1.1.Tổng quan về hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm. Khái niệm Dây chuyền phân loại sản phẩmDây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó các bộ phận, thiết bị được thực hiện kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước.Dây chuyền phân loại sản phẩm là dây chuyền mà trong đó sản phẩm sẽ được phân ra theo từng loại riêng tùy theo yêu cầu (phân theo kích thước, khối lượng hay màu sắc…)1.1.1.Xuất phát từ thực tế.Trước kia, việc phân loại sản phẩm chủ yếu được thực hiện một cách thủ công bởi con người, bằng sự quan sát và dựa vào kinh nghiệm, rồi sau đó chọn ra sản phẩm đạt yêu cầu và loại bỏ phế phẩm, hoặc phân loại sản phẩm khác nhau. Vì vậy công việc này đòi hỏi sự tập trung cao mà lặp đi lặp lại nhiều lần nên khó đảm bảo độ chính xác và ổn định trong công việc. Nhưng giờ đây việc đó đã được thực hiện tự động hóa bởi hệ thống các thiết bị kỹ thuật chuyên dụng giúp việc phân loại sản phẩm nhanh và chính xác.Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Với việc dùng sức người, đối với các công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, thì các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.1.1.2.Các phương pháp phân loại sản phẩm nói chung:Trên thực tế có rất nhiều phương pháp phân loại sản phẩm và có khi sử dụng đan xen nhiều phương pháp lại với nhau để đạt được kết quả tốt nhất. Dưới đây là một số phương pháp phân loại sản phẩm trên thực tế và phạm vi ứng dụng của chúng.Phân loại theo kích thước: kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến quang hay hồng ngoại… để phát hiện và so sánh kích thước của sản phẩm, sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện chức năng phân loại sản phẩm theo yêu cầu. Kiểu phân loại này được sử dụng nhiều trong các nhà máy đóng chai, lọ…Ưu điểm lớn nhất của kiểu phân loại này đó là chi phí cho cảm biến là khá thấp, lắp đặt đơn giản và dễ vận hành.Phân loại theo khối lượng sản phẩm: kiểu phân loại này sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặngnhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay chưa…Cách hoạt động cũng giống như kiểu phân loại theo kích thước. Và ta có thể thấy hình thức phân loại này ở các nhà máy sản xuất ximang, phân bón hay nói chung là các nhà máy sản xuất sản phẩm dưới dạng đóng gói bao bì cần khối lượng chính xác.Phân loại theo màu sắc của sản phẩm: sử dụng các cảm biến màu ( mỗi cảm biến sẽ nhận biết 1 màu riêng biệt như: xanh, đỏ, vàng…) Cách thức hoạt động cũng giống như 2 hình thức phân loại trên.Ứng dụng của phân loại theo màu sắc chủ yếu trong công nghiệp vải lụa, sản xuất màu…Phân loại theo hình ảnh sản phẩm: điều khác biệt trong hình thức phân loại này đó là không sử dụng cảm biến mà người ta dùng camera để chụp ảnh của sản phẩm cần phân loại, sau đó đưa ảnh đó so sánh với ảnh gốc chuẩn xem sản phẩm đó thuộcloại nào. Hiện nay thì hình thức phân loại này đang được ứng dụng để phân loại gạch granit.Phân loại theo mã vạch của sản phẩm: đây là kiểu phân loại khá hiện đại, sử dụng tới máy đọc mã vạch.Nó chủ yếu được sử dụng với các sản phẩm là linh kiện máy…
Tổng quan về hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm
Xuất phát từ thực tế
Trước đây, phân loại sản phẩm chủ yếu dựa vào sự quan sát và kinh nghiệm của con người, dẫn đến việc khó đảm bảo độ chính xác và ổn định do tính chất lặp đi lặp lại của công việc Tuy nhiên, hiện nay, quy trình này đã được tự động hóa nhờ vào các thiết bị kỹ thuật chuyên dụng, giúp tăng tốc độ và độ chính xác trong việc phân loại sản phẩm.
Phân loại sản phẩm là một vấn đề quan trọng và được áp dụng rộng rãi trong thực tế hiện nay Khi sử dụng sức người cho những công việc yêu cầu sự tập trung cao và tính lặp lại, công nhân thường gặp khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác.
Các phương pháp phân loại sản phẩm nói chung
Có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm, và thường các phương pháp này được kết hợp để tối ưu hóa kết quả Dưới đây là một số phương pháp phân loại sản phẩm phổ biến và phạm vi ứng dụng của chúng.
Phân loại theo kích thước sử dụng cảm biến quang hoặc hồng ngoại để phát hiện và so sánh kích thước sản phẩm, sau đó gửi tín hiệu về PLC để thực hiện phân loại Phương pháp này thường được áp dụng trong các nhà máy đóng chai và lọ Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là chi phí cảm biến thấp, lắp đặt đơn giản và dễ vận hành.
Phân loại sản phẩm theo khối lượng là một phương pháp sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt giữa sản phẩm nặng và nhẹ, đồng thời xác định xem sản phẩm có đạt đủ khối lượng yêu cầu hay không Cách hoạt động của phương pháp này tương tự như phân loại theo kích thước Hình thức phân loại này thường được áp dụng tại các nhà máy sản xuất xi măng, phân bón và các cơ sở sản xuất sản phẩm đóng gói cần đảm bảo khối lượng chính xác.
Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cảm biến màu để nhận biết các màu riêng biệt như xanh, đỏ, vàng Phương pháp này hoạt động tương tự như hai hình thức phân loại khác Ứng dụng chính của phân loại màu sắc chủ yếu nằm trong ngành công nghiệp vải lụa và sản xuất màu.
Phân loại sản phẩm theo hình ảnh là một phương pháp sử dụng camera để chụp ảnh sản phẩm cần phân loại, sau đó so sánh với ảnh gốc chuẩn để xác định loại sản phẩm Hiện nay, phương pháp này đang được áp dụng hiệu quả trong việc phân loại gạch granit.
Phân loại sản phẩm theo mã vạch là một phương pháp hiện đại, sử dụng máy đọc mã vạch để quản lý và xác định các sản phẩm, đặc biệt là linh kiện máy Phương pháp này giúp tối ưu hóa quy trình kiểm soát hàng hóa và nâng cao hiệu quả trong việc theo dõi sản phẩm.
Các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng
Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp hiện nay, nhu cầu về năng suất lao động và chất lượng sản phẩm ngày càng cao, đặc biệt trong các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng Do đó, nhiều nhà máy và xí nghiệp đã áp dụng các dây chuyền công nghệ tiên tiến và hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.
Sau đây là một số các hệ thống máy móc, trang thiết bị được sử dụng trong sản xuất:
- Dây chuyền kiểm tra khối lượng sản phẩm trong thùng.
Hình1.1 Hệ thống kiểm tra khối lượng sản phẩm
- Định lượng vật liệu trong sản xuất xi măng.
Hình CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG 2 Hệ thống cân băng định lượng tại nhà máy xi măng
- Một số hình ảnh về dây truyền phân loại sản phẩm áp dụng trong thực tế:
Hình1.3 Phân loại trong nhà máy
Hình 1.4 Mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm
Tổng quan về Loadcell
- Loadcell là những cảm biến lực (khối lượng, mô-men xoắn, ).
Khi lực tác động lên một loadcell, thiết bị này sẽ chuyển đổi lực đó thành tín hiệu điện Loadcell, còn được gọi là "đầu dò tải" (load transducer), có khả năng biến đổi tải trọng thành tín hiệu điện, cho phép đo lường chính xác lực tác dụng.
Loadcell là một thiết bị đo lường trọng lượng, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cân điện tử, giúp hiển thị trọng lượng dưới dạng con số chính xác.
Tín hiệu điện tử ngõ ra của loadcell có thể là sự thay đổi điện áp, dòng điện, tín hiệu số hoặc tần số, tùy thuộc vào loại loadcell và mạch sử dụng Trong số đó, loadcell thay đổi điện áp là loại phổ biến nhất.
Loadcell có thể sử dụng nhiều công nghệ khác nhau như điện trở (strain gauge), điện dung và kỹ thuật bù lực điện từ Trong số đó, loadcell dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở là phổ biến nhất, vì nó đáp ứng hiệu quả với tải áp dụng Bài viết này sẽ tập trung vào loadcell sử dụng điện trở (strain gauge).
Hình 1.5 Cấu tạo cảm biến loadcell
Loadcell bao gồm hai thành phần chính: "Strain gage" và "Load" Strain gage là một điện trở có khả năng thay đổi điện trở khi bị nén hoặc kéo dãn, và nó hoạt động với nguồn điện ổn định Thành phần "Load" là một thanh kim loại đàn hồi, chịu tải và được thiết kế dựa trên thông số chịu lực của Loadcell.
Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone, trong đó giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng Do đó, tín hiệu điện áp trả về sẽ tỉ lệ với sự biến đổi này.
Hình1.6 Cầu điện trở cân bằng Wheastone
- Cầu điện trở cân bằng được cấu tạo từ các miếng cảm biết lực căng hoạt động theo nguyên lý tenzomet.
- Cấu tạo của một tenzomet.
Hình1.7 Cấu tạo biến trở lực căng
- Dây mảnh: Φ=0,02 – 0,003mm, được chế tao bằng vật liệu constantan, nicrom,hợp kim platin-iridi.
- Thanh dẫn dùng để nối với mạch đó, thông thường hình dạng dấy mảnh được gắn trên một tấm giấy mỏng hình tròn.
+ Thông thường: l0=8-15mm, khi cần kích thước nhỏ l0=2,5mm.
- Điện trở thay đổi từ 10-150Ω, khi chiều dài tác dụng không hạn chế l0 có thể dài tới 100mm Điện trở từ 800-1000Ω
Cảm biến tenzô hoạt động dựa trên hiệu ứng tenzô, trong đó một số vật liệu có điện trở thay đổi khi bị biến dạng Khi đo biến dạng ε1=∆l/l, cảm biến được gắn lên bề mặt đối tượng đo; khi đối tượng này biến dạng, tenzo cũng biến dạng theo, dẫn đến sự thay đổi điện trở ∆R/R.
Tổng quan về thiết bị logic khả trình PLC
Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) được ra đời vào năm 1968 bởi Công ty General Motors - Mỹ, nhưng còn đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người sử dụng Để cải thiện, các nhà thiết kế đã phát triển hệ thống điều khiển lập trình cầm tay vào năm 1969, đánh dấu bước tiến quan trọng trong kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này, PLC chỉ đơn giản thay thế hệ thống Relay và dây nối trong điều khiển cổ điển Qua thời gian, tiêu chuẩn mới cho hệ thống đã được hình thành, với dạng lập trình sử dụng giản đồ hình thang (The diagroom format).
Vào những năm 1970, hệ thống PLC đã được nâng cấp với khả năng vận hành các thuật toán hỗ trợ và xử lý dữ liệu cập nhật Sự phát triển của màn hình máy tính CRT đã cải thiện đáng kể giao tiếp giữa người điều khiển và hệ thống, giúp quá trình lập trình trở nên thuận tiện hơn.
Từ năm 1975 đến nay, sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm đã thúc đẩy sự tiến bộ mạnh mẽ của hệ thống PLC, với khả năng mở rộng đáng kể Hệ thống ngõ vào/ra hiện có thể lên đến 8.000 cổng, trong khi dung lượng bộ nhớ chương trình đã tăng vượt mức 128.000 từ bộ nhớ Các nhà thiết kế cũng đã phát triển kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung, nâng cao khả năng hoạt động của từng hệ thống Tốc độ xử lý được cải thiện với chu kỳ quét nhanh hơn, giúp hệ thống PLC xử lý hiệu quả các chức năng phức tạp và số lượng cổng ra/vào lớn.
Trong tương lai, hệ thống PLC sẽ không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống như Robot và Cad/Cam Các nhà thiết kế đang phát triển các loại PLC với chức năng điều khiển "thông minh," hay còn gọi là siêu PLC (super PLC), nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong công nghiệp.
PLC, viết tắt của 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 khả năng lập trình để thực hiện nhiều trình tự sự kiện, được kích hoạt bởi các ngõ vào hoặc các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì và sự kiện đếm Khi sự kiện được kích hoạt, PLC sẽ điều khiển các thiết bị vật lý bên ngoài bằng cách bật hoặc tắt chúng.
Bộ điều khiển PLC được phát triển để khắc phục nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối, như bộ điều khiển bằng Relay, với khả năng chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra theo thời gian đã lập trình.
- Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học
- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các module mở rộng.
- Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Trong hệ thống PLC, phần cứng CPU và chương trình là hai yếu tố chính đảm nhiệm quá trình điều khiển Chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC, từ đó xác định chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện Khi cần thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, chỉ cần điều chỉnh chương trình trong bộ nhớ mà không cần can thiệp vật lý, điều này giúp đơn giản hóa việc điều chỉnh so với các hệ thống sử dụng dây nối hay relay.
Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC :
Role Mạch số Máy tính PLC
Giá thành từng chức năng Khá thấp Thấp Cao Thấp
Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn
Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh
Khả năng chống nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt
Mất thời gian thiết kế và lắp đặt.
Mất thời gian để thiết kế.
Lập trình phức tạp và tốn thời gian.
Lập trình và lắp đặt đơn giản.
Khả năng điều khiển các tác vụ phức tạp.
Không có Có Có Có
Thay đổi, nâng cấp và điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản
Công tác bảo trì Kém Kém Kém Tốt
Bảng so sánh cho thấy bộ điều khiển lập trình PLC sở hữu nhiều ưu điểm về phần cứng và phần mềm, đáp ứng hầu hết các yêu cầu chỉ tiêu Hơn nữa, PLC có khả năng kết nối mạng và các thiết bị ngoại vi cao, giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn.
- Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
+ Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM ).
+ Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC
Hình CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG 8 Sơ đồ khối hệ thống PLC
Một bộ PLC hoàn chỉnh bao gồm một đơn vị lập trình, có thể là bằng tay hoặc máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản thường được trang bị đủ RAM để lưu trữ chương trình dưới dạng hoàn thiện hoặc bổ sung Đối với đơn vị lập trình xách tay, RAM thường là loại CMOS với pin dự phòng, và chương trình chỉ được truyền sang bộ nhớ PLC khi đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng Với các PLC lớn, việc lập trình thường được thực hiện trên máy tính để hỗ trợ viết, đọc và kiểm tra chương trình, và các đơn vị lập trình kết nối với PLC qua các cổng như RS232, RS422, RS458, …
- Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp
Hình CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG 9 Sơ đồ khối tổng quát CPU
1.1.5.3 Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC bằng cách đọc và kiểm tra chương trình trong bộ nhớ Sau đó, nó thực hiện từng lệnh theo thứ tự, đóng hoặc ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra này được gửi đến các thiết bị liên kết để thực thi, và tất cả các hoạt động này phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ.
- Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song :
+ Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau + Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu
+ Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Trong PLC, dữ liệu được truyền giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus có 8 đường, cho phép truyền đồng thời 8 bit của 1 byte.
Khi một module đầu vào nhận địa chỉ từ Address Bus, nó sẽ chuyển trạng thái đầu vào của mình vào Data Bus Nếu địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận dữ liệu từ Data Bus Control Bus sẽ truyền các tín hiệu điều khiển để theo dõi chu trình hoạt động của PLC.
- Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị I/O Đồng thời, CPU nhận một xung Clock với tần số từ 1 đến 8 MHz, xung này không chỉ quyết định tốc độ hoạt động của PLC mà còn cung cấp các yếu tố cần thiết về định thời và đồng hồ cho toàn bộ hệ thống.
- PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
+ Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.
+ Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh trong chương trình được lưu trữ tại một vị trí cụ thể trong bộ nhớ, với tất cả các vị trí này đều được đánh số Những số này chính là địa chỉ bộ nhớ, giúp xác định vị trí của từng lệnh trong quá trình thực thi chương trình.
Địa chỉ của từng ô nhớ được xác định bởi bộ đếm địa chỉ trong bộ vi xử lý Khi bộ vi xử lý tăng giá trị của bộ đếm này lên một, nó sẽ xử lý lệnh tiếp theo Khi có địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ được hiển thị ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Tổng quan về PLC 1200
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 cung cấp tính linh hoạt và sức mạnh cho việc điều khiển nhiều thiết bị khác nhau, đáp ứng các yêu cầu về tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh hoạt cùng với tập lệnh mạnh mẽ đã làm cho S7-1200 trở thành giải pháp lý tưởng cho nhiều ứng dụng đa dạng.
Bộ vi xử lý trong S7-1200 kết hợp với bộ nguồn tích hợp và các mạch ngõ vào, ngõ ra đã tạo nên một PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic cần thiết để giám sát và điều khiển thiết bị trong ứng dụng CPU theo dõi các ngõ vào và điều chỉnh ngõ ra dựa trên logic của chương trình, bao gồm các hoạt động như logic Boolean, đếm, định thì, phép toán phức tạp và giao tiếp với các thiết bị thông minh khác Ngoài ra, một số tính năng bảo mật được tích hợp giúp bảo vệ việc truy xuất đến CPU và chương trình điều khiển.
• Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
• Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
CPU cung cấp cổng PROFINET cho giao tiếp qua mạng PROFINET, đồng thời hỗ trợ các module truyền thông để kết nối qua các mạng RS232 và RS485.
Các loại CPU đa dạng mang đến nhiều tính năng và dung lượng khác nhau, giúp người dùng phát triển những giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Họ S7-1200 cung cấp nhiều module tín hiệu và bảng tín hiệu, giúp mở rộng dung lượng cho CPU Ngoài ra, người dùng có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau.
Xây dựng quy trình công nghệ
Nhiệm vụ thiết kế
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng.
Nội dung thực hiện: Thiết kế hệ thống điều khiển băng tải và xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống.
Hệ thống hoạt động dựa trên ba băng tải, bắt đầu với băng tải dây Belt PVC 1 để chuyển sản phẩm vào băng tải cân Dưới băng tải này có hệ thống cảm biến lực xác định trọng lượng hàng hóa Sau khi cân xong, sản phẩm được chuyển đến băng tải con lăn Tại đây, nhờ cơ cấu xylanh khí nén, các cảm biến phía sau xylanh sẽ loại bỏ các sản phẩm không đạt kích thước yêu cầu, trong khi các sản phẩm đạt tiêu chuẩn sẽ được chuyển đến bộ phận tiếp theo để xử lý.
Kết quả mong muốn là sản phẩm được phân loại chính xác, không bỏ sót bất kỳ sản phẩm nào Hệ thống cần hoạt động ổn định, thay thế hiệu quả sức lao động của con người, từ đó mang lại lợi ích kinh tế và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn.
Yêu cầu công nghệ
Hình 12: Hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng
Hình CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG.10 :
Hình ảnh minh họa băng tải cân dạng con lăn
Một nhà máy yêu cầu phân loại sản phẩm theo khối lượng với 3 mức khối lương (0,1-
Hệ thống sử dụng cảm biến LoadCell để xác định khối lượng sản phẩm, có khả năng cài đặt khối lượng cho từng vị trí từ 10 kg, 11-20 kg đến 21-30 kg.
Phần 1: Là giai đoạn cấp phôi để cho sản phẩm vào băng tải.
Khi cấp nguồn cho hệ thống, đèn nguồn sáng lên Nhấn nút Start, động cơ băng tải hoạt động, đưa sản phẩm tới vị trí sensor Tại đây, băng tải dừng lại để chờ sản phẩm được cân Sau khi cân xong, băng tải tiếp tục đưa sản phẩm tiếp theo vào cân, và quy trình này lặp lại cho đến khi nhấn nút Stop hoặc gặp sự cố.
Phần 2: Giai đoạn định lượng và phân loại sản phẩm.
Sản phẩm được đưa vào băng tải để định lượng và so sánh với khối lượng đã đặt trước Nếu khối lượng nằm trong các khoảng 0,1-10 kg, 10-20 kg, hoặc 20-30 kg, bộ đếm sản phẩm tại vị trí tương ứng sẽ tăng lên Sau đó, sản phẩm tiếp tục di chuyển trên băng tải phân loại cho đến khi cảm biến phát hiện tín hiệu, lúc này xilanh phân loại sẽ hoạt động để đẩy sản phẩm vào vị trí phù hợp.
- Nhấn nút Stop thì toàn bộ hệ thống dừng hoạt động.
Sơ đồ công nghệ hệ thống phân loại sản phẩm phân loại theo khối lượng
Từ bài toán về công nghệ ở phần 1.2.2 xây dựng được sơ đồ công nghệ như sau.
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Thiết bị khối chấp hành
2.1.1.1 Vị trí, vai trò và yêu cầu của băng tải
Băng tải là thiết bị công nghiệp chuyên dụng, được thiết kế để di chuyển vật nặng hoặc khối lượng lớn nguyên vật liệu từ vị trí này đến vị trí khác trong một khoảng cách nhất định.
+ Đối với công nghiệp và đời sống.
Băng tải đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp nặng và nhẹ, giúp giảm tải nhiều khâu trong quy trình sản xuất cho các nhà máy có lượng nguyên liệu lớn Trong lĩnh vực xây dựng, băng tải được sử dụng để vận chuyển vật liệu từ độ cao này sang độ cao khác, phù hợp với mọi địa hình Việc sử dụng băng tải không chỉ tiết kiệm sức lao động mà còn giúp các chủ thầu giảm chi phí thuê nhân công.
Trong ngành công nghiệp nhẹ như chế biến thực phẩm, sản xuất máy móc điện tử, may mặc và da giày, băng tải đóng vai trò quan trọng như một mắt xích không thể thiếu trong hệ thống sản xuất Việc sử dụng băng tải giúp nâng cao năng suất lao động của công nhân, từ đó tăng tỉ lệ sản phẩm được sản xuất và mang lại lợi nhuận lớn cho các doanh nghiệp.
Băng tải là yếu tố chính trong đề tài của chúng em, đóng vai trò quan trọng trong việc luân chuyển hàng hóa qua các giai đoạn Nó giúp quá trình phân loại diễn ra một cách chính xác, nhanh chóng và nâng cao năng suất.
Băng tải đầu tiên có nhiệm vụ chờ và vận chuyển hàng hóa đến băng tải cân thứ hai Tại băng tải này, có thể lắp đặt thêm các thiết bị cấp hàng như xi lanh đẩy hàng hóa và cảm biến để xác định vị trí hàng hóa.
Băng tải thứ hai có chức năng vận chuyển và cân hàng hóa, đồng thời có thể được trang bị các thiết bị như cảm biến, đèn báo và thiết bị hiển thị khối lượng để nâng cao hiệu quả hoạt động.
Băng tải thứ ba là hệ thống quan trọng trong việc vận chuyển hàng hóa đến các vị trí phân loại Trên băng tải này, các cơ cấu phân loại như xy lanh, cần gạt và cảm biến được gắn thêm để nâng cao hiệu quả phân loại hàng hóa.
2.1.1.2 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay.
Hệ thống băng tải PVC là giải pháp vận chuyển hàng hóa và nguyên vật liệu hiệu quả, tiết kiệm chi phí cho sản xuất ở mọi khoảng cách Thiết bị này được ứng dụng linh hoạt trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau, đặc biệt phù hợp cho các cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ cũng như các công trình thi công lớn Việc sử dụng băng tải không chỉ giúp giảm bớt sức lao động và nhân lực mà còn tiết kiệm thời gian, nâng cao hiệu quả sản xuất một cách rõ rệt.
+ Ứng dụng của băng tải PVC.
Băng tải PVC được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống, bao gồm sân bay, xử lý bưu kiện, tự động hóa bưu chính, phân phối thương mại, thiết bị thể thao và bao bì.
Tiếng ồn thấp khi hoạt động và chi phí bảo trì giảm, độ bền cao.
Phần lớn không thấm nước đối với các loại dầu mỡ và các loại hóa chất.
Loại đặc biệt cho độ bám tốt về độ nghiêng.
Chống mài mòn, không bị dãn trong quá trình làm việc.
Có thể tháo dời, cơi nới linh hoạt.
Được sử dụng rộng rãi.
- Một số loại băng tải PVC.
Băng tải PVC xanh ( Mặt trên trơn láng – mặt dưới là lớp bố dệt ) có độ dày 1mm, 2mm, 3mm, 4mm và 5mm.
Băng tải PVC trắng (Mặt trên trơn láng – mặt dưới là lớp bố dệt ) có độ dày 2mm, 3mm
Băng tải PVC xanh ( Mặt trên trơn láng – Mặt dưới PVC caro ) có độ dày 3mm và 4,5mm.
Băng tải PU trắng có độ dày 0,8mm và 1,5mm.
Độ dày thông dụng: 1mm, 2mm, 3mm, 4,5mm và 5mm.
Kết cấu: bề mặt dán gân T ( 20, 30, 40mm ) và gân K ( 6, 13, 17mm ).
Băng tải cao su là giải pháp tiết kiệm chi phí nhất trong hệ thống vận chuyển vật liệu, được cấu tạo từ hai thành phần chính.
Lõi thép là yếu tố quyết định đặc tính cơ học của sản phẩm, bao gồm độ bền kéo và độ giãn dài Hiện nay, hai loại lõi thép chủ yếu được sử dụng là lưới dệt và lưới thép.
Băng tải được cấu tạo từ hai lớp cao su, với một lớp bao phủ ở trên và một lớp bên dưới, nhằm bảo vệ lõi thép và duy trì các đặc tính của băng tải Để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, tất cả các lớp cao su này đều được khử tĩnh điện và khử ozone.
Sản phẩm có khả năng chịu đựng mọi tác động từ hóa chất ăn mòn như axit, nước và dầu hỏa Ngoài ra, chúng còn có độ bền cao khi hoạt động trong những môi trường khắc nghiệt.
+ Là băng tải có chi phí thấp nhất trong hệ thống vận chuyển vật liệu.
Hệ thống băng chuyền bằng băng tải cao su là giải pháp vận chuyển nguyên liệu tối ưu, mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội so với các hệ thống vận chuyển khác.
+ Hệ thống vận chuyển bằng băng tải cao su có thể lắp đặt ở mọi địa hình, mọi khoảng cách.
- Ứng dụng của băng tải cao su.
+ Sử dụng rộng trong các ngành công nghiệp xi măng, khai thác than đá, phân bón, khai thác đá v.v.
Hình 2.2 Băng tải chở vật liệu xây dựng
+ Sử dụng trong công nghiệp chế biến bánh kẹo, thực phẩm ăn uống.
Hình 2.3 Băng tải chở hàng
Băng tải con lăn truyền động là một loại băng tải có kích thước trung bình, thường được ứng dụng để vận chuyển các thùng hoặc bao nặng.
Hình 2.4 Băng tải con lăn
Xây dựng dựa trên mô-đun tích hợp dễ dàng với các thiết bị bao gồm: Pallet, băng tải con lăn trọng lực, chuỗi băng tải…
Hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm được rất nhiều nhân công, sức lực, chi phí và thời gian.
Thiết bị khối đo lường
- Hiện nay, có một số loại cảm biến quang như:
+ Cảm biến quang thu phát.
+ Cảm biến quang phản xạ gương.
+ Cảm biến quang khuếch tán.
- Công dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau.
Cảm biến quang là yếu tố thiết yếu trong ngành công nghiệp tự động hóa, vì chúng giúp nhận diện và xử lý thông tin một cách chính xác Thiếu cảm biến quang, quá trình tự động hóa sẽ gặp khó khăn, tương tự như việc làm việc mà không có khả năng quan sát.
2.2.1.1 Công dụng và vai trò của cảm biến quang
Cảm biến quang chủ yếu được sử dụng để phát hiện nhiều loại vật thể khác nhau, như nhận diện chai nhựa trên băng chuyền hoặc kiểm tra xem tay robot đã gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay chưa.
Cảm biến quang là yếu tố then chốt trong ngành công nghiệp tự động hóa, vì chúng giúp nhận diện và giám sát các quá trình sản xuất Sự thiếu hụt cảm biến quang sẽ gây khó khăn cho việc đạt được mức độ tự động hóa cao, giống như việc làm việc mà không có khả năng quan sát.
2.2.1.2 Lựa chọn cảm biến vị trí cho đề tài.
Đề tài của chúng em liên quan đến băng tải có độ rộng 400mm, yêu cầu đặt cảm biến ở một phía của băng tải, trong khi phía bên kia dành cho xy lanh đẩy hàng Do đó, cảm biến quang được lựa chọn cần phải là loại cảm biến khuếch tán với khoảng cách phát hiện đạt 400mm.
- Lựa chọn cảm biến quang Omzon E3F3-D32 2M
+ Khoảng cách phát hiện : 300 mm
+ Đặc tính trễ : Tối đa 20% khoảng cách phát hiện
+ Nguồn sáng ( Bước sóng) : LED hồng ngoại (860 nm)
+ Điện áp nguổn cấp : 12 tới 24 VDC ±10% kể cả xung tối đa 10% (p-p)
+ Công suất tiêu thụ: Tối đa 25 mA
+ Ngõ ra điều khiển : Ngõ ra transistor collector hở, tối đa 100 mA, điện áp dư: tối đa 1V ở 100 mA
+ Thời gian đáp ứng: Tối đa 2,5 ms
+ Điều chỉnh độ nhạy : Núm điều chỉnh 1 vòng
+ Chế độ hoạt động : Light-On
+ Mạch bảo vệ: Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra và nối ngược cực nguồn cấp DC
- Sơ đồ đấu nối và kích thước của cảm biến E3F3-D32:
Hình 2.10 Sơ đồ đấu dây cảm biến
Hình 2.11 Kích thước cảm biến E3F3
- Khi lựa chọn Loadcells thì các thông số cần phải quan tâm là
+ Chọn loại tương tự hay loại số?
+ Các thông số như mV/V là gì, tín hiệu vào ra, tầm sử dụng tải…
+ Cấu tạo Loadcell, thụ động (thuần trở) hay tích cực (bán dẫn), độ ổn định, chịu nhiệt, chịu nước, chống nhiễu
+ Kết cấu của ứng dụng, lưc tập trung, lực phân bố, tải trọng tỉnh, tải trọng động
+ Phương pháp cân: chất lỏng chất rắn, cân kiểm tra, cân định lượng, cân phân loại, cân gián tiếp liên tục (cân băng tải)
+ Thiết bị đọc tín hiệu: Indicator, PLC, Micro Controler, PC…
+ Xử lí tín hiệu: ADC, mạch lọc, mạch tích phân, chống rung, khử xung nhiễu, khử quán tínhh, ghép nhiều Loadcell, giải thuật, độ chính xác, hiệu chỉnh…
- Lựa chọn loadcell cho đề tài :
Sử dụng loadcell dạng thanh đơn điểm đặt tại 4 chân của băng tải vì thế chúng em chọn cảm biến cân MT1241 - Mettler Toledo.
Hình 2.12 Cảm biến cân MT1241
- Các thông số kỹ thuật của MT1241-100 - Mettler Toledo
Hình 2.13 Thống số kỹ thuật của cảm biến MT1241
2.2.3 Tính chọn hộp nối loadcell
Junction box đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các loadcell với bộ chỉ thị của hệ thống cân Nó giúp dễ dàng hiệu chỉnh tải trọng ở các góc và trục khác nhau của hệ thống cân, đặc biệt khi có sự sai lệch khối lượng giữa các vị trí trên băng tải.
Sau khi lựa chọn xong load cell, việc xác định loại hộp nối là rất quan trọng, có thể là loại 4 đầu hoặc 8 đầu nối tùy thuộc vào số lượng và loại load cell đã chọn Bên cạnh đó, chế độ dòng áp của load cell cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn chế độ dòng áp phù hợp cho hộp nối Một số thông số cần chú ý khi chọn hộp nối bao gồm số lượng đầu nối và chế độ dòng áp tương thích.
+ Số đầu đo của load cell phải bằng hoặc lớn hơn số load cell của cân.
+ Khả năng chỉnh góc của hộp nối.
+ Cấp bảo vệ của hộp nối (Ví dụ như IP65, IP66,…)
+ Chọn bộ hiển thị (Indicator)
+ Bộ hiển thị thông thường có hai loại:
Loại hiển thị số là thiết bị nhận tín hiệu đầu vào dạng số, thường được lựa chọn phù hợp với chủng loại của load cell.
Loại hiển thị tương tự là bộ hiển thị nhận tín hiệu đầu vào dạng tương tự, có thể lựa chọn cùng chủng loại với load cell Tuy nhiên, bộ hiển thị này cần phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Phù hợp trở kháng đầu vào giữa load cell và bộ chỉ thị.
Nguồn cấp cho load cell từ bộ chỉ thị phải phù hợp.
Độ phân giải của bộ hiển thị và mức tín hiệu đưa về từ loadcell phải phù hợp.
Mức tín hiệu từ thiết bị hiển thị được số hóa và xuất ra qua cổng RS232 hoặc RS485, sau đó thu thập qua cổng COM của máy tính Tín hiệu này đã được chuyển đổi theo từng khung dữ liệu chuẩn, đảm bảo cách ly tín hiệu giữa máy tính và các thiết bị điện tử bên ngoài bằng cách sử dụng card cách ly quang trước khi vào cổng COM Tín hiệu thu về giữ nguyên định dạng khung dữ liệu và tốc độ truyền.
- Với đề tài này, chúng em lựa chọn hộp nối loadcell junctionbox kết nối 4 loadcell 4-20mA Có các thông số :
+ Đầu vào là loadcell, và đầu ra 0 – 10V hoặc 4 – 20mA.
+ Sử dụng chuyển đổi tín hiệu cho loadcell vào PLC.
+ Sử dụng tất cả các loại loadcell.
+ Kết nối nhiều loadcell 2, 4, 6, 8 tùy cách đấu.
+ Thiết kế nhỏ, dể dàng lắp đặt.
Hình 2.15 Cấu tạo hộp nối Junction box
Lựa chọn thiết bị khối điều khiển
2.3.1 Chọn PLC S7-1200 cho đề tài.
Hình 2.16 Thiết bị vào -ra PLC
Dựa vào tổng số đầu vào và ra của hệ thống, PLC cần có đầu vào tín hiệu Analog từ cảm biến Loadcell Đồng thời, để đáp ứng sự phát triển của hệ thống trong tương lai, chúng tôi đã quyết định lựa chọn PLC S7-1200.
- S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
- S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
– 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
– 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
– 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB) – 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
– Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Lựa chọn thiết bị đóng cắt
- Là khí cụ đóng cắt điện bằng tay , tự động ngắt khi xảy ra quá tải hay ngắn mạch.
Hình 2.18 Sơ đồ tổng quan Aptomat
Hình 2.19 Nguyên lý làm việc Aptomat
- Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp
Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút
Khi mạch điện xảy ra tình trạng quá tải hoặc ngắn mạch, lực hút điện từ của nam châm điện vượt quá lực của lò xo, dẫn đến việc nam châm hút phần ứng xuống, làm bật nhả móc và thả tự do móc Hệ quả là lò xo được thả lỏng, khiến các tiếp điểm của cầu dao (CB) mở ra và ngắt mạch điện.
- Tính chọn Aptomat cho mạch điều khiển :
+ Lựa chọn Aptomat Aptomat Sino MCB 2P-10A-6KA-SC68N/C2010
- Lựa chọn rơle trung gian.
+ Trong đồ án này chúng em có sử dụng loại rơ le trung gian đó là rơle trung gian
24 VDC cấp nguồn cho van điện từ và nhận tín hiệu từ PLC từ đó điều khiển băng tải.
+ Lựa chọn rơle trung gian IDEC RU2S- D24:
Hình.11 Rơ le trung gian 1 chiều 2 cặp tiếp điểm
+ Số tiếp điểm: 4NO, 4NC.
Để cung cấp nguồn cho hệ thống van điện từ, đèn báo hiệu và rơ le trung gian, chúng tôi cần bộ chuyển đổi nguồn điện AC-DC 24V Do đó, chúng tôi đã chọn bộ đổi nguồn NES-100-24.
- Thông số kỹ thuật Bộ Nguồn 24VDC 10A:
+ Điện áp ngõ vào :220 VAC
+ Điện áp ngõ ra: 24 VDC
+ Sai số điện áp đầu ra: 1-3 %
+ Nhiệt độ làm việc :0-70 độ C
Tính chọn xy lanh và van điện từ
2.5.1 Vị trí, vai trò và yêu cầu trong đề tài.
Hệ thống khí nén được áp dụng phổ biến trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ hoặc hoạt động trong môi trường độc hại Chẳng hạn, nó 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 Ngoài ra, hệ thống này còn đóng vai trò quan trọng trong ngành gia công cơ khí và khai thác khoáng sản.
Trong bài viết này, chúng tôi áp dụng hệ thống khí nén để phân loại sản phẩm Khi sản phẩm đến vị trí cảm biến quang, cảm biến sẽ nhận diện vị trí hàng hóa và gửi tín hiệu về bộ điều khiển Bộ điều khiển sau đó sẽ kích hoạt xylanh để đẩy hàng hóa ra khỏi băng tải.
2.5.2 Tổng quan về hệ thống khí nén, các loại van và xylanh.
- Các dạng truyền động sử dụng khí nén :
Truyền động thẳng là một ưu điểm nổi bật của hệ thống khí nén nhờ vào cấu trúc đơn giản và tính linh hoạt của cơ cấu chấp hành Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gá kẹp chi tiết trong quá trình gia công, các thiết bị đột dập, cũng như trong các quy trình phân loại và đóng gói sản phẩm.
Truyền động quay là lựa chọn tối ưu trong các trường hợp yêu cầu tốc độ cao nhưng công suất thấp, mang lại sự gọn nhẹ và tiện lợi, như trong các công cụ vặn ốc vít và máy khoan mài dưới 3kW với tốc độ lên tới hàng chục nghìn vòng/phút Tuy nhiên, khi xét đến các hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống này thường cao hơn so với truyền động điện.
- Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén.
Khí nén có khả năng chịu nén, cho phép lưu trữ trong bình chứa với áp suất cao, hoạt động như một kho chứa năng lượng Trong thực tế, các trạm nguồn khí nén thường được xây dựng để phục vụ nhiều mục đích như làm sạch và truyền động cho máy móc Hệ thống đường ống giúp truyền tải khí nén đi xa với tổn thất rất nhỏ Sau khi thực hiện công việc cơ học, khí nén có thể thải ra môi trường mà không gây hại Hơn nữa, khí nén có tốc độ truyền động cao, linh hoạt và dễ dàng điều khiển với độ tin cậy và chính xác.
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 yêu cầu công suất cao, chi phí cho truyền động khí nén có thể cao gấp 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất Tuy nhiên, kích thước và trọng lượng của hệ thống khí nén chỉ bằng 30% so với truyền động điện Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền động có xu hướng biến đổi do tính đàn hồi của khí nén, dẫn đến khó khăn trong việc duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều Bên cạnh đó, dòng khí nén thải ra môi trường có thể tạo ra tiếng ồn.
Ngày nay, để tối ưu hóa khả năng ứng dụng của hệ thống khí nén, việc kết hợp linh hoạt với các hệ thống điện cơ khác trở nên phổ biến Đồng thời, các giải pháp điều khiển đa dạng như điều khiển bằng bộ điều khiển lập trình và máy tính cũng được áp dụng rộng rãi.
- 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 thiế bị xử lý khí nén…
+ 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 : Xylanh, động cơ khí nén, giác hút…
Hệ thống khí nén được phân loại thành hai dạng dựa trên nguồn năng lượng của tín hiệu điều khiển: hệ thống điều khiển bằng khí nén và hệ thống điều khiển điện – khí nén.
Hình 13 Hệ thống đeện khí nén
Hình 14 Cấu trúc hệ thống điêu khiển bằng khí nén
Hình 15 Tính toán lực xylanh
+ Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
F = P.A (N). trong đó: P là áp suất khí nén [Pa]
A là điện tích bề mặt Piston[m2]
F lực tác dụng vuông góc với bề mặt Piston [N]
Trong hình 2.23, các diện tích A1 và A2 có sự khác biệt, với A2 được tính bằng A1 trừ A3, trong đó A3 là diện tích tiết diện của cần piston Do đó, các lực tác dụng tại cùng một nguồn khối nộn với áp suất P cũng khác nhau, cụ thể là F1 = P.A1 và F2 = P.A2, dẫn đến F1 lớn hơn F2.
+ Tốc độ truyền động của xylanh.
Khi tải trọng của truyền động không đổi, tốc độ truyền động được xác định theo quan hệ: v = (m/s).
Trong kỹ thuật khí nén, tốc độ truyền động tỷ lệ thuận với lưu lượng Q khi dung tích hành trình của cơ cấu chấp hành và tải trọng không đổi Để điều tiết lưu lượng và kiểm soát tốc độ của các cơ cấu chấp hành, van tiết lưu thường được sử dụng.
2.5.3 Lựa chọn van điện từ và xylanh cho đề tài.
2.5.3.1 Lựa chọn các loại van khí.
+ Với đề tài này chúng em lựa chọn Van điện từ SY5120-5LZ01.
Hình16 Van điện từ SY5120-5LZ-01
- Các thông số kỹ thuật:
+ Kiểu van: 5 cổng- 2 vị trí.
+ Kiểu hoạt động: 2 vị trí/ cuộn điện từ đơn.
+ Dây dẫn: L ( L cắm kết nối w/chì dây ,3 m ).
+ Có đèn báo và bộ khử quá điện áp.
+ Cụm van điện từ ở đây là loại van đơn giản, nó là van 5/2(5cửa/2trạng thái) Ở các cửa ghi tên: 1; 2; 3; 4; 5 hoặc theo đúng thứ tự đó là P; B; R2; A; R1.
+ Nguồn khí nén được cấp vào cửa 1(P)
+ Nếu không cấp điện cho cuộn dây van thì: cửa 1(P) thông với cửa 2(B), cửa 4(A) thông với cửa 5(R1).
+ Khi cấp điện cho cuộn dây thì van chuyển trạng thái: cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3.
Van này được ứng dụng rộng rãi, chẳng hạn như để điều khiển xi-lanh khí nén Trong trường hợp này, hai cửa khí ở hai đầu sẽ được kết nối với cửa 2 và 4 của van Cửa 3 và 5 thường để trống và được bịt bằng cút chuyên dụng chống bụi, được gọi là các cửa xả khí dư.
- Xylanh cơ cấu phân loại sản phẩm.
+ Hành trình xylanh: Lxl = 400mm.
+ Tải trọng đáp ứng F = 300N = 30kg
+ Áp suất khí nén của máy nén thông dụng là P = 8bar = 8,1576 kgf/
+ Ta tính được đường kính Xylanh:
- Lực đẩy hay kéo của Piston( hình 1.6) gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
Trong đó: P là áp suất khí nén [Pa], Với P = 8 (pa kg/cm2)
A là điện tích bề mặt Piston[m2], A = 300/8 = 37,5
F lực tác dụng vuông góc với bề mặt Piston [N], F= m.10 = 30.10 = 300 (N)
Chọn bore xi lanh = 40 mm
+ Lựa chọn xy lanh của hãng SMC- mã số CDBA2B40-400-HN
Bảng liệt kê thiết bị
STT Tên thiết bị Mã thiết bị Số lượng
1 Động cơ băng tải PVC M-6IK200U 1
3 Bộ điều khiển Speed controller US-5I200A-C 1
4 Động cơ băng tải cân M-5IK60U-CF 1
6 Bộ điều khiển động cơ US-5I60AC 1
7 Động cơ băng tải con lăn M5IK90U-CF 1
8 Bộ điều khiển Speed controller US-5I90AC 1
10 Van điện từ SMC SY5120-5LZ01 1
11 Xylanh khí nén SMC CDBA2B40-400HN 2
12 Cảm biến lực loadcell MT1241-100 4
15 Bộ chuyển đổi nguồn Meanwell NES-100-24 1
KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Mối quan hệ vào/ra của hệ thống
Cảm biến 1 hoạt động với tín hiệu logic, cho phép nhận diện sản phẩm khi tín hiệu ở mức 1 Khi SS1 được kích hoạt, nó xác nhận sự hiện diện của sản phẩm trên băng tải, từ đó cung cấp sản phẩm cho băng tải cân.
Cảm biến 2 hoạt động với tín hiệu logic tích cực ở mức 1, cho biết có sản phẩm trên băng tải cân Khi SS2 được kích hoạt, băng tải sẽ dừng trong một khoảng thời gian để hệ thống cân ổn định và thực hiện quá trình cân định lượng.
- Cảm biến 3: Dạng tín hiệu: Tín hiệu logic, tích cực ở mức 1 Khi SS3 tích cực báo sản phẩm đi tới vị trí phân loại sản phẩm thứ nhất
- Cảm biến 4: Dạng tín hiệu: Tín hiệu logic, tích cực ở mức 1 Khi SS4 tích cực báo sản phẩm đi tới vị trí phân loại sản phẩm thứ hai.
- Các nút nhấn: Dạng tín hiệu: Tín hiệu logic, đưa ra tín số để điều khiển các chế độ làm việc và dừng hệ thống khi gặp sự cố.
Cảm biến Loadcell hoạt động bằng cách cung cấp tín hiệu analog, được chuyển đổi thành điện áp 0-10VDC Tín hiệu này sau đó được gửi đến bộ khuếch đại và đưa vào PLC để xác định trọng lượng sản phẩm một cách chính xác.
- Động cơ 1: kéo băng tải cấp sản phẩm chạy.
+ Phụ thuộc các đầu vào: SS1, SS2, SS3, SS4.
- Động cơ 2: kéo băng tải định lượng chạy.
+ Phụ thuộc các đầu vào: SS1, SS2, SS3, SS4, Cảm biến Loacell.
- Động cơ 3: kéo băng tải định phân loại.
+ Phụ thuộc các đầu vào: SS1, SS2, SS3, SS4, Cảm biến Loacell.
- Xylanh1, van1 : Dùng để phẩn loại sản phẩm vào vị trí phân loại 1.
+ Phụ thuộc các đầu vào: SS1, SS2, SS3, SS4, Cảm biến Loacell.
- Xylanh2, van 2: Dùng để phẩn loại sản phẩm vào vị trí phân loại 2.
+ Phụ thuộc các đầu vào: SS1, SS2, SS3, SS4, Cảm biến Loacell.
Sơ đồ công nghệ
- Phân tích sơ đồ công nghệ:
Sản phẩm từ các công đoạn khác được vận chuyển tới băng tải 1, sau đó được chuyển tiếp đến băng tải định lượng với cảm biến cân loadcell Tại đây, sản phẩm được định lượng và so sánh với giá trị đặt trước Tiếp theo, sản phẩm được đưa đến băng tải phân loại, nơi các xilanh đẩy sản phẩm vào vị trí phân loại phù hợp theo khối lượng yêu cầu.
Sơ đồ thuật toán
3.3.1 Phân tích sơ đồ thuật toán.
Khi có tín hiệu START, toàn bộ băng tải trong hệ thống sẽ hoạt động cho đến khi sản phẩm được vận chuyển đến cuối băng tải Khi cảm biến B1 và B2 đều phát hiện vật, băng tải cấp sản phẩm và băng tải định lượng sẽ dừng lại để thực hiện quá trình định lượng trong khoảng thời gian ∆t (s).
Khi khối lượng sản phẩm đo được nhỏ hơn giá trị đặt 1, băng tải sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi gặp cảm biến B3 kích hoạt Lúc này, xilanh 1 sẽ được điều khiển để đẩy sản phẩm vào vị trí phân loại 1 hoặc chuyển sang quá trình khác.
Nếu khối lượng sản phẩm đo được nằm giữa giá trị đặt 1 và giá trị đặt 2, băng tải sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi cảm biến B4 được kích hoạt Khi đó, xilanh 2 sẽ đẩy sản phẩm vào vị trí phân loại 2 hoặc chuyển sang quá trình khác.
- Nếu khối lượng sản phẩm cân được lớn hơn giá trị đặt 2, băng tải tiếp tục hoạt động Vận chuyển sản phẩm đi hết băng tải phân loại.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
Hình ảnh mô hình
Mô hình gồm 3 băng tải, mỗi băng tải được kéo bằng động cơ một chiều qua cơ cấu truyền động dây curoa Băng tải 1 và 3 chủ yếu vận chuyển sản phẩm, trong khi băng tải 2 vừa vận chuyển vừa đo trọng lượng sản phẩm nhờ cảm biến Loadcell Khi sản phẩm đến băng tải 2, cảm biến quang phát hiện và gửi tín hiệu về PLC, khiến băng tải dừng trong 1 giây để đo trọng lượng Cảm biến Loadcell gửi tín hiệu về PLC để tính toán khối lượng, từ đó phân loại sản phẩm Sau khi đo xong, sản phẩm tiếp tục trên băng tải 3, nơi có cảm biến quang phát hiện sản phẩm Nếu sản phẩm đạt tiêu chuẩn, cảm biến quang sẽ gửi tín hiệu cho PLC điều khiển xilanh đẩy sản phẩm vào khay 1; nếu không đạt, sản phẩm sẽ được đẩy xuống khay chứa 2.
Sơ đồ đấu nối mô hình
Bản vẽ mô hình bao gồm sơ đồ truyền động khí nén và sơ đồ điện, trong đó nguồn khí nén được cung cấp từ máy nén khí, được điều chỉnh áp suất qua các van 2 và 3, với đồng hồ đo áp suất 4 gắn trên ống dẫn khí Luồng khí được điều khiển để co hoặc duỗi xilanh qua van phân phối 3/2, điều khiển bằng điện 24V thông qua các cuộn hút SOL1 và SOL2 Đối với sơ đồ mạch điện, mô hình sử dụng điện áp 24VDC, được chuyển đổi từ điện xoay chiều 220V và phân phối đến các thiết bị Để bảo vệ đầu ra của PLC và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tất cả động cơ một chiều trên băng tải được điều khiển qua các tiếp điểm của các rơ le trung gian RL1 đến RL3.
RL 4 và RL 5 đóng cắt cho cuộn hút ở van phân phối điều khiển xi lanh.
5.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển
Hệ thống băng tải phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7 1200, có khả năng đọc tín hiệu Analog từ cảm biến Loadcel Tín hiệu điện áp từ cảm biến được truyền trực tiếp về chân AI 0 của PLC, giúp PLC chuyển đổi tín hiệu qua bộ ADC và tính toán khối lượng sản phẩm dựa trên độ lớn của tín hiệu nhận được.
Cảm biến quang tại băng tải 2 và 3 được kết nối với các đầu vào I0.2, I0.3 và I0.4, nhận tín hiệu số từ cảm biến NPN với nguồn điện 24V.
Hệ thống được khởi động hoặc dừng thông qua hai nút nhấn tại chân I0.0 và I0.1 Các đầu ra số của PLC phát tín hiệu On/OFF là 24V/0V để điều khiển cuộn hút của các rơ le trung gian RL1 đến RL5, từ đó điều khiển các tiếp điểm của rơ le như đã mô tả trong phần mạch động lực.
