của vật thể Do đó, cảm biến hồng ngoại chủ động thường được sử dụng như một cảm biến tiệm cận, đặc biệt trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật, chẳng hạn như trong các robot.
Cảm biến hồng ngoại thụ động là thiết bị chỉ nhận tia hồng ngoại từ các vật thể khác như người, động vật hoặc nguồn nhiệt mà không tự phát ra tia hồng ngoại Sau khi phát hiện nguồn nhiệt, cảm biến sẽ phân tích để xác định điều kiện báo động Do đó, nó được gọi là cảm biến thụ động vì chỉ có khả năng phát hiện mà không tạo ra tia hồng ngoại.
3.5.2 N guyên lý cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng đặc biệt để nhận diện bước sóng trong phổ hồng ngoại (IR) Bằng cách sử dụng đèn LED phát ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến, bạn có thể quan sát cường độ ánh sáng khi nó được cảm nhận.
Khi một vật cản ở gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED sẽ phản chiếu từ vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng Hiện tượng này có thể gây ra sự thay đổi lớn về cường độ ánh sáng, và điều này có thể được phát hiện thông qua việc sử dụng một ngưỡng nhất định.
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý m ạ ch thu phát c ả m bi ế n v ậ t c ả n h ồ ng ngo ạ i
Hệ th ống khí nén
Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến, đặc biệt là trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ hoặc hoạt động trong môi trường độc hại Chúng thường được sử dụng trong lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, cũng như trong các quy trình phân loại và đóng gói sản phẩm trong dây chuyền sản xuất tự động, cùng với các ứng dụng trong ngành gia công cơ khí.
3.6.1Ưu nhược điểm cơ bản: Ưu điểm:
Không khí có tính chất đàn hồi, cho phép nó được nén và lưu trữ trong bình chứa với áp suất cao, hoạt động như một kho chứa năng lượng hiệu quả.
Khí nén có khả năng truyền tải hiệu quả qua hệ thống đường ống với tổn thất tối thiểu Sau khi thực hiện công cơ học, khí nén có thể được thải ra ngoài mà không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường.
- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin cậy và chínhxác.
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả.
Công suất truyền động khí nén thường không lớn, và khi nhu cầu công suất cao, chi phí cho hệ thống truyền động khí nén có thể gấp 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất Tuy nhiên, ưu điểm của truyền động khí nén là kích thước và trọng lượng chỉ bằng 30% so với hệ thống truyền động điện.
Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền động thường biến động do tính đàn hồi lớn của khí nén Điều này dẫn đến khó khăn trong việc duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều.
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn
3.6.2Cấu trúc của hệ thống khí nén (The structure of Pneumatic Systems)
Thường bao gồm các khối thiết bị sau:
- Trạm nguồn: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén (lọc bụi, lọc hơi nước, sấykhô )
- Khối điều khiển: 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: Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút
3.6.3Các phần tử của hệ thống khí nén:
Trong công nghiệp, việc xây dựng trạm khí nén là cần thiết để phục vụ sản xuất với các mục đích khác nhau Để hệ thống khí nén hoạt động bền vững và tin cậy, nguồn khí nén cần được duy trì ổn định về áp suất và được bôi trơn đúng cách cho các phần tử điều khiển và cơ cấu chấp hành Do đó, cần trang bị các thiết bị như máy nén khí có thể tích hành trình không đổi, bình tích áp, bộ lọc hơi nước, bộ tra dầu và van điều chỉnh áp suất có cửa tràn.
Thiết bị xử lý khí nén bao gồm các thiết bị sấy khô sử dụng quá trình hóa học, bộ lọc và các thiết bị sấy khô dựa trên quá trình vật lý, cùng với bộ điều hòa phục vụ cho việc tối ưu hóa chất lượng khí nén.
Phân phối khí nén: Thường gồm một hệ thống các ống dẫn để phân phối khí nén tới nơi yêu cầu
Các cơ cấu chấp hành: Có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐIỀU KHIỂN
Thiết kế h ệ thống cơ khí
4.1.1 Thông số đầu vào hệ thố ng
- Khối lượ ng sản phẩm:
- Thông s ố lon hình tr ụ: chiều cao ℎ3,55 và đườ ng kính
4.1.2 Số vòng quay trục băng tải
- Khoảng cách giữa 2 sản phẩm là%0
⇒Trên băng tải có tối đa 3 sản phẩm tại một thờ iđiểm bất kì.
- Trọng lượ ng lớ n nhất trên băng tải:
Để đạt được năng suất 10 sản phẩm mỗi phút, thời gian hoàn thành sản phẩm đầu tiên là 6,4 giây, trong khi các sản phẩm tiếp theo cách nhau 3,2 giây.
- Từ đó ta có vận tốc băng tải:
- Đườ ng kính Rulor: 60x220 (mm)
- Ta có chu vi Rulor:=.=.0,06=0,1885
⇒Số vòng quay tại trục Rulor = ậ ố ă ả ℎ ụ = 4,5 0,1885$ /ℎ
- Trọng lượng riêng băng tải:=1,4 /
- Hệ số ma sỏt giữa Rulor và băng tải à=0.3
- Tính lực căng băng tải: [1]
- Băng tải muốn chuyển động đượ c thì lực vòng tạo ra do ma sát giữa băng tải và rulor phải thoản mãn điều kiện:
- Ta xác định mqua ma sát do lực ly tâm gây ra)ối liên hệ gưa lực căng băng tải ban đầu v ớ i l ực vòng (b ỏ
+ à hệ số ma sỏt giữa băng tải và rulor: à =0.3
- Chonlực căng băng tải ban đầu là: '
- Tỉ số truyền bộ truyền đai:
- Chọn m theo giá trị tiêu chuẩn [3] : m =3
- Ta chọn số răng của bánh đai theo tiêu chuẩn: P
- Chiều rộng bánh đai theo tiêu chuẩn: b (mm)
- Số răngcủa bánh đai nhỏ: ă
- Số răngcủa bánh răng lớ n: = 2@ ă
⇒ Ch ọn @0 theo tiêu chuẩn [2]
4.1.5 Gối đỡ trụ c Đỡ trục Rulor sử dụng gối đỡ vòng bi trục ngang [2]
Hình 4.1: Các kích thướ c và lo ạ i g ối đỡ tr ụ c
Thông số gối đỡ trục
- Khoảng cách 2 lỗ ốc: 53 (mm)
4.1.6 T ính đố i trọng kéo băng tải
Sử dụng cơ cấu căng băng tải dùng vít tải
Hình 4.2: Cơ cấu căng băng tả i tr ụ c vít
- Hiệu suất chung của hệ thống: = đ =0,93
- Công suất cần thiết của động cơ:
⇒ Ta chọn độngcơ: Dayton Miniature Parallel Shaft Gear Motor 48 Rpm 24 VDC
Hình 4.3: Động cơ băng tả i
- Thông số máy bớm nướ c
+Lưu lượ ng: 5 (lít/phút)
+Lượng nướ c cần bơm sơ bộ là: %0÷300=0,25 ÷0,3 í
⇒ Th ờ i gian c ấp nướ c mu ối:
4.1.9 Xilanh đẩy nắp và đóng nắp
=0,3.m.g (với hệ số ma sát m =0,3) [4]
- Chọn áp suất làm việc =1 (bar) = 10 / ); n =0,5
- Ta tính được đường kính xilanh:
➔ Chọn đường kính D theo tiêu chuẩn D = 20 (mm) [4]
- Tính đường kính trục piston
- Chọn hành trình của piston S 0 (mm)
- Chất liệu: Hợ p kim nhôm
- Áp suất hoạt động: 0,15÷1 (Mpa)
- Áp suất khí nén đo đượ cở đầu vào xilanh:=8 =0,8
- Tiết diện xilanh phía khí nén đi vào có đườ ng kính:%
- Áp suất đầu vào: 8 (bar)
- Chọn hành trình của piston: S P (mm) [4]
Thiết kế h ệ thống điều khiển
4.2.1 Xây d ự ng biểu đồ trạ ng thái hoạt độ ng
4.2.2 Sơ đồ nố i dây PLC S7-1200
4.2.3 C hương trình điều khiể n PLC S7 - 1200 Đoạn chương trình khởi động Đoạn chương trình điều khiển động cơ băng tải(động cơ 1) Đoạn chương trình điều khiển động cơcấp chanh (động cơ 2) Đoạn chương trình điều khiển động cơ bơm (động cơ 3) Đoạn chương trình điều khiển van điện từ cho 2 xi lanh
Các đoạn chương trình điều khiển đèn và còi báo Đoạn chương trình điều khiển đèn nút nhấn S0
Hình 4.5: Hì nh chi ếu đứ ng mô hình 3D
Hình 4.6: Hì nh chi ế u b ằ ng mô hình 3D
Hình 4 7: Hình chi ế u c ạ nh và hình chi ế u tr ục đo mô hình 3D