GIỚ I THI ỆU ĐỀ TÀI
Đặ t v ấn đề
Ngành cơ khí Việt Nam đã có sự phát triển đáng kể trong những năm qua, nhưng vẫn còn khoảng cách lớn so với các nước tiên tiến, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và chế tạo máy cho y tế, xây dựng, và sản xuất Để thu hẹp khoảng cách này, ngành cơ khí cần đầu tư nghiên cứu có trọng điểm và nỗ lực nhanh chóng áp dụng công nghệ tiên tiến, nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu, và giảm giá thành sản phẩm.
Ngành tự động hóa tại Việt Nam đang phát triển nhanh chóng, với nhiều dây chuyền sản xuất tự động được đưa vào hoạt động Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào công nghệ và máy móc nhập khẩu với giá thành cao đã hạn chế khả năng ứng dụng và hiệu quả kinh tế ở nhiều vùng Do đó, nghiên cứu và chế tạo máy móc tự động hóa mang thương hiệu Việt trở thành một nhu cầu cấp thiết, thu hút sự quan tâm của nhiều công trình nghiên cứu.
Nhóm sinh viên, với niềm đam mê và ý tưởng sáng tạo trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, đã quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình máy dán nhãn cho chai nhựa tròn 500 ml tự động”.
Chúng tôi hy vọng rằng sự đóng góp này sẽ thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển các loại máy chuyên dụng trong ngành tự động hóa cũng như trong lĩnh vực cơ khí.
M ục tiêu nghiên cứ u
Nghiên cứu lý thuyết và thiết kế máy dán nhãn chai 500 ml nhằm phục vụ cho các hộ gia đình và cơ sở sản xuất vừa và nhỏ Bộ điều khiển của máy hoạt động trực tiếp và tương tác với người dùng mà không cần phải chỉnh sửa qua máy tính PC.
Đối tượng nghiên cứ u
- Lý thuyết về cơ cấu chuyển động máy để tìm ra cơ cấu của máy dán nhãn chai 500ml
- Tìm hiểu, tính toán, thiết kế khung, chuyển động của máy…
- Nghiên cứu vềcài đặt hệ thống điện, cảm biến, động cơ…
- Nghiên cứu về quá trình thí nghiệm của máy.
Gi ớ i h ạn đề tài
Máy dán nhãn chai 500 ml là một sản phẩm phức tạp, yêu cầu sự kết hợp giữa nhiều kiến thức về cơ khí, điện, điều khiển và lắp ráp Trong bối cảnh đồ án tốt nghiệp đại học, nhóm sinh viên đã quyết định thực hiện đề tài này với những hạn chế về thời gian và kinh phí.
- Tìm hiểu lý thuyết về cơ cấu chuyển động của máy
- Tìm hiểu, tính toán, thiết kế khung, chuyển động của máy…
- Nghiên cứu về cài đặt hệ thống điện, cảm biến, động cơ…
- Nghiên cứu về quá trình thí nghiệm của máy.
CƠ SỞ LÝ THUYẾ T C Ủ A H Ệ TH ỐNG DÁN NHÃN CHAI 500 ML
Cơ sở lý thuyế t ph ầ n
Đồ án tốt nghiệp “máy dán nhãn chai 500 ml tự động” là sản phẩm cơ điện tử, giúp vận dụng kiến thức vào thực tế Nhóm đã áp dụng các môn học như cơ sở thiết kế máy và công nghệ chế tạo máy để tính toán và thi công khung máy cùng các bộ phận cơ khí như bộ truyền đai Đồng thời, nhóm sử dụng dung sai kỹ thuật và sức bền vật liệu để lắp ráp máy hoàn thiện, kết hợp với phần mềm Auto Cad 2007 để thiết kế bản vẽ Về phần điện tử, nhóm ứng dụng PLC và vi điều khiển cho hệ thống, sử dụng phần mềm OSCAD để thiết kế mạch điện, tạo thuận lợi cho quá trình thi công.
Các phầ n m ềm đượ c s ử d ụ ng cho h ệ th ố ng
3.2.1.Auto CAD 2007 : Thiết kế bản vẽ
Hình 3.1 : Giao diện Auto Cad 2007
3.2.2 MICRO WIN STEP 7 V4.0 SP9 : lập trình PLC S7 200
Hình 3.2 : Phần mềm MICRO WIN STEP 7 V4.0 SP9
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHAI 500 ML
C ấ u t ạ o c ủ a h ệ th ố ng
Khung máy được cấu tạo từ nhiều thanh thép chữ nhật kích thước 40 x 60, được hàn lại thành một hệ thống chắc chắn nhằm hỗ trợ và giữ chặt các thành phần như băng tải, băng ma sát và hệ thống nhãn dán.
- Thanh đỡ chai : Gồm các thanh inox hình chữ nhật 10x15 và các vít tân…, có chức năng đỡ chai , nhằm giúp chai không trượt ra khỏi băng tải.
Bộ phận cấp nhãn bao gồm cuộn nhãn, động cơ bước, các rulo căng cuộn nhãn và tấm composite để kết nối các rulo Chức năng của bộ phận này là cấp nhãn, giúp tách nhãn ra khỏi cuộn và gắn nhãn lên chai một cách hiệu quả.
- Hệ thống băng ma sát : bao gồm băng ma sát và băng cao su tạo lực ép chai
- Cơ cấu truyền động : gồm động cơ , băng tải, bánh đai và bộ phận căng đai
- PLC : điều khiển toàn bộ hoạt động của máy dán nhãn chai 500ml
- Cảm biến quang : dùng để nhận biết chai đã đến vịtrí cần dán nhãn hay chưa.
Tính toán thiế t k ế đề tài
4.2.1 Quy trình hoạt độ ng
Nhiệm vụ của đồ án là phát triển hệ thống dán nhãn tự động cho chai hình trụ tròn Dự án này dựa trên những đặc điểm cơ sở nhằm nghiên cứu và thiết kế quy trình dán nhãn hiệu quả.
Sản phẩm là các loại chai có dạng trụ tròn
Băng tải để di chuyển sản phẩm
Cảm biến đểphát hiện chai
Bộ phận băng ma sát ( băng cao su tạo lực ép và băng ma sát )
Quá trình hoạt động được biểu diễn theo sơ đồ sau:
- Chuyển động của băng chuyền để mang sản phẩm tới các cơ cấu
- Chuyển động của cuộc nhãn nhằm thực hiện việc tách từng nhãn ra để dán.
- Chuyển động của băng ma sát để tạo lực ma sát giúp chai lăng không trượt
4.2.2.2 Các yêu cầu khi thiết kế
Nhìn chung, khi xây dựng phương án bố trí cho các hệ thống tự động cần phải đảm bảo các điều kiện như sau:
- Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy
- Công nhân làm việc được thoải mái, không phải chịu áp lực lao động
- Ngoài ra phải đảm bảo được tính an toàn vàtính kinh tế.
4.2.3.Phân tích các cơ cấu dán nhãn hiện nay
4.2.3.1.Cơ cấu dán nhãn chai nằm ngang
Hình 4.1 : Cơ cấu máy dán nhãn chai nằm ngang
Nguyên lý hoạt động của máy dán nhãn chai là đặt chai theo chiều ngang trên các con lăn Các con lăn sẽ quay và đưa chai đến cuộn cấp nhãn Khi chai lăn không trượt, nhãn sẽ được cuốn theo và dán lên chai nhờ vào lăn ép trên băng ma sát.
- Khi dán nhãn, chai sẽ tự động xoay trên băng tải giúp cho việc dán nhãn nhãn hiệu quả nhất
- Hoạt động đơn giản, dễ sử dụng
- Dán được vật tròn, kích thước nhỏ và dài
- Chỉ dán được chai tròn, không dán được chai vuông hay dẹp
- Chỉ phù hợp với băng tải con lăn
4.2.3.2.Cơ cấu dán nhãn chai đứng
Hình 4.2 : Cơ cấu máy dán nhãn chai đứng
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là đặt chai nằm ngang trên băng tải, nơi băng tải sẽ quay và đưa chai đến cuộn cấp nhãn Khi chai quay, nhãn sẽ được cuốn theo và được dán lên chai nhờ vào lăn ép trên băng ma sát.
- Có thể dán được chai tròn, vuông và dẹp, dán được mọi kích cỡ khác nhau
- Hoạt động đơn giản, dễ thao tác
- Phù hợp với nhiều loại băng tải khác nhau
- Chai dễ rung lắc, có thể rớt ra khỏi hệ thống nếu không có hệ thống bảo vệ
Thông qua ưu nhược điểm của hai cơ cấu trên, ta quyết định chọn cơ cấu dán nhãn chai đứng để tính toán, thiết kế hệ thống
4.2.4 Lựa chọn phương án thiết kế
Trên thực tế hiện nay có nhiều kiểu máy dán nhãn sau: dùng băng ma sát ( nhiều loại), dùng con lăn di động, dung cơ cấu kẹp thủy lực………
4.2.4.1 Phương án 1: Máy dán nhãn dùng con lăn di động
Hình 4.3 : Máy dán nhãn dùng con lăn di động
Chai được cấp vào thông qua mâm cấp chai 1 và di chuyển qua khe hở giữa con lăn di động 4 và con lăn cố định 3 Nhãn được cung cấp liên tục nhờ vào cặp bánh ma sát 9, dưới tác động kéo của băng tải và lực ép từ lò xo 7, các con lăn di động sẽ dán nhãn lên chai một cách hiệu quả.
Ưu diểm : cơ cấu đơn giản , năng suất cao
- Khả năng dán chính xác thấp
- Dể bung ra sau khi dán ,
- Yêu cầu nhãn dán phải có keo hai mặt điều này dẫn đến giá thành tăng
- Gây rất nhiều khó khăn cho việc giữ vệ sinh sau khi dán, nhìn chung phương án này không khả thi
4.2.4.2 Phương án 2: Máy dán nhãn dùng cơ cấu kẹp thủy lực
Hình 4.4 : Máy dán nhãn dùng cơ cấu thủy lực
Cơ cấu kẹp thủy lực được dẫn hướng bởi hai rảnh và sử dụng hai xylanh thủy lực, hoạt động theo tín hiệu từ cảm biến màu Khi chai đạt khoảng cách nhất định với nhãn, cảm biến màu sẽ nhận diện chai và điều khiển hai thanh kẹp để kẹp chai lại, đồng thời thực hiện việc dán nhãn lên chai.
Ưu điểm : độ chính xác cao , năng suất lớn
- Máy móc phức tạp khó chế tạo.
- Yêu cầu băng keo 2 mặt nên giá thành cao
- Giữ vệ sinh khó khăn sau khi dán vào chai do bề mặt ngoài còn keo sẻ bám bụi vào.
- Phải thêm công đạn dán lớp nilong vào mặt ngoài làm cho giá thành cao
4.2.4.3 Phương án 3: Máy dán nhãn dùngdùng cơ cấu băng ma sát
Hình 4.5 : Máy dán nhãn dùng cơ cấu băng ma sát loại 1
Chai di chuyển trên băng tải và quay tròn nhờ cơ cấu ma sát Băng ma sát được căng cuộn băng keo hai mặt, giúp chai lăn mà không bị trượt Khi chai lăn, nhãn chai cũng được cuốn theo và được dán cứng nhờ quá trình lăn ép trên băng ma sát.
Ưu điểm: Độ chính xác cao, ít phế phẩm
Một nhược điểm của các máy này là cần sử dụng nhãn có keo hai mặt, điều này làm tăng giá thành sản phẩm Ngoài ra, vấn đề vệ sinh sau khi dán nhãn cũng cần được chú ý.
Hình 4.6: : Máy dán nhãn dùng cơ cấu băng ma sát loại 2
+ Cảm biến phát hiện chai 3.
Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột Chai được vận chuyển từ cơ cấu cấp phôi trên băng tải đến cảm biến quang, nơi cảm biến phát hiện và điều chỉnh động cơ bước quay cuộn nhãn đã được lập trình sẵn, dẫn đến việc nhãn được dán vào chai Sau đó, chai có dán nhãn sẽ di chuyển vào cơ cấu băng ma sát, nơi chai không bị lăn trượt nhờ vào cơ cấu băng ma sát và băng cao su Cuối cùng, chai sẽ tiếp tục di chuyển trên băng tải và ra ngoài.
Ưu điểm : năng suất cao, cơ cấu đơn giản, đạt độ chính xác cao
Nhược điểm: Chi phí ban đầu cao do yêu cầu các cơ cấu chính xác
Dựa trên những ưu và nhược điểm của các loại máy dán nhãn chai tròn, chúng tôi quyết định lựa chọn máy dán nhãn chai sử dụng băng ma sát loại 2 để tiến hành tính toán thiết kế và chế tạo hoàn thiện mô hình.
Thi ế t k ế độ ng l ự c h ọ c c ủa máy
Hình 4.7 : Sơ đồđộng lực của hệ thống
4.3.1 Yêu cầu đố i v ớ i h ệ th ố ng truy ền độ ng
Băng tải hoạt động theo chế độ dài hạn với phụ tải sản phẩm ổn định, không cần điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu công nghệ Tuy nhiên, trong một số phân xưởng sản xuất theo dây chuyền, có yêu cầu về dải điều chỉnh tốc độ.
D = 2 : 1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộ dây chuyền khi cần thiết
Hệ truyền động băng tải cần khởi động với tải đầy, vì vậy mômen khởi động của động cơ phải đạt từ 1,6 đến 1,8 lần mômen định mức Để đảm bảo mômen mở máy lớn, cần chọn động cơ có hệ số trượt cao và rãnh stator sâu Nguồn cung cấp cho động cơ băng chuyền cần có dung lượng đủ lớn, đặc biệt đối với động cơ có công suất từ 30kW trở lên, nhằm tránh ảnh hưởng đến lưới điện và giúp quá trình khởi động diễn ra nhẹ nhàng Việc khống chế tự động hệ băng chuyền phải tuân theo yêu cầu công nghệ của đối tượng mà băng chuyền phục vụ.
- Thứ tự khởi động các băng tải,
- Có thể dừng băng tải theo yêu cầu,
- Phải có cảm biến báo có tải trên băng chuyền
Nhóm đồ án đã chọn băng chuyền làm thiết bị vận chuyển sản phẩm sau sản xuất, sử dụng piston xilanh khí nén để đẩy sản phẩm và động cơ điện một chiều kích từ độc lập để truyền chuyển động cho các băng chuyền Bộ truyền được lựa chọn là bộ truyền đai răng nhờ vào những ưu điểm như khả năng truyền động giữa hai trục cách xa nhau, hoạt động êm ái, không gây ồn và tỉ số truyền ổn định Với công suất nhỏ và vận tốc thấp của thiết bị vận tải, bộ truyền đai là sự lựa chọn tối ưu.
1- động cơ 2-hộp giảm tốc 3- bộ truyền đai 4-băng tải
Hình 4.8 : Sơ đồ động hệ thống truyền động
4.3.2.T ổ ng quan v ề chai nh ựa tròn 500 ml
- Khối lượng chất lỏng trong 1 chai: m = v.ρ với : v = 500 ml: thể tích chất lỏng trong 1 chai ρ = 1000 kg/m 3 : khối lượng riêng của chất lỏng
- Khối lượng chai và nước lấy tròn m = 0,6 (kg)
4.3.3 Tìm hiểu và tính toán băng tả i
Băng tải là hệ thống được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, giúp vận chuyển hàng hóa từ điểm này sang điểm khác một cách dễ dàng và hiệu quả mà không cần tốn sức.
Hệ thống băng tải là giải pháp hiệu quả và tiết kiệm nhất cho việc vận chuyển hàng hóa và nguyên vật liệu trong sản xuất, phù hợp với mọi khoảng cách.
Băng tải là thiết bị quan trọng trong việc di chuyển vật liệu đơn chiết và vật liệu rời theo nhiều phương thức khác nhau, bao gồm phương ngang, phương đứng và phương xoắn Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển linh kiện nhẹ, trong các xưởng kim loại để chuyển quặng và than đá, và tại các trạm thủy điện để chuyển nhiên liệu Ngoài ra, băng tải còn được áp dụng trong kho bãi để vận chuyển hàng bao kiện, vật liệu hạt, và các sản phẩm khác, cũng như trong công trường xây dựng để di chuyển vật liệu xây dựng Trong ngành lâm nghiệp, chúng giúp vận chuyển gỗ và vỏ bào, trong khi ở các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm, hóa chất, băng tải hỗ trợ việc di chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành, đồng thời loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được.
Băng tải nổi bật hơn các thiết bị vận chuyển khác nhờ vào chiều dài vận chuyển lớn, năng suất cao, cấu trúc nhỏ gọn và đơn giản Nó hoạt động một cách tin cậy và mang lại sự tiện lợi trong quá trình sử dụng.
Ngày nay, băng tải có độ bền cao với chiều rộng lên đến 3m và tốc độ vận chuyển đạt tới 4km/giây, có thể đạt năng suất vài nghìn tấn mỗi giờ Chiều dài băng tải không giới hạn và có thể áp dụng hệ thống nhiều giai đoạn liên kết, được sử dụng phổ biến trong ngành khai thác mỏ và xây dựng Hệ thống băng tải này có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ với các phương tiện vận chuyển khác như cáp treo, ô tô và đường sắt.
Băng tải có ưu điểm nổi bật là dễ dàng điều chỉnh cho các dạng chu trình vận chuyển khác nhau Chi phí xây dựng không cao nhờ vào kết cấu nhẹ và đơn giản của hệ thống băng, đồng thời vẫn đảm bảo an toàn và hiệu quả Hệ thống này cũng tiêu tốn ít năng lượng, mang lại hiệu suất lâu dài cho quá trình vận chuyển.
Băng tải xích là thiết bị quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô, nơi chúng được sử dụng để vận chuyển phụ tùng xe hơi qua các nhà máy sơn.
Băng tải con lăn là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, thường được sử dụng để vận chuyển hộp sản phẩm và làm giá đỡ cho thùng hàng Có bốn loại băng tải con lăn chính: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm và băng tải con lăn truyền động bằng motor.
Hình 4.10 : Băng tải con lăn
Băng tải cao su là thiết bị phổ biến trong việc vận chuyển than, kẽm và quặng từ khu vực khai thác đến nơi tập kết Loại băng tải này có khả năng lắp đặt trên nhiều loại địa hình và có thể hoạt động hiệu quả ở mọi khoảng cách.
Hình 4.11 : Băng tải cao su
Băng tải xoắn ốc là thiết bị phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm, nước giải khát, bao bì dược phẩm và bán lẻ, giúp vận chuyển vật liệu một cách liên tục và hiệu quả.
Hình 4.12 : Băng tải xoắn ốc
- Băng tải đứng: thường vận chuyển hàng hóa giống như thang máy
- Băng tải linh hoạt: thường sử dụng trong vận chuyển bao bì thực phẩm, đóng gói hồ sơ, công nghiệp dược phẩm…
Hình 4.14 : Băng tải linh hoạt
Băng tải rung là thiết bị chuyên dụng thường được sử dụng để vận chuyển thực phẩm trong môi trường khắc nghiệt, đảm bảo vệ sinh và dễ bảo trì Thiết kế của băng tải rung gồm bề mặt rắn nghiêng để tạo thành máng, phù hợp với các ứng dụng thực phẩm cấp Chúng thường được chế tạo từ vải và cao su, với các trục căng và trục dẫn động có đường kính từ 400-500 mm hoặc lớn hơn Các nhánh trên băng tải nằm trên các trục lăn tự do, có thể được lắp đặt trên bề mặt ngang hoặc dưới một góc nhờ các con lăn, giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển trong các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, bụi bẩn, hoặc môi trường ăn mòn.
4.3.3.4.Tính toán băng tải a.Lựa chọn băng tải
Do chai 500ml là vật liệu đơn chiếc, khối lượng nhẹ ( m < 15 kg ) nên ta chọn băng tải đai cao su, chiều dày băng tải δ = 2 mm b.Cấu tạo băng tải
Băng tải cao su có cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:
1- Phiễu cấp liệu 2- Băng tải
3- Con lăn đỡ 4- Tang chủ động
5- Phiễu dỡ liệu 6- Con lăn tì 7- Tang bị động 8- Cơ cấu căng băng
9- Hộp giảm tốc 10- Khớp nối
11- Động cơ 12- Bánh căng băng
Băng tải đai cao su hoạt động dựa trên nguyên lý truyền động từ động cơ điện qua hộp giảm tốc tới tang chủ động Khi tang chủ động quay, ma sát giữa tang và băng tải giúp băng tải di chuyển theo.
Vật liệu được chuyển vào băng tải theo phiễu cấp liệu, chuyển động theo mặt băng tải và rời khỏi băng tải theo phễu dỡ liệu
Các con lăn đỡ dây băng của hệ thống băng tải cả trên nhánh có tải và nhánh không tải
Các thiết bị căng băng sẽ giúp cho băng tải không bị trùng trong quá trình vận chuyển hàng hóa d.Tínhtoán băng tải
Thông số đầu vào băng tải
- Hình dạng hàng hóa vận chuyển: chai nhựa tròn 500ml
- Khối lượng hàng hóa cần vận chuyển : 0,6 kg
- Quãng đường vận chuyển: < 100 cm
- Kích thước hàng hóa : ≈ 2,5 cm
Tính toán dây băng o Do băng tải nằm ngang nên góc nghiêng 𝛽 = 0 o Vận tốc băng tải v = 6 m/ph = 0,1 m/s o Năng suất băng tải
Với q : tải trọng vật đơn chiếc phân bốtrên 1 mét dài qvl = 𝐺
Trong đó G = 0,6 kg : khối lượng của một vật đơn chiếc a = 0,1 m : bước phân bố của vật đơn chiếc qvl = 0,6
Tính toán thiế t k ế điệ n t ử
PLC, viết tắt của Programmable Logic Control, được phát triển bởi nhóm kỹ sư của hãng General Motors vào năm 1968 với mục tiêu thiết kế một bộ điều khiển đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
- Lập trình dễdàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
- Dễ dàng sửa chũa thay thế
- Ổn định trong môi trường công nghiệp
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp m
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất công nghiệp, đáp ứng nhu cầu tự động hóa không chỉ trong sản xuất hàng loạt mà còn trong nhiều loại hình sản xuất khác Để thực hiện chương trình điều khiển, PLC cần có tính năng như một máy tính, bao gồm bộ vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ lưu trữ chương trình và các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị điều khiển khác Ngoài ra, PLC còn cần các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm và bộ định thì để phục vụ cho các bài toán điều khiển số Trong dự án này, chúng tôi sử dụng PLC S7-200 CPU 224 để khảo sát cấu trúc phần cứng của nó.
- S7-200 là PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens
- Cấu trúc S7-200 gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau
- Có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu: tăng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng (AS-I, Profibus)
Hình 4.33 : Cấu trúc cơ bản của PLC S7-200
Hình 4.34 : Hình dạng bên ngoài của PLC S7-200 CPU 224 o Đặc điểm của CPU 224 :
- Kích thướt: 120.5mm x 80mm x 62mm
- Dung lượng bộ nhớchương trình: 4096 words
- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
- Có 14 cổng vào, 10 cổng ra
- Có thểthêm vào 14 modul mở rộng kể cả modul Analog
- Tốc độ xửlý một lệnh logic Boole 0.37às
- Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực
- Cú 6 bộ đếm tốc ủộ cao, tần số đếm 20 KHz
- Có 2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM, tần số 20 KHz chỉ ở các CPU DC
- Có 2 bộđiều chỉnh tương tự
- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…
- Đồng hồ thời gian thực
- Chương trình được bảo vệ bằng Password
- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện o Các đèn báo :
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
- RUN: đèn xanh - báo hiệu PLC đang hoạt động
- STOP: đèn vàng - báo hiệu PLC dừng
- SF (System Failure): đèn đỏ - báo hiệu PLC bị sự cố
Có 2 loại đèn chỉ thị:
- Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào
- Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra o Đặc điểm ngõ vào :
- Mức logic 0: đến 5VDC/1mA
- Đáp ứng thời gian: 0.2ms
- Địa chỉ ngõ vào: Ix.x o Đặc điểm ngõ ra
- Ngõ ra Relay hoặc transistor Sourcing
- Điện áp tác động: 24 -28VDC/2A
- Điện trởcách ly nhỏ nhất: 100MΩ
- Thời gian chuyển mạch tối đa 10ms
- Địa chỉ ngõ ra: Qx.x
- Không có chế độ bảo vệ ngắn mạch! o Nguồn cung cấp
- Dòng điện tối đa 900 Ma
- Thời gian duy trì khi mất nguồn 10ms
- Không có cách ly nguồn điện o Công tắc chọn chếđộ làm việc:
- RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN qua STOP nếu gặp sự cố
- STOP: PLC dừng công việc thực hiện chương trình ngay lập tức
- TERM: cho phép máy lập trình quyết định chế độ làm việc của PLC Dùng phần mềm điều khiển RUN, STOP
S7-200 sử dụng cổng RS485 với phích nối 9 chân để kết nối với thiết bị lập trình và các trạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình PPI là 9600 baud, trong khi tốc độ truyền tự do của PLC đạt 38.400 baud.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485
3 Truyền và nhận dữ liệu
8 Truyền và nhận dữ liệu
Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp kết nối PC / PPI với bộ chuyển đổi RS 232 / RS 485
Gắn 1 đầu cáp PC / PPI với cổng truyền thông 9 chân của PLC còn đầu kia với cổng truyền thông nối tiếp RS 232 của máy PC Nếu cổng truyền thông nối tiếp RS –
232 với 25 chân thì phải ghép nối qua bộ chuyển đổi 25 chân / 9 chân để có thể nối với cáp truyền thông PC / PPI
Chọn các thông số để truyền thông
+ Dữ liệu truyền: 11 bit d.Phân chia bô nhớ o Phân chia bộ nhớ
Bộ nhớ S7 –200 chia làm 4 vùng nhớ:
- Vùng chương trình: có dung lượng 4 Kwords được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình
- Vùng tham số: miền lưu giữ các từ khóa, địa chỉ trạm
Vùng dữ liệu là nơi lưu trữ dữ liệu chương trình, bao gồm kết quả phép tính và các hằng số được định nghĩa trong chương trình Đây là một vùng nhớ động, cho phép truy cập dữ liệu theo từng bit, byte, word hoặc double word.
Vùng nhớ đặc biệt(SM): SM 0.x –> SM 179.x (x = 0 – 7 )
Bộ đệm cổng vào tương tự: AIW 0 – AIW 30
Bộ đệm cổng ra tương tự: AQW 0 – AQW 30
Thanh ghi (Accumulater): AC 0, AC1, AC2, AC3
Bộđếm tốc độ cao: HSC0 -> HSC5 o Các phương pháp truy cập
Tên miền + địa chỉ byte + + chỉ số bit
Truy suất các vùng khác; Ví dụ: I0.0; Q0.2; M0.3; SM0.5
Tên miền + B + địa chỉ byte
Truy suất các vùng khác; Ví dụ: IB0; QB2; MB7; SMB37
3 Truy nhập theo Word(từ):
Tên miền + W + địa chỉ byte cao của word trong miền
VW4 bao gồm 2 byte, là VB4 và VB5, trong đó VB4 là byte cao và VB5 là byte thấp trong từ VW4.
Truy suất các vùng khác; Ví dụ: IW0; QW4; MW40; SMW68
4 Truy nhập theo doubleword(từkép):
Tên miền + D + địa chỉ byte cao nhất của một double word trong miền
VD2 là một từ kép gồm 4 byte, bao gồm VB2, VB3, VB4 và VB5, thuộc miền V Trong cấu trúc này, byte VB2 đóng vai trò là byte cao nhất, trong khi byte VB5 là byte thấp nhất.
Truy suất các vùng khác; Ví dụ: ID0; QD3; MD100; SMD48 e.Mở rộng vào/ra
CPU 224 cho phép mở rộng nhiều nhất 14 module kể cả module analog Các module mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200
Hình 4.36 : PLC được mở rộng
Cổng vào/ra của PLC có thể được mở rộng bằng cách kết nối thêm các module mở rộng bên phải của CPU, tạo thành một chuỗi liên kết Địa chỉ của các module này được xác định dựa trên kiểu vào/ra và vị trí của từng module trong chuỗi.
Hình 4.37 : Cách đặt địa chỉ cho các module mở rộng CPU 224 f.Nguyên lý hoạt động của PLC o Cấu trúc chương trình
Các chương trình cho S7-200 cần phải bao gồm một chương trình chính (Main Program) Nếu sử dụng chương trình con và chương trình xử lý ngắt, chúng sẽ được viết tiếp sau chương trình chính để đảm bảo tính hiệu quả trong quá trình thực hiện chương trình.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét, mỗi vòng quét bao gồm các bước sau:
- Đọc các ngỏ vào ra bộ đệm
- CPU tự kiểm tra, truyền thông
- Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra các ngỏ ra o Các ngôn ngữ lập trình
- Ladder Logic: LAD (Ladder): là phương pháp lập trình hình thang, thích hợp trong ngành điện công nghiệp
- Statement List: STL (Statement List): là phương pháp lập trình theo dạng dòng lệnh giống như ngôn ngữ Assemply, thích hợp cho ngành máy tính
- Function Block: FBD (Flowchart Block Diagram): là phương pháp lập trình theo sơ đồ khối, thích hợp cho ngành điện tử số
4.4.1.2 Driver điều khiển động cơ bước Microstep TB6600 - 40VDC a.Giới thiệu
Driver TB6600 điều khiển động cơ bước 2 pha, sử dụng IC TB6600HQ/HG chính hãng Toshiba, hỗ trợ công suất tối đa 4A và 40V Với thiết kế vỏ kim loại chắc chắn, driver này không chỉ bền bỉ mà còn chống nhiễu, kết hợp với hệ thống tản nhiệt lớn giúp đảm bảo hoạt động ổn định.
- Nguồn cấp tối đa : DC 40V
- Driver: TB6600HQ/HG Single-chip bipolar sinusoidal micro-step stepping motor driver, công nghệ mới nhất BiCD 0.13nm
- Có thể điều khiển đảo chiều quay ON resistance (upper + lower) = 0.4Ohm
- Tích hợp chân Reset và Enable
- Tích hợp tính năng Standby
- Tích hợp bảo vệ quá nhiệt TSD
- Tích hợp bảo vệ quá áp UVLO
- Kích thước: 96 x 57 x 35mm c.Sơ đồ kết nối
DIR +: Điều khiển chiều quay motor +
DIR - : Điều khiển chiều quay motor -
EN +: Chân Enable điều khiển động cơ +
EN-: Chân Enable điều khiển động cơ -
Hình 4.41 : Sơ đồ nối dây của Driver TB6600
Hình 4.42 : Sơ đồnguyên lí của Driver TB6600
Hình 4.44 : Bên trong Driver TB6600
4.4.1.3 Cảm biến quang Optex KR 250N a.Thông số kỹ thuật
- Cảm biến quang điện dùng gương phản xạ.
- Nguồn cấp: 10 - 30 VDC bao gồm +/- 10% sai số.
- Ngõ ra: Transistor NPN cực thu hở, 100mA Max / 30VDC.
- Thời gian đáp ứng: 1 ms.
- Ánh sáng nguồn: Ánh sáng đỏ.
- Nhiệt độ hoạt động: -25 tới 55 độ C.
- Chuẩn bảo vệ: IEC 144, IP66.
- Kiểu kết nối: Cáp nối sẵn.
- Kích thước: 30 x 37 x 12 mm. b.Hình ảnh
Hình 4.45 : Cảm biến Optex KR – 259N
Hình 4.46 : Bộ đổi nguồn 24v sang 5v Thông số kỹ thuật
- Điện áp vào (AC) : 110V - 220V | 50 / 60hz
- Kích thước ( L*W*H) : 160 mm * 98 mm * 42 mm
4.4.2 Tính toán thiế t k ế điệ n t ử cho h ệ th ố ng
Driver microstep Động cơ bướ c Động cơ điệ n
Hình 4.47 : Sơ đồ nối dây
Khi cảm biến quang phát hiện tín hiệu từ vật di chuyển trên băng chuyền, nó sẽ gửi tín hiệu vào I0.0 Tín hiệu này được PLC S7-200 tiếp nhận và điều khiển phát xung ra Q0.1 Xung này qua driver sẽ điều khiển động cơ bước, làm quay cuộn nhãn.
4.4.2.4.Chức năng của từng khối a.Khối nguồn
Nguồn cấp ở đây là nguồn 220V AC, cung cấp điện áp cho động cơ và bộ điều khiển b.Khối cảm biến
Khối cảm biến được lắp đặt gần băng ma sát nhằm nhận diện vị trí của chai để dán nhãn Khi chai đến vị trí cần thiết, cảm biến phát tín hiệu xung đến PLC S7-200, từ đó kích hoạt động cơ bước để cuộn nhãn quay.
Nhận tính hiệu xung tại ngõ vào I0.0, từ đó điều khiển phát xung ra ngõ Q0.1 đến driver microstep điều khiển động cơ bước làm quay cuộn nhãn d.Driver Microstep
Nhận tín hiệu xung từ PLC S7-200, trực tiếp điều khiển động cơ bước làm quay cuộn nhãn. e Động cơ bước
Làm quay cuộn nhãn f.Động cơ điện 1 pha
Làm quay băng tải, từđó cung cấp chai đến vịtrí cần dán nhãn.
4.4.2.5.Code chạy chương trình cho PLC S7 200
QUÁ TRÌNH THI CÔNG , L ẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH, BẢ O DƯỠNG MÁY
B ảo dưỡng và vận hành máy
Tuổi thọ và chất lượng của máy móc phụ thuộc vào phương pháp sử dụng và bảo quản hợp lý Nếu được chăm sóc đúng cách, máy có thể hoạt động bền bỉ từ 10 đến 20 năm Do đó, việc vận hành và bảo quản máy không chỉ mang tính chất kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế quan trọng.
5.3.1.1 Hiểu biết cần thiết trước khi vận hành máy Để vận hành máy trước tiên phải đọc toàn bộ các hướng dẫn về thứ tự vận hành máy Phải làm quen với tất cả các chức năng của máy để thuận tiện trong thao tác Người vận hành phải là người đã được học cách sử dụng máy, có khảnăng điều khiển, sửa chữa và am hiểu về an toàn lao động…
Kết nối máy với mạng điện chỉ nên được thực hiện bởi các chuyên gia hoặc người có kiến thức về điện, nhằm xử lý kịp thời các sự cố và tránh hư hỏng không đáng có Để máy hoạt động hiệu quả, cần đảm bảo rằng nó đang ở trạng thái tốt và không bị hư hỏng Trong trường hợp có sự cố, người dùng nên ấn ngay nút STOP để tắt máy khẩn cấp.
Tất cả các công việc cài đặt, bảo trì và sửa chữa máy móc chỉ được thực hiện khi thiết bị không hoạt động Người thực hiện cần đọc kỹ hướng dẫn sử dụng và cách thay thế phụ tùng để tránh những hậu quả không mong muốn.
Trong quá trình hoạt động, nếu xảy ra sự cố bất thường, hãy nhấn nút STOP để dừng máy và tiến hành kiểm tra Sau đó, nhấn nút RESET để đưa các xy lanh về vị trí ban đầu trước khi khởi động lại máy.
Nên cho máy chạy không trong 2 đến 3 phút để kiểm tra độ ổn định của máy
5.3.1.2 Nguyên lý hoạt động của mô hình
Khi nhấn nút Start, động cơ băng chuyền và động cơ băng ma sát sẽ bắt đầu hoạt động Công nhân sắp xếp sản phẩm đều trên băng chuyền, sau đó sản phẩm di chuyển đến cảm biến Cảm biến sẽ phát hiện và điều chỉnh động cơ bước để quay cuộn nhãn đã được lập trình sẵn Băng tải sẽ vận chuyển chai đến vị trí dán nhãn, nơi nhãn được gắn vào chai Khi chai có nhãn, nó sẽ tiếp tục di chuyển vào cơ cấu băng ma sát, giúp chai không bị lăn hay trượt Cuối cùng, chai sẽ tiếp tục di chuyển trên băng tải và ra ngoài, quá trình này diễn ra liên tục theo dây chuyền.
5.3.1.3 Vận hành toàn hệ thống
Bật Aptomat để cấp nguồn vào hệ thống Đèn OK sáng thì hệ thống được phép hoạt động
Khi nhấn Auto hoặc Manual thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động
Khi nhấn nút Stop, hệ thống sẽ dừng hoạt động sau khi hoàn thành một giai đoạn nhất định Lưu ý rằng các khối trong hệ thống hoạt động liên tục và độc lập với nhau.
5.3.1.4 Vận hành từng khâu a) Bộ phận cấp nhãn
Khi hệ thống khởi động, chai sẽ di chuyển trên băng chuyền đến bộ phận dán nhãn Tại đây, cảm biến phát hiện chai và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển PLC, kích hoạt Driver MICROSTEP để động cơ kéo cuộn nhãn ra, dán nhãn lên chai Đồng thời, động cơ cũng kéo ra một nửa nhãn để chuẩn bị cho quá trình dán tiếp theo.
Khi bấm nút START, hệ thống khởi động và bộ phận băng ma sát cùng băng tải hoạt động đồng thời Sau khi chai được dán nhãn qua bộ phận cấp nhãn, chúng sẽ di chuyển đến băng ma sát, nơi giúp chai lăn mà không bị trượt, đồng thời ép chặt nhãn vào chai để đảm bảo nhãn dính chắc chắn.
5.3.2 Bảo dưỡng và thay thế
Bảo dưỡng và thay thế thiết bị, máy móc là công việc thiết yếu trong quá trình hoạt động Do đó, các nhà thiết kế cần đặc biệt chú ý đến việc bảo trì các chi tiết máy quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Việc bảo dưỡng cần phải thường xuyên, việc thay thế cần phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của các chi tiết được thay
Việc bảo dưỡng cần phải đáp ứng kịp thời để tạo điều kiện giảm thời gian dừng máy để sửa chữa
* Tóm tắt quy trình bảo dưỡng, sửa chữa:
Hình 5.21 Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa
K Ế T QU Ả ĐẠT ĐƯỢC VÀ KẾ T LU Ậ N
K ế t qu ả đạt đượ c
Hình 6.1: Mô hình máy đã hoàn thành Việc nghiên cứu thành công về tính toán, thiết kế và chế tạo máy ta đạt được kết quả sau :
- Thiết kế máy dán nhãn chai tròn
- Chế tạo mô hình máy.
- Sản phẩm được dán nhãn tư động
- Mô hình được kết nối vói bộ vi điều khiển có dộ ổn định cao, thực hiện các chuyển đông một cách chính xác
Mô hình được thiết kế nhỏ gọn, thuận tiện cho người quan sát, nhưng vẫn chưa đạt được độ sắc xảo và tính chất công nghiệp, chỉ mang tính chất tham khảo.
6.2 Hướng phát triển đề tài.
- Mô hình trên có thể ứng dụng vào trong sản xuất, tham gia vào các dây chuyền sản xuất các loai nước đóng chai
- Mô hình cũng được sử dụng trong ngành y dược, công nghiệp sản xuất thực phẩm…
- Sử dung nguyên lý của mô hình để làm nên môt máy tự động trong công nghiệp có độ chính xác cũng như độ tin cậy cao.
K ế t lu ậ n
Sau khi hoàn thành đề tài, chúng em đã thu thập được kiến thức cơ bản về thiết bị vận tải, cơ cấu truyền động và cơ cấu chấp hành Chúng em cũng đã nắm vững các công cụ hỗ trợ trong việc vẽ và thiết kế.
Dựa trên lý thuyết đã nghiên cứu, chúng tôi đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình "Hệ thống dán nhãn chai 500 ml tự động", với hoạt động chính xác và đáng tin cậy.
Mô hình "Hệ thống dán nhãn chai tròn tự động" sở hữu thiết kế đơn giản và độ ổn định cao, dễ dàng lắp đặt và vận hành Hệ thống này không chỉ nâng cao khả năng tự động hóa trong sản xuất mà còn giảm bớt áp lực lao động cho công nhân, từ đó tăng năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm.
Mô hình của chúng em hiện vẫn còn một số hạn chế, bao gồm việc chưa có cơ cấu tự động cấp chai và chưa có hệ thống xếp chai sau khi dán nhãn Chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các thầy cô trong khoa và các bạn để hoàn thiện đề tài này hơn nữa.
