Kiểm tra khuyết tật chai Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường dùngcác hệ thống máy hiện đại, hiện nay có không ít các nhà cung cấp thiết bị để thựchiện qu
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Phạm vi áp dụng
Cơ sở sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai hoặc nước khoáng, hoặc các loại nước uống không ga khác
Chai nước sử dụng: Loại chai PET có dung tích từ 250ml đến 2250ml
Yêu cầu thiết kế
Nguồn nước tinh khiết đạt tiêu chuẩn nước uống TCVN 6096:2004 với áp suất trung bình không vượt quá 10kg/cm² Để duy trì áp lực nước phù hợp trong quá trình vận hành, cần sử dụng công tác áp suất hoặc biến tần Hệ thống điện áp sử dụng là 1 pha 220V, 50Hz hoặc 3 pha 380V, 50Hz.
Dòng tải: tùy theo công suất bơm sử dụng và các thiết bị ngoại vi khác, thông thường không nhỏ hơn 5A.
Các biện pháp an toàn điện bao gồm hệ thống ELCB chống giật và các thiết bị điện đạt chuẩn CE, cùng với nút tắt khẩn cấp khi có sự cố Khung sườn thiết bị được chế tạo từ thép không gỉ SS304 hoặc SS316, đảm bảo khả năng chịu lực rung lớn Ống dẫn nước được làm từ PVC hoặc thép không gỉ 304, chịu áp lực cao, đảm bảo an toàn vệ sinh, không bị đóng cặn, gỉ sét và ngăn ngừa sự phát triển của nấm mốc vi sinh.
Các thiết bị lọc nước: vật tư, thiết bị lọc nước đạt chuẩn NSF.
Hình 1.1: Máy đóng chai PET 3 trong 1.
Các chức năng chính của hệ thống
Hệ thống kết hợp 3 máy xúc rửa, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây chuyền thống nhất.
Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống bao gổm 3 máy rời rạc: xúc rửa, chiết rót, đóng nắp, nối liền với nhau thành 1 hệ thống xuyên suốt.
Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens đảm nhận vai trò điều khiển toàn bộ hệ thống xúc rửa, chiết rót và đóng nắp Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động thông qua các đèn LED màu xanh Khi xảy ra sự cố, hệ thống sẽ tự động ngắt điện và phát ra tín hiệu âm thanh bíp bíp Chương trình trong PLC này còn tích hợp nhiều chức năng vượt trội hơn so với hệ thống tiêu chuẩn.
Khung sườn của hệ thống được chế tạo từ thép không gỉ, đảm bảo độ bền và an toàn Động cơ xoay vòng sử dụng công nghệ Đức, giúp vận chuyển tự động các chai PET trên băng chuyền liên tục vào hệ thống chiết rót và xúc rửa Hệ thống ống dẫn nước được làm bằng Inox, góp phần nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong quá trình vận hành.
2 chế độ hoạt động Auto / Manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt động của các chức năng.
Nguyên lý hoạt động
Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
Băng chuyền tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống rửa, nơi các chai sẽ di chuyển theo vòng và được định vị chính xác dưới vòi nước Nước rửa được phun ra với áp lực mạnh nhằm đảm bảo làm sạch hiệu quả các chai PET nhờ vào bơm được thiết kế sẵn trong máy.
Sau khi được rửa sạch, chai PET sẽ được chuyển đến vị trí chiết rót, nơi các cánh tay đòn giữ chặt cổ chai để ngăn ngừa đổ vỡ trong quá trình rót Các chai sẽ liên tục xoay vòng trên băng chuyền chiết rót, trong khi máy bơm nước tự động chiết rót vào bình với thể tích có thể điều chỉnh theo nhu cầu.
Khi bình chứa đầy nước, nó sẽ được chuyển đến vị trí đóng nắp Nắp bình chứa sau đó được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào đầu chai PET.
Các tay đòn sẽ siết nắp chặt
Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngoài.
Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có).
Hình 1.2: Dây chuyền sản xuất nước đóng chai.
Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính, tôi sẽ tập trung nghiên cứu các thiết bị phần điện tự động Mô hình mô phỏng sẽ có một số điểm khác biệt so với hệ thống thực tế nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mô phỏng Cụ thể, dây chuyền mô phỏng sẽ bao gồm các khâu chính.
- Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.
Các công nghệ trên dây chuyền chiết, đóng nắp, đóng thùng
1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường dùng các hệ thống máy hiện đại, hiện nay có không ít các nhà cung cấp thiết bị để thực hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãng PRESSCO TECHNOLOGY INC là nhà cung cấp dòng sản phẩm INTELLISPEC mã CP500 thực hiện quá trình kiểm tra và phân loại và loại bỏ chai bị hỏng không đủ yêu cầu chất lượng như:
- Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong quá trình vận chuyển.
Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500 được trang bị hai camera nội bộ và kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng do nhà cung cấp cung cấp Máy còn có bộ nguồn UPS hoạt động song song với nguồn điện, cho phép duy trì hoạt động trong một thời gian sau khi mất điện.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bao gồm việc sử dụng camera để chụp và phân tích hình ảnh từng chai, sau đó gửi tín hiệu về máy tính để xử lý bằng phần mềm chuyên dụng Phần mềm này được cài đặt với độ nhạy tùy chỉnh theo yêu cầu của sản phẩm và loại chai, giúp loại bỏ (Reject) các sản phẩm không đạt tiêu chuẩn Tốc độ chụp của camera cũng là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Hình 1.3: Các loại chai có thể nhận diện bằng máy CP500 và hình chụp của máy.
Hình 1.4: Máy kiểm tra khuyết tật
1.5.2 Chiết rót nước vào chai
Hiện nay, có nhiều công nghệ chiết nước vào chai với các phương pháp khác nhau tùy thuộc vào loại chất lỏng như nước có gaz, nước không gaz và chất lỏng dạng cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là quá trình chiết rót một thể tích nhất định vào chai, bình, hoặc lọ Việc sử dụng máy định lượng lỏng ngày càng phổ biến trong ngành sản xuất thực phẩm, giúp cải thiện điều kiện vệ sinh, nâng cao năng suất và đảm bảo độ chính xác trong việc định lượng sản phẩm Các phương pháp định lượng chủ yếu bao gồm
- Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai.
Định lượng chất lỏng bằng cách chiết tới mức cố định được thực hiện bằng cách chiết đầy chai và sau đó loại bỏ một khối thể tích nhất định, dẫn đến mức lỏng trong chai giảm đều nhau, bất kể kích thước chai có giống nhau hay không Phương pháp này cũng sử dụng ống thông hơi để dừng quá trình chiết khi chất lỏng ngập miệng ống Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này không cao, phụ thuộc vào sự đồng đều của các chai.
Định lượng chất lỏng bằng cách chiết theo thời gian là phương pháp cho phép chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định, giả định rằng thể tích chất lỏng chảy là không đổi Phương pháp này thường được áp dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp và không yêu cầu độ chính xác cao trong việc định lượng.
Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:
Phương pháp rót áp suất thường cho phép chất lỏng tự chảy vào chai nhờ chênh lệch độ cao thủy tĩnh Với tốc độ chảy chậm, phương pháp này chỉ phù hợp cho các chất lỏng có độ nhớt thấp.
Phương pháp rót chân không là kỹ thuật kết nối chai với hệ thống hút chân không, giúp chất lỏng chảy vào chai nhờ sự chênh lệch áp suất giữa thùng chứa và áp suất trong chai Ngoài ra, lượng chất lỏng chảy vào chai thường được điều chỉnh bằng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy.
Phương pháp rót đẳng áp được sử dụng cho các sản phẩm có gas như bia và nước ngọt Trong quá trình rót, áp suất trong chai được duy trì cao hơn áp suất khí quyển để ngăn chặn sự thoát khí CO2 khỏi chất lỏng Thông qua phương pháp này, khí CO2 được nạp vào chai cho đến khi áp suất trong chai đạt mức tương đương với áp suất trong bình chứa, sau đó sản phẩm sẽ được rót vào chai nhờ vào chênh lệch độ cao.
Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng bao gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu được thiết kế để chiết cho một chai riêng biệt Các cơ cấu này có thể được sắp xếp thẳng hàng để hoạt động đồng thời, như trong máy chiết có cơ cấu chiết thẳng, hoặc được bố trí trên bàn quay để làm việc tuần tự, như trong máy chiết bàn quay.
Hình 1.5: Máy chiết bàn quay.
Máy đóng nắp chai là thiết bị quan trọng trong ngành sản xuất đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp Nó có khả năng đóng kín các loại chai thủy tinh và nhựa, đảm bảo chất lỏng bên trong không bị rò rỉ và được niêm phong an toàn.
Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn và được xếp đúng chiều Chai nước sau đó được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt động Sau khi hoàn thành quá trình dập nắp, chai sẽ được chuyển tới bộ phận vặn nắp để đảm bảo tất cả các nắp được đóng kín.
Hình 1.6: Máy chiết rót và đóng nắp chai bàn xoay.
1.5.4 Cảm biến trong các dây chuyền chiết rót
Cảm biến vị trí đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí sản phẩm tại từng khâu Khi phát hiện sản phẩm, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển để thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết Để theo dõi vị trí và chuyển động của sản phẩm, chúng ta sử dụng cảm biến quang điện.
Cảm biến quang điện bao gồm một nguồn phát quang, thường là LED hoặc Laser, và một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transistor quang Nguồn phát quang phát ra ánh sáng có thể nhìn thấy hoặc không nhìn thấy, tùy thuộc vào bước sóng Bộ thu và phát được bố trí sao cho vật cần nhận diện có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng Ánh sáng từ LED được hội tụ qua thấu kính và tác động lên transistor thu quang Khi có vật che chắn, chùm tia ánh sáng sẽ không tới bộ thu Để loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng không mong muốn, cảm biến sử dụng mạch dao động, giúp tăng cường khả năng thu phát và giảm tiêu thụ công suất.
Trên thị trường hiện nay, có ba loại cảm biến quang điện chính: cảm biến tia xuyên qua (Through-beam sensors), cảm biến phản quang (Retro-reflective sensors) và cảm biến phản xạ khuếch tán (Diffuse reflection sensor).
CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG
Động cơ điện một chiều
Mô hình sử dụng truyền động băng chuyền dây đai, không yêu cầu tải trọng lớn, nên không cần động cơ công suất cao Băng chuyền có yêu cầu khá đơn giản, phù hợp với các ứng dụng nhẹ.
- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Động cơ điện một chiều (DC) là loại động cơ hoạt động với dòng điện một chiều, thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục Đối với ứng dụng dân dụng, động cơ một chiều thường có công suất nhỏ, khoảng 20-30 W và điện áp 24 V, phù hợp với các tải nhẹ Trong ngành công nghiệp, động cơ điện một chiều được ưa chuộng nhờ khả năng cung cấp moment mở máy lớn và điều chỉnh tốc độ một cách mượt mà trong phạm vi rộng.
Hình 2.1: Một số loại động cơ trên thực tế. a) Cấu tạo động cơ điện một chiều
Hình 2.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3- Rotor 4- Cực từ.
5- Cuộn cảm 6- Stator 7- Cuộn dây phần ứng.
Thông tin chi tiết về động cơ:
- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
Rotor là phần động của máy điện, bao gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, được phủ sơn cách điện và ghép lại với nhau Mỗi phần tử của dây quấn phần động có nhiều vòng dây, với hai đầu kết nối đến hai phiến góp, tạo ra hai cạnh tác dụng trong hai rãnh dưới hai cực khác nhau.
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor.
Chổi than được làm từ than graphit, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền điện năng trong động cơ điện một chiều Các chổi này tiếp xúc chặt chẽ với cổ góp nhờ vào lò xo và giá chổi điện được gắn trên nắp máy, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của động cơ Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều dựa trên sự tương tác giữa từ trường và dòng điện, tạo ra lực quay.
Khi áp dụng điện áp một chiều vào hai chổi than, dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ tạo ra lực tác dụng lên các thanh dẫn nằm trong từ trường, khiến rotor quay Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Sau khi phần ứng quay nửa vòng, các thanh dẫn sẽ đổi chỗ nhờ phiến cổ góp, giữ cho chiều lực tác dụng không thay đổi Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ sinh ra sức điện động, được xác định theo quy tắc bàn tay phải Trong động cơ một chiều, sức điện động này ngược chiều với dòng điện, do đó còn được gọi là sức phản điện động Phân loại động cơ điện một chiều bao gồm nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc và cách thức hoạt động của chúng.
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia thành:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đặc điểm là dòng điện kích từ và từ thông không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Nguồn điện cho mạch kích từ được cung cấp riêng biệt, tách rời hoàn toàn với nguồn điện cho mạch phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ song song hoạt động với nguồn điện một chiều có công suất lớn, trong đó điện trở trong của nguồn gần như bằng không, dẫn đến điện áp nguồn không thay đổi và không phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng của động cơ Loại động cơ này cũng được xem như là kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng.
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai loại dây quấn kích từ: dây quấn song song và dây quấn nối tiếp, trong đó dây quấn song song đóng vai trò chủ yếu Để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng.
Động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt và dễ dàng, vượt trội so với các loại động cơ khác Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển của nó đơn giản hơn, đồng thời đảm bảo chất lượng điều chỉnh cao trong một dải tốc độ rộng.
Từ phương trình tính tốc độ: ω = U ư
Suy ra: để điều chỉnh ω có thể:
- Điều chỉnh Rư bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng.
- Điều chỉnh từ thông của phần ứng.
Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp
Khi mắc nối tiếp điện trở Rp vào phần ứng của động cơ, theo công thức tính tốc độ, ta thấy rằng khi Rư tăng lên, tốc độ ω sẽ giảm, dẫn đến độ dốc của đường đặc tính giảm Các đường 1 và 2 thể hiện đường đặc tính sau khi tăng Rư, trong khi đường TN là đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản và cho phép điều chỉnh liên tục với tốc độ cao Tuy nhiên, việc thêm Rp dẫn đến tổn hao tăng, gây ảnh hưởng đến tính kinh tế của quá trình.
Điều chỉnh từ thông trong động cơ điện một chiều ảnh hưởng đến moment điện từ (M¿KΦIư) và sức điện động quay (Eư ¿K Φ ω) Khi từ thông giảm, tốc độ quay của động cơ sẽ tăng lên trong giới hạn thay đổi từ thông Tuy nhiên, sự thay đổi từ thông cũng kéo theo sự biến đổi của moment và dòng điện I, khiến việc tính toán dòng điều khiển và moment tải trở nên khó khăn Do đó, phương pháp điều chỉnh từ thông ít được sử dụng trong thực tế.
Điều khiển điện áp phần ứng
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ.
Trong đó thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng.
Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phương trình: ω = U ư
Vì từ thông của động cơ không đổi, nên độ dốc của đặc tính cơ cũng giữ nguyên Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uư của hệ thống, cho thấy phương pháp điều khiển này là triệt để Đặc tính thu được khi điều khiển tạo thành một họ đường thẳng song song.
Băng chuyền
a) Giới thiệu chung về băng chuyền
Băng chuyền là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim để chuyển tải quặng và than đá, cũng như trong các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu.
Băng chuyền được sử dụng rộng rãi trong các kho bãi để vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và nhiều sản phẩm khác Trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất, băng chuyền giúp di chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn và phân xưởng, đồng thời hỗ trợ loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được Những ưu điểm của băng chuyền bao gồm tăng hiệu quả vận chuyển và giảm thiểu thời gian lao động.
Cấu tạo của sản phẩm rất đơn giản và bền bỉ, cho phép vận chuyển dễ dàng cả theo hướng nằm ngang và nằm nghiêng, hoặc kết hợp giữa hai hướng này.
Băng chuyền là một giải pháp đầu tư hiệu quả với chi phí không cao, dễ dàng tự động hóa và vận hành Thiết bị này có cấu trúc đơn giản, dễ bảo trì, hoạt động đáng tin cậy và đạt năng suất cao, đồng thời tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với các loại máy vận chuyển khác.
Hình 2.4: Cấu tạo chung của băng chuyền.
(1) – Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
(2) – Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
Trạm dẫn động có vai trò truyền chuyển động cho bộ phận kéo, đồng thời hệ thống đỡ như con lăn và giá đỡ nằm dưới bộ phận kéo giúp tạo sự trượt cho bộ phận này cùng với các yếu tố làm việc khác.
Trong thực tế, các hệ thống phân loại sản phẩm có quy mô khác nhau tùy thuộc vào mức độ phức tạp của yêu cầu Điều này dẫn đến việc băng chuyền cũng cần được thiết kế với kích thước phù hợp Nhận thấy điều đó, nhóm đồ án sẽ thiết kế và thi công một mô hình băng chuyền nhỏ, nhưng vẫn có chức năng tương tự như hệ thống thực tế, nhằm vận chuyển và phân loại sản phẩm theo kích thước đã định sẵn.
Piston xylanh đẩy/gắp sản phẩm
Piston xylanh bao gồm piston xylanh thủy lực và khí nén, là một loại động cơ dùng để chuyển đổi thế năng của dầu hoặc khí nén thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng hoặc vòng không liên tục Piston xylanh được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng, với xylanh khí nén có kết cấu đơn giản nhưng khả năng thực hiện công suất lớn và làm việc ổn định Hệ thống khí nén, mặc dù có công suất nhỏ hơn so với hệ thống thủy lực, nhưng lại có nhiều ưu điểm vượt trội.
- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
- Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi.
- Không khí dùng để nén hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
Hệ thống khí nén được thiết kế sạch sẽ, đảm bảo không có nguy cơ nhiễm bẩn ngay cả khi có sự rò rỉ không khí nén trong các ống dẫn.
Thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén có chi phí thấp, vì hầu hết các xí nghiệp và nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được thiết kế để đảm bảo an toàn, làm giảm nguy cơ trong quá trình sử dụng hệ thống truyền động khí nén Một trong những yếu tố quan trọng trong hệ thống này là việc phân loại piston xylanh, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Thông tin chi tiết về Piston a) b)
Hình 2.5: Các loại xy lanh thông dụng. a) Xylanh tác động đơn. b) Xylanh tác động kép.
Xylanh tác động đơn, hay còn gọi là xylanh tác động một chiều, hoạt động khi áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xylanh Phía còn lại của xylanh chịu tác động từ ngoại lực hoặc lò xo, giúp điều chỉnh và kiểm soát chuyển động.
Xylanh tác dụng kép, hay còn gọi là xylanh tác dụng hai chiều, cho phép áp suất khí nén được dẫn vào cả hai phía, giúp điều khiển chuyển động của xylanh vào hoặc ra tùy thuộc vào mức áp lực Việc lựa chọn piston xylanh phù hợp là rất quan trọng trong hệ thống để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Với đặc điểm của xylanh tác động nhanh và hành trình ngắn, nhóm tác giả đã lựa chọn xylanh tác dụng hai chiều cho hệ thống Sự lựa chọn này giúp hệ thống hoạt động một cách tự động và chính xác hơn.
Cấu tạo của xylanh tác động kép
Hình 2.6: Cấu tạo của piston tác dụng kép.
1 Piston 2 Đệm kín piston 3 Trục piston 4 Dẫn hướng
5 Đệm kín trục 6 Vòng chắn bụi 7 Nắp xylanh 8,13 Cửa lưu chất
9 Thân xylanh 10 Buồng trục 11 Buồng piston 12 Đế xylanh
Khi nhận tín hiệu tác động, khí được cấp vào cửa 8 của xylanh, khiến piston di chuyển vào trong Ngược lại, khi có tín hiệu tác động trở lại, khí sẽ được cấp vào cửa 13 để điều khiển piston di chuyển ra ngoài.
Em đã lựa chọn piston đẩy sản phẩm Đó là xylanh piston tác dụng kép CDM2BZ25-125A (Hình 2.7).
Hình 2.7: Hình ảnh xy lanh CDM2BZ25-125A.
Với các thông số kỹ thuật:
- Hoạt động: Tác dụng kép.
- Môi trường hoạt động: Khí nén.
- Áp suất vận hành lớn nhất: 1.0 MPa
- Áp suất vận hành nhỏ nhất: 0.05 MPa
- Nhiệt độ của khí: -10°C đến 70°C
- Vật liệu bôi trơn: Không yêu cầu
- Tốc độ piston: 50 đến 750 mm/s
- Giảm chấn: Bằng cao su.
Van đảo chiều
a) Định nghĩa van đảo chiều
Van đảo chiều khí nén là thiết bị quan trọng dùng để điều chỉnh, ngắt và đảo chiều dòng khí nén, từ đó thay đổi hướng tác động của cơ cấu chấp hành khí nén Nó đóng vai trò thiết yếu trong các mô hình hệ thống khí nén, giúp tối ưu hóa quy trình hoạt động và nâng cao hiệu suất.
Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm, nhóm đồ án sử dụng van đảo chiều 5/2.
Van 5/2 là van có 5 cửa làm việc và 2 trạng thái làm việc (Hình 2.8).
- Cửa P là cửa cung cấp nguồn năng lượng.
- Cửa A lắp với buồng trái xylanh cơ cấu chấp hành.
- Cửa B lắp với buồng bên phải của xylanh cơ cấu chấp hành
- Cửa T và cửa R là cửa xả năng lượng.
Van 5/2 có tác dụng làm đảo chiều điều khiển xylanh tác động kép.
Khi con trượt van di chuyển qua phải, cửa P thông với cửa A, cửa B thông với cửa
T Khi con trượt của van di chuyển qua trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R.
Van điện từ 5/2 sử dụng trong mô hình hệ thống
Hình 2.9: Van điện từ Airtac 4V210-08 Nhóm tác giả sử dụng Van điện từ 5/2 tác động điện Airtac 4V210-08 với các thông số kỹ thuật như sau:
- Loại van: 5 cửa 2 vị trí.
- Kích thước cửa: Cửa vào, Cửa ra: 1/4”, Cửa xả 1/8”
- Môi trường làm việc: Khí nén.
- Diện tích không gian: 16 mm 2
- Áp suất làm việc: 0.15 - 0.8 MPa.
- Nhiệt độ cho phép: -5°C đến 60°C
- Sai số điện áp cho phép: ±10%
- Công suất tiêu thụ: AC: 5.5 VA, DC: 4.8W
- Thời gian đáp ứng: 0.05 giây.
2.5 Cảm biến quang a) Định nghĩa cảm biến quang
Cảm biến quang điện (PES) là thiết bị được cấu thành từ các linh kiện quang điện Khi ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt cảm biến, các tính chất của nó sẽ thay đổi Tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua hiện tượng phát xạ điện tử tại cực catot khi có ánh sáng chiếu vào.
Hình 2.10: Cảm biến quang Hiện nay có các loại cảm biến quang như :
- Cảm biến quang thu phát.
- Cảm biến quang phản xạ gương.
- Cảm biến quang khuếch tán. b) Vai trò và ứng dụng của cảm biến quang
Cảm biến quang là thiết bị thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong tự động hóa Chúng được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt và ở khoảng cách xa.
- Xác định vị trí sản phẩm trên các băng chuyền và đếm sản phẩm.
- Phát hiện xe trong các bãi đỗ xe, rửa xe.
- Kiểm tra sản phẩm có đổ ngã hoặc có đủ bộ phận chưa.
- Ứng dụng trong các dây chuyền phát hiện và đóng nắp chai.
- Kiểm tra Robot đã được gắn linh kiện đã được lắp ráp hay chưa trong các dây chuyền lắp ráp oto. c) Cấu trúc của cảm biến quang
Cấu trúc của cảm biến quang (Hình 2.11) khá đơn giản, gồm ba thành phần chính:
Hình 2.11: Cấu trúc cảm biến quang.
Cảm biến quang hiện nay chủ yếu sử dụng LED bán dẫn, với ánh sáng phát ra theo nhịp xung đặc biệt giúp phân biệt giữa ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ nguồn khác như ánh sáng mặt trời Các loại LED phổ biến bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED laser, trong khi một số cảm biến đặc biệt sử dụng LED trắng hoặc LED xanh lá.
Bộ thu sáng thường là phototransistor, có chức năng cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay, nhiều cảm biến quang sử dụng mạch tích hợp ASIC (Application Specific Integrated Circuit), giúp tích hợp các bộ phận quang, khuếch đại và vi mạch Bộ phận thu có khả năng nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc ánh sáng phản xạ từ vật thể được phát hiện.
Mạch xử lý tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ từ tranzito quang thành tín hiệu On/Off được khuếch đại, kích hoạt khi lượng ánh sáng thu vượt ngưỡng xác định Mặc dù cảm biến thế hệ trước thường tích hợp mạch nguồn và sử dụng tiếp điểm rơ-le, hiện nay, các cảm biến chủ yếu sử dụng tín hiệu bán dẫn PNP/NPN Một số cảm biến quang còn cung cấp tín hiệu tỉ lệ để phục vụ cho việc đo đếm.
Với đề tài phân loại sản phẩm theo chiều cao, nhóm tác giả sử dụng cảm biến quang E3F-DS10C4 (Hình 2.12) để nhận biết và phân loại sản phẩm.
Hình 2.12: Cảm biến quang E3F-DS10C4. Đây là cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán: đầu ra là NPN.
Đặc điểm của cảm biến
- Gọn và tiết kiệm chỗ.
- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối cực nguồn.
- Chế độ hoạt động: ON - đèn sáng, OFF - đèn tắt.
Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật
- Thông số kỹ thuật: E3F DS10C4.
- Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 22 x 70 mm.
- Khoảng cách phát hiện: 100mm.
- Vỏ làm bằng chất liệu ABS.
- Vật thể phát hiện tiêu chuẩn: 100 x 100 mm.
- Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện.
- Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (860nm).
- Công suất tiêu thụ: Tối đa 25mA.
- Thời gian đáp ứng: Tối đa 2.5ms.
- Nhiệt độ môi trường: Hoạt động -25°C đến 55°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ) Bảo quản -30°C đến 70°C (không đóng băng hoặc ngưng tụ)
- Độ ẩm môi trường: Hoạt động 35% đến 85%, bảo quản -30% đến 95%
2.6 Rơ le trung gian a) Khái niệm chung về rơ le
Rơ le là thiết bị điện hạ áp tự động, với tín hiệu đầu ra thay đổi khi tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày.
Rơ le có nhiều loại với nguyên lý hoạt động và chức năng đa dạng, bao gồm rơ le điện tử, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, và rơ le điện từ tương tự.
Rơ le trung gian có đặc tính cơ bản là sự chuyển đổi giữa đại lượng đầu vào và đầu ra Khi đại lượng đầu vào X đạt đến giá trị tác động X2, đại lượng đầu ra Y sẽ nhảy cấp từ 0 (Ymin) lên 1 (Ymax) Ngược lại, khi X giảm xuống giá trị số nhả X1, đại lượng đầu ra sẽ nhảy cấp từ 1 trở về 0, thể hiện quá trình nhả của rơ le Bên cạnh đó, rơ le còn được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau.
Có nhiều loại rơ le với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau Do vậy có nhiều cách để phân loại rơ le:
Phân loại nguyên lý làm việc theo nhóm
Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành
- Rơ le có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
Rơ le không tiếp điểm, hay còn gọi là rơ le tĩnh, hoạt động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành trong mạch điều khiển, bao gồm điện cảm, điện dung và điện trở.
Phân loại theo đặc tính tham số vào
Phân loại theo cách mắc cơ cấu
- Rơ le sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.
- Rơ le thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.
Phân loại theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le
- Rơ le cực đại-cực tiểu.
- Rơ le so lệch. e) Rơ le trung gian
Rơ le trung gian đóng vai trò quan trọng trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và điều khiển tự động Với số lượng tiếp điểm lớn (thường đóng và thường mở), rơ le trung gian có khả năng chuyển mạch cao và công suất nuôi cuộn dây thấp Điều này giúp nó truyền và khuếch đại tín hiệu, cũng như phân phối tín hiệu từ rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau trong mạch điều khiển và bảo vệ.
Hình 2.14: Cấu tạo của rơ le trung gian.
1 Gông từ 2 Cuộn dây 3 Thép từ.
- Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:
Khi cuộn dây của rơ le nhận điện áp định mức, dòng điện sẽ tạo ra sức từ động, khiến nắp rơ le di chuyển và đóng các tiếp điểm thường mở, đồng thời mở các tiếp điểm thường đóng Khi nguồn điện bị cắt, lò xo sẽ đưa nắp và các tiếp điểm trở về vị trí ban đầu Do dòng điện qua tiếp điểm thấp, hồ quang trong quá trình chuyển mạch không đáng kể, nên không cần thiết phải có buồng dập hồ quang.
Rơ le trung gian có thiết kế nhỏ gọn với tối đa bốn cặp tiếp điểm thường đóng và thường mở liên động Công suất tiếp điểm đạt 5A, 250VAC và 28VDC, với hệ số nhả nhỏ hơn 0.4 Thời gian tác động nhanh chóng dưới 0.05 giây, cho phép tần số thao tác cao.
Hình 2.15: Rơ le OMRON MY4N-J DC24.
Trong mô hình sử dụng rơ le OMRON MY4N-J DC24 (Hình 2.15) với các thông số kỹ thuật:
- Có đèn led hiển thị.
- Điện áp cuộn dây: 24VDC
- Thời gian tác động: 20ms Max.
- Tần số hoạt động: Điện: 1800 lần/giờ, Cơ: 18000 lần/giờ.
- Tuổi thọ: AC: 50.000.000 phút, DC: 100.000.000 phút.
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là thiết bị điện điều khiển bằng tay, được sử dụng để điều khiển từ xa các thiết bị điện như công tắc điện từ, điện xoay chiều và điện một chiều hạ áp Ngoài ra, nó còn có chức năng báo hiệu và chuyển đổi các mạch điện điều khiển, cũng như tín hiệu liên động bảo vệ.
Nút nhấn là thiết bị quan trọng dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay động cơ, thông qua việc đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ và khởi động từ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của nút nhấn đóng vai trò then chốt trong việc điều khiển hoạt động của động cơ.
Nút nhấn
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là thiết bị điện điều khiển bằng tay, được sử dụng để điều khiển từ xa các khí cụ điện như công tắc điện từ, điện xoay chiều, điện một chiều hạ áp, cũng như các dụng cụ báo hiệu Nó còn có chức năng chuyển đổi các mạch điện điều khiển và tín hiệu liên động bảo vệ.
Nút nhấn là thiết bị quan trọng trong việc khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ, thông qua việc đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ và khởi động từ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nút nhấn đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong các ứng dụng công nghiệp.
Nút nhấn bao gồm hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường mở và thường đóng, cùng với vỏ bảo vệ Khi được tác động, các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái, và khi không còn tác động, chúng sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
Nút nhấn thường được lắp đặt trên bảng điều khiển, tủ điện và hộp nút ấn, với dòng điện định mức 5A và điện áp ổn định 400V Chúng có tuổi thọ điện lên đến 200.000 lần đóng cắt Nút nhấn màu đỏ thường được sử dụng để tắt máy, trong khi nút màu xanh được dùng để khởi động máy.
PLC S7-1200
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic khả trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa nhờ thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và tập lệnh mạnh mẽ Với một vi xử lý tích hợp, nguồn cung cấp sẵn và các đầu vào/ra (DI/DO), S7-1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển.
S7 – 1200 được trang bị cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP, đồng thời cho phép kết nối thông qua các module truyền thông mở rộng bằng RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step 7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Nó được tích hợp trong TIA Portal của Siemens, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong quá trình lập trình.
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau PLC S7 – 1200 có các loại sau:
Work 30 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes 100 Kbytes
Load 1 Mbyte 1 Mbyte 4 Mbyte 4 Mbyte
Retentive 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes
10 Out Kiểu tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs 2 inputs / 2 outputs Kích thước bộ đệm
Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes
Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes Module mở rộng vào ra (SM) none 2 8 8
Bộ đếm tốc độ cao
3 at 100kHz SB: 2 at 30kHz
3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz
1 at 20kHz SB: 2 at 20kHz
Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional)
Lưu trữ thời gian đồng hồ thời gian thực
Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C
(duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)
Ethernet Tốc độ thực thi phép toỏn thực 2.3 às/lệnh
Tốc độ thực thi logic
PLC có 3 loại bộ nhớ sử dụng là Load memory, Work memory và Retentive Memory:
Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống.
Work memory là bộ nhớ lúc làm việc.
System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây.
Bảng 2.2: Phân vùng bộ nhớ.
Bộ nhớ CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
THIẾT KẾ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Lập trình điều khiển PLC S7-1200
Sử dụng PLC S71200 CPU 1212 DC/DC/DC
Hình 3.1: Cấu hình phần cứng PLC
Chương trình sử dụng khối OB1 làm chương trình chính và các khối chương trình con dùng hàm chức năng FC.
Hàm chức năng FC là một khối logic với các biến In, Out, In/Out do chương trình cung cấp, cùng với biến Temp sử dụng nội bộ, nhưng không bắt buộc phải sử dụng tất cả Hàm FC không có bộ nhớ nội, dẫn đến việc dữ liệu bị mất khi ra khỏi khối, và cũng không có khối dữ liệu Instance DB như hàm chức năng FB.
3.2.3 Bảng địa chỉ đầu vào, đầu ra
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 I_Mode I0.0 Bool Switch chế độ 1 auto, 0 manu
2 I_Start I0.1 Bool Nút nhấn chạy hệ thống
3 I_Stop I0.2 Bool Nút nhấn dừng hệ thống
4 I_BT1 I0.3 Bool Bật/Tắt băng tải chai vào (Băng tải 1)
5 I_BT2 I0.4 Bool Bật/Tắt băng tải chai ra (Băng tải 2)
6 I_Pump I0.5 Bool Bật/Tắt bơm định lượng
7 I_Motor_Rotation I0.6 Bool Bật/Tắt động cơ quay trục
8 I_Motor_Cover I0.7 Bool Bật/Tắt động cơ đóng nắp chai
9 I_Xylinder_Cover I1.0 Bool Nâng/hạ xi lanh đóng nắp chai
10 I_Xylinder_Push I1.1 Bool Đóng/mở xi lanh đẩy chai
11 I_Xylinder_Updown I1.2 Bool Nâng/hạ xi lanh gắp
12 I_Xylinder_Keep I1.3 Bool Đóng/mở xi lanh kẹp chai
13 I_Xylinder_Gate I1.4 Bool Đóng/mở xi lanh cửa trượt
14 I_CB_Chai_Vao I1.5 Bool Cảm biến phát hiện chai vào
15 I_CB_Water_Low I1.6 Bool Cảm biến mức nước thấp
16 I_CB_Position I1.7 Bool Cảm biến vị trí trục quay
17 I_CB_Push I2.0 Bool Cảm biến phát hiện chai trước pinton đẩy
18 I_CB_Updown I2.1 Bool Cảm biến báo cần nâng hạ đã nâng
19 I_CB_Gate I2.2 Bool Cảm biến báo cửa trượt đã đóng
20 I_CB_Thung I2.3 Bool Cảm biến phát hiện thùng sản phẩm
21 I_CB_Cover_Up I2.4 Bool Cảm biến báo cylinder pitton đã nâng
Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 Q_lamp_Auto Q0.0 Bool Đèn chế độ auto
2 Q_lamp_Manu Q0.1 Bool Đèn chế độ manu
3 Q_Lamp_Running Q0.2 Bool Đèn báo hệ thống đang chạy
4 Q_Lamp_Stop Q0.3 Bool Đèn báo hệ thống đang dừng
5 Q_Lamp_Fault Q0.4 Bool Đèn báo lỗi hệ thống
6 Q_BT1 Q0.5 Bool Đầu ra băng tải chai vào (Băng tải 1)
7 Q_BT2 Q0.6 Bool Đầu ra băng tải chai ra (Băng tải 2)
8 Q_Pump Q0.7 Bool Đầu ra bơm định lượng
9 Q_Motor_Rotation Q1.0 Bool Đầu ra động cơ quay trục
10 Q_Motor_Cover Q1.1 Bool Đầu ra động cơ đóng nắp chai
11 Q_Xylinder_Cover Q1.2 Bool Đầu ra xi lanh đóng nắp chai
12 Q_Xylinder_Push Q1.3 Bool Đầu ra xi lanh đẩy chai
13 Q_Xylinder_Updown Q1.4 Bool Đầu ra xi lanh gắp
14 Q_Xylinder_Keep Q1.5 Bool Đầu ra xi lanh kẹp chai
15 Q_Xylinder_Gate Q1.6 Bool Đầu ra xi lanh cửa trượt
3.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada 3.3.1 Cấu hình thiết bị
Hình 3.3: Kết nối PLC với Scada
3.3.2 Thiết kế giao diện giám sát Scada
3.4.1 Mô phỏng hệ thống ở chế độ Auto
3.4.2 Mô phỏng hệ thống ở chế độ Manual
Kết quả mô phỏng
Thông qua đề tài “Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm tự động”, tôi đã mở rộng kiến thức về hệ thống chiết rót tự động, hiểu rõ cách thức vận hành và nguyên lý hoạt động của nó Đồng thời, tôi cũng đã nâng cao kỹ năng lập trình với TIA PORTAL và mô phỏng SCADA.
Em đã phát triển một hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm tự động với khả năng hoạt động ổn định và có chu trình rõ ràng, đồng thời được giám sát qua mô phỏng SCADA Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài, em nhận thấy còn nhiều thiếu sót và mong thầy cô thông cảm.