THIẾT KẾ SẢN PHẨM CƠ ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG PHÂN KHOA CƠ KHÍ LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

Phân tích nhiệm vụ thiết kế

Tổng quan

Sản xuất nông nghiệp hiện nay đóng vai trò quan trọng tại Việt Nam, ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm không chỉ trong nước mà còn trong xuất khẩu Việc phân loại cà chua giúp chọn lọc những quả đạt tiêu chuẩn chất lượng, trong khi những quả kém chất lượng sẽ được loại bỏ để sử dụng cho mục đích khác Qua việc đánh giá màu sắc và kích thước, chúng ta có thể đảm bảo cung cấp sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao cho người tiêu dùng, từ đó nâng cao giá trị hàng hóa trên thị trường.

Trước đây, việc phân loại sản phẩm thường phụ thuộc vào nhân lực, gây tốn thời gian và chi phí Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, các nhà máy hiện nay đã áp dụng công nghệ tiên tiến và thiết bị tự động, cho phép phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc với nhiều ưu điểm vượt trội.

+Tốc độ phân loại sản phẩm nhanh chóng,nhanh gấp 5-10 lần so với việc phân loại sản phẩm khi sử dụng sức người

Độ chính xác trong việc loại bỏ phế phẩm đạt tới 99.99%, đồng thời còn có khả năng phát hiện các tạp chất và sản phẩm bị lỗi mà mắt thường không thể nhận ra.

+Giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian,công sức và chi phí thuê nhân công,năng suất làm việc được nâng cao như mong muốn

+Chọn ra được những sản phẩm nông nghiệp chất lượng nhất,nhờ đó nâng cao chất lượng và thương hiệu của mặt hàng

Công nghệ xử lý ảnh đang phát triển mạnh mẽ trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, cho phép nhận diện vật thể hiệu quả hơn Sự mở rộng của công nghệ này gần đây được thúc đẩy bởi các công cụ mã nguồn mở, giúp lập trình trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí hơn.

Ngành công nghiệp hiện nay đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất đồ chơi trực quan cho trẻ em và các bộ đồ dùng học tập cho học sinh, sinh viên Việc áp dụng tự động hóa trong sản xuất không chỉ giúp quản lý dây chuyền và sản phẩm hiệu quả mà còn tiết kiệm thời gian và đơn giản hóa quy trình quản lý Để đáp ứng những yêu cầu này, thiết kế và thi công mô hình "hệ thống phân loại sản phẩm theo màu" trở thành giải pháp hàng đầu cho các doanh nghiệp trong ngành.

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến màu để xác định màu sắc của sản phẩm và sau đó sử dụng vitme tượng trưng cho xe chở hàng để phân loại sản phẩm theo màu sắc đến các kho hàng đã được chỉ định Hệ thống này mang lại nhiều lợi ích lớn, bao gồm việc tối ưu hóa quy trình phân loại và nâng cao hiệu quả quản lý kho hàng.

Giảm sức lao động và tránh sự nhàm chán trong công việc giúp cải thiện điều kiện làm việc của con người Điều này tạo cơ hội cho con người tiếp cận với tiến bộ khoa học kỹ thuật và làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.

- Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng nhƣ thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng

Việc quản lý và giám sát trở nên dễ dàng hơn nhờ vào khả năng cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đồng thời giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết đến mức tối đa.

Làm rõ nhiệm vụ thiết kế

- Mục tiêu thiết kế một hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc:

 Hoạt động ổn định và bền bỉ, năng suất

 Dễ dàng điều chỉnh, bảo dưỡng và thay thế

 Cơ cấu đơn giản, tối ưu, đảm bảo tính thẩm mỹ

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến để xác định màu sắc, sau đó áp dụng cơ cấu cần gạt và xilanh để phân loại các sản phẩm khác nhau Khi nhấn nút Start, máy sẽ hoạt động và sản phẩm được đẩy vào băng chuyền Nhờ vào hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền sẽ được phân loại theo màu sắc Cuối cùng, các sản phẩm đã được phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói.

- Về cơ bản, dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc gồm có những cơ cấu chính sau đây:

 Cơ cấu cấp phôi.(hệ thống khí nén xy lanh tác động kép)

 Cơ cấu dẫn động.(Động cơ DC,băng tải)

 Cơ cấu điều khiển (bộ điều khiển PLC)

 Cơ cấu cảm biến(cảm biến màu sắc,cảm biến quang hồng ngoại vật cản)

Hình 1: Mô hình thiết kế hệ thống cơ khí

Thiết lập danh sách yêu cầu

1.3.1 Các bước thiết lập danh sách yêu cầu

 Xác định các yêu cầu cơ bản của thị trờng về sản phẩm

 Xác định các nhu cầu tiềm năng thuộc từng phân khúc thị trường

 Thu thập thông tin của khách hàng đặc biệt là yêu cầu về công nghệ vì nó ảnh hưởng trục tiếp đến quá trình thiết kế

 Chọn lọc và mở rộng các yêu cầu sử dụng checklist và kế hoạch chiến lược

 Xác đinh rõ những yêu cầu bắt buộc và yêu cầu mong muốn

 Cuối cùng là lập danh sách yêu cầu

Có 2 giai đoạn để thực hiện công việc này:

GĐ1: Xác định rõ ràng các yêu cầu và ghi lại

GĐ2: Tinh lọc và mở rộng các yêu cầu

Khi xây dựng danh sách yêu cầu chi tiết, việc làm rõ các mục tiêu và hoàn cảnh cần thiết là rất quan trọng Các yêu cầu phải được xác định một cách rõ ràng là nhu cầu hoặc mong muốn cụ thể.

- Nhu cầu (Requirement) là những yêu cầu phải được đáp ứng trong mọi hoàn cảnh

Mong muốn (Wish) là một yêu cầu cần được xem xét khi có cơ hội Việc phân biệt giữa nhu cầu và mong muốn là rất quan trọng trong quá trình đánh giá giai đoạn.

Khi một giải pháp được phê duyệt, cần thiết lập một danh sách các nhu cầu và mong muốn, được phân loại theo định lượng và định tính Danh sách yêu cầu tối thiểu phải bao gồm các thông tin sau:

 Người dùng: công ty hoặc bộ phận

 Tên dự án hoặc sản phẩm

 Các yêu cầu được dán nhãn là nhu cầu hoặc mong muốn

 Người chịu trách nhiệm cho từng yêu cầu

 Ngày phát hành cho danh sách yêu cầu tổng thể

 Ngày thay đổi cuối cùng

 Số phiên bản hoặc số chỉ mục và số trang

 Việc chuyển đổi từ yêu cầu khách hàng sang yêu cầu kỹ thuật là việc làm khó khăn Các yêu cầu gồm:

 Yêu cầu tường minh, cụ thể: Có định lượng và chất lượng

 Yêu cầu ngầm định, VD Bảo trì đơn giản, dễ sử dụng,…

 Yêu cầu tiềm ẩn: Là những yêu cầu chưa có trên thị trường Các sản phẩm khai phá cần tìm ra yc này để đáp ứng

 Tinh chỉnh và mở rộng các yêu cầu Hai phương pháp đã được phát triển:

 Theo một danh sách kiểm tra: Dựa trên ý tưởng được mô tả

 Tạo các kịch bản: Dựa trên các hoàn cảnh tuần tự khi sử dụng sản phẩm từ lúc sản xuất đến khi thải bỏ

Chúng ta sẽ lập danh sách yêu cầu cho hệ thống phân loại phôi dựa theo 3 màu sắc phân biệt: lục,đỏ,cam

Nhóm 14’ Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Page 1

D/W Danh sách yêu cầu Ghi chú

1, Yêu cầu về hình học ( geomatry)

Chứa phôi hình hộp có kích thước 10x10x10(cm) Tích tối thiểu đươc 10 sản phẩm

 Hộp chứa sau phân loại:Chứa được tối đa 15 sản phẩm

 Phôi:(hình trụ) Đường kính:5 cm Màu sắc phân biệt:lục,đỏ,vàng

Chiều dài:140-160cm Chiều rộng:25-35cm Chiều cao:25-35cm

 Năng suất:10 sản phẩm/phút

 Thời gian đẩy phôi ra khỏi băng tải(1s)

 Phần khung có bánh xe thuận tiện cho việc di chuyển

 Có các bộ xy lanh tác động ké sau khi nhận tín hiệu từ cảm biến sẽ đẩy phôi về vị trí khay thích hợp

 Nguồn điện 1 chiều(Ắc quy 12V)

Khung băng tải được chế tạo từ các vật liệu chống ăn mòn và chống rỉ như nhôm, hợp kim nhôm, inox và hợp kim thép, mang lại độ bền cao và khả năng chịu lực tốt Khung có thể được sản xuất bằng phương pháp dập tấm hoặc đúc, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả trong quá trình sử dụng.

 Băng tải:có độ bền cao như cao su hay con lăn truyền động xích

 Không có góc cạnh sắc nhọn,thân thiện với môi trường và không chưa chất độc gây hại cho sức khỏe của người vận hành

 Khi băng chuyền làm việc quá tải hoặc phôi không được vận thì sẽ có cảnh báo bằng đèn tín hiệu và còi

 Có hệ thống dừng khẩn cấp khi gặp sự cố vận chuyển và xử lí phôi

 Camera giám sát quá trình vận hành

 Dùng các nút bấm trên bảng điều khiển

 Có chế độ làm việc tự động

 Băng tải vận chuyển phôi êm,không rung lắc,không phát ra tiếng ồn

 Bảo hành 1 năm về hỏng hóc phần cứng

 Xây dựng khung băng tải và các cơ cấu động học: 1 tuần

 Lắp đặt hệ thống: 1 ngày

 Hệ thống chiếu sáng đầy đủ

 Hệ thống xử lí trung tâm nhanh và chính xác

 Âm thanh và hình ảnh rõ rang

 Giao diện đơn giản và dễ sử dụng

Thiết kế sơ bộ

Xác định các vấn đề cơ bản

2.1.1 Những thông số lưu ý cho hệ thống

Việc xác định các vấn đề cơ bản được tuân theo các bước sau:

 Bước 1 Loại bỏ sở thích cá nhân

 Bước 2 Bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và những ràng buộc cần thiết

 Bước 3 Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm xuống tối ít nhất có thể

 Bước 4 khái quát kết quả của bước trước

 Bước 5 Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ về giải pháp

Kết quả từ bước 1 và bước 2

 Kích thước phù hợp trong các nhà máy sản xuất dây chuyền,không chiếm quá nhiều diện tích

Vật liệu sử dụng cho khung cần đảm bảo tính chống ăn mòn và chống rỉ hiệu quả, đồng thời phải nhẹ và có độ bền cao Khung có thể được sản xuất bằng phương pháp dập tấm hoặc đúc, giúp đảm bảo khả năng chịu lực tốt và độ bền tối ưu.

 Thiết lập 2 xy lanh tác động kép 2 loại phôi màu khác nhau vào 2 khay chỉ định,loại phôi còn lại được băng tải vận chuyển đến khay còn lại

 Lựa chọn động cơ truyền động cho băng tải phải có công suất cao,vận hành tiết kiệm điện năng,dễ lắp đặt

 Lựa chọn bộ truyền động băng tải bền ,chắc,vận hành ổn định ,êm dịu ,không phát ra nhiều tiếng ồn

Hệ thống an toàn cần được lựa chọn để đảm bảo khả năng cảnh báo kịp thời cho người giám sát và có thể ngừng hoạt động ngay lập tức khi phát hiện sự cố.

 Hệ thống chiếu sáng đầy đủ, có mái che đảm bảo ánh sáng bên ngoài không làm ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị cảm biến

 Hệ thống cảm biến màu sắc phải xử lí linh hoạt nhạy bén,không bị ảnh hưởng nhiều từ ánh sáng môi trường ngoài

 Cần có hệ thống cảm biến tiệm cận để phát hiện phôi đã được xử lí màu sắc đi qua và gửi tín hiệu cho servo gạt thích hợp

 Sản phẩm nhỏ gọn,lắp đặt dễ dàng,mẫu mã bắt mắt,thiết kế đơn giản,dễ dàng bảo trì

 Từ kết quả từ bước 3:

 ã Motor một pha tựy chọn cú giảm tốc, dải điều khiển tốc độ rộng

 ã Cảm biến làm việc theo nguyờn tắc nhận biết tần số ỏnh sỏng để nhận biết màu sắc

 ã Xilanh cú tiết diện làm việc và ỏp suất theo kớch thước và khối lượng sản phẩm

 Từ kết quả từ bước 4:

 ã Cú thể thay đổi linh hoạt tốc độ băng tải bằng cỏch điều chỉnh tốc độ trục chớnh của motor

 ã Sử dụng cảm biến màu sắc cú nguyờn tắc làm việc đơn giản, dải nhận biết màu rộng

 ã Xilanh cú thể điều chỉnh được ỏp suất phự hợp thụng qua bộ điều ỏp

 Từ kết quả từ bước 5:

 ã Sử dụng motor, cảm biến và xilanh theo tốc độ, màu sắc, hỡnh dạng và khối lượng sản phẩm muốn phân loại.

Thiết lập cấu trúc chức năng

Khi hệ thống hoạt động, các khối trụ tròn được đưa vào băng chuyền qua máng dẫn hoặc thủ công Sản phẩm di chuyển trên băng chuyền đến bộ phận nhận diện, nơi camera thu nhận hình ảnh màu sắc của khối trụ tròn Hệ thống sử dụng công nghệ xử lý ảnh để nhận diện và phân loại các sản phẩm, sau đó tín hiệu được gửi đến bộ xử lý tín hiệu.

PLC xử lý tín hiệu để điều khiển van đảo chiều, giúp xylanh đẩy sản phẩm đã phân loại vào thùng chứa tương ứng Những sản phẩm không được nhận diện sẽ được chuyển đến cuối băng chuyền và đưa vào thùng chứa chung.

2.2.2.Cấu trúc chức năng tổng thể

Phân loại sản phẩm theo màu sắc Điện năng

Phôi được đưa vào băng tải

Tín hiệu điều khiển từ cảm biến

Phôi được phân loại màu sắc

 Cấp phôi và phân loại

Xử lí và điều khiển tín hiệu

Xác định vị trí phôi

Xác định màu sắc phôi Điện năng

Cung cấp khí nén Đóng mở dòng khí nén

Biến đổi thủy khí-động năng Công tắc điện từ

 Xác định vị trí phôi

 Xác định màu sắc phôi

Tín hiệu ra Điện năng

Chuyển ánh sáng thành dòng điện Phát sáng

Chuyển dòng điện sang tần số Phôi

Giảm tốc Điều khiển Đo tốc độ

Phôi Điện năng Điều khiển điện Nén khí

 Xử lý và điều khiền tín hiệu

Phát triển cấu trúc làm việc

2.3.1 Tìm kiếm cấu trúc làm việc Để tìm ra các cấu trúc làm việc, các phương pháp sau được thảo luận:

 Các phương pháp thông thường: tìm kiếm tài liệu và phân tích một giàn thử nghiệm hiện có

 Phương pháp trực quan: động não

Phương pháp rời rạc trong tìm kiếm có hệ thống sử dụng sơ đồ phân loại dựa trên các dạng năng lượng, chuyển động làm việc và bề mặt làm việc, cùng với danh mục các lực khác nhau Để kết hợp các nguyên tắc làm việc đã tìm thấy, một sơ đồ phân loại đã được xây dựng Do hạn chế về không gian, chỉ những chức năng phụ quan trọng nhất và các nguyên tắc làm việc được làm rõ Những nguyên tắc không phù hợp đã bị loại bỏ ngay từ đầu hoặc được gạch bỏ trong sơ đồ phân loại.

1 Động cơ truyền động băng tải Động cơ không đồng bộ 3 pha Động cơ bước Động cơ kích từ song song

2 Cơ cấu truyền động băng tải Băng tải con lăn chuyển động xích

Băng tải vải sợi Băng tải cao su

3 Hệ thống đẩy phôi Cần gạt servo Xi lanh khí nén

4 Bộ điều khiển xử lí trung tâm Vi điều khiển

Xử lý tín hiệu Diều khiển

5 Bộ hiển thị Màn hình cảm ứng Màn hình LCD HDMI

6 Vật liệu phần khung Thép sus 304 Hợp kim nhôm 6061 Inox sus 304

7 Nguồn điện Acquy 12V 220VAC 50-60Hz

8 Hệ thống an toàn Phanh hãm động cơ Nút dừng khẩn cấp

9 Phát hiện màu sắc sản phẩm Cảm biến màu sắc

Cảm biến màu sắc TCS34725

10 Hệ thống phát hiện phôi đi qua Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E86 D80NK

Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E18- D80NK

Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F- DS3OC4

11 Hệ thống giám sát Raspherry Pi 16MP camera module V2

Raspherry Pi 3b 10MP camera OV5647

Raspherry Pi 3b 5MP camera OV5647

12 Hệ thống chiếu sáng 12 đèn LED 10 đèn LED 8 đèn LED

Lựa chọn cấu trúc làm việc

Tiêu chí lựa chọn dựa trên giá thành,độ bền,độ an toàn phù hợp hướng tới nguồn khách hàng tiềm năng là hộ gia đình,doanh nghiệp

1.Động cơ truyền động băng tải

0 1 1 công suất cao,phù hợp với điện áp sử dụng

2.Cơ cấu truyền động băng tải

1 1 0 Bền,truyền động êm,không rung lắc,không phát ra tiếng ồn

3.Đẩy sản phẩm khỏi băng chuyền

1 1 0 Bền,xử lý nhanh gọn

4.Bộ điều khiển xử lí trung tâm

1 1 0 Tính ổn định và tốc độ xử lý

5.Bộ hiển thị 0 1 1 Hiển thị rõ rang,quan sát dễ

6.Vật liệu phần khung 1 1 1 Độ bền cao,tải trọng tốt,chống gỉ

7.Nguồn điện 0 1 0 Công suất lớn,dòng ổn định

8.Hệ thống an toàn 1 1 0 Đảm bảo an toàn cho người vận hành

9.Phát hiện màu sắc sản phẩm

1 1 0 Phát hiện chính xác, kịp thời

10.Hệ thống phát hiện phôi đi qua

0 1 0 Phát hiện chính xác,kịp thời

11.Hệ thống giám sát 1 0 1 Chọn loại camera có độ chuẩn cao,hình ảnh sắc nét

12.Hệ thống chiếu sáng 0 1 0 Đầy đủ,không quá tối mà cũng không quá sáng làm ảnh hưởng đến hoạt động của cảm biến

 Như vậy,concept 2 là giải pháp tối ưu nhất và lựa chọn concept 2 để thiết kế cụ thể

Thiết kế cụ thể

Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

3.1.1.Nhận diện phương án và bắt đầu với giải pháp nguyên tắc

+ Đảm bảo kích thước theo danh sách yêu cầu

+ Đảm bảo an toàn, công thái học và tính thẩm mỹ

+ Khung băng tải chắc chắn, chịu rung động tốt, chống rỉ sét, cách điện

+ Băng tải vận hành ổn định

+ Đảm bảo về các tiêu chí an toàn khi vận hành

+ Chế tạo chính xác, tháo lắp dễ dàng

+ Vật liệu chế tạo thân thiện với môi trường, giá thành hợp lí

+ Hoạt động êm, tiếng ồn và độ rung nhỏ

+ Đảm bảo tốc độ của băng tải

+ Tính chọn kích thước rulo phù hợp với kích thước hệ thống và yêu cầu phân loại

+ Đảm bảo tốc độ phân loại theo yêu cầu

+ Đảm bảo cung cấp đủ áp suất khí cho hệ thống phân loại

 Bộ phận điện tử cảm biến

+Động cơ băng tải có tuổi thọ lâu(>100W),tiếng ồn vận hành máy ( 5 (N) thỏa mãn lực đẩy Công thức tính lực đẩy của xylanh khi piston đi vào:

FA2: Lực tác động khi cần piston đi vào

A2: Diện tích làm việc của piston

4 = 0,785 (cm 2 ) D: Đường kính mặt đáy piston (D= 1,6 cm) d: Đường kính cần piston (d=0,6 cm) pc2: Áp suất khí nén trong xy lanh (pc2 =5kg/cm 2 ) à: Hiệu suất của xy lanh à=0,8

Lực tác dụng khi cần piston đi vào là:

Ta chọn xylanh AIRTAC MA ( 1)

Hình 2: Xy lanh AIRTAC MA

Với thông số kỹ thuật :

 Áp suất chịu được : 1 ~ 9 Bar ( kg/cm2)

Hình 3: Xy lanh quay FESTO

Với thông số kỹ thuật:

 Phương thức hoạt động:tác động kép

 Cấu trúc thiết kế: cánh tay

 Phát hiện vị trí: Đối với cảm biến tiệm cận

 Nhiệt độ làm việc: 0-60 độ

 6ES7215-1AG40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC

Hình 4: PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC

Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng linh hoạt:

+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB) + 8 mô đun tín hiệu (SM)

+ Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM) + Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) đƣợc tích hợp sẵn:

 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC- PLC

 Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở

 Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo

 Hỗ trợ 16 kết nối ethernet

 TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol

- Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:

Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) cho các ứng dụng đếm và đo lường, bao gồm 3 bộ đếm với tần số 100kHz và 3 bộ đếm với tần số 30kHz Ngoài ra, sản phẩm còn được trang bị 2 ngõ ra PTO 100kHz, giúp điều khiển tốc độ và vị trí cho động cơ bước hoặc bộ lái servo (servo drive).

+ Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…

+ 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality)

+ Số chân Digital: 14 (hỗ trợ 6 chân PWM)

+ Dòng ra trên chân Digital: Max 40mA

+ Dung lượng các bộ nhớ:

+ Tốc độ xử lý: 16MHz

Tính năng và ứng dụng:

Arduino là một máy tính nhỏ có khả năng lập trình, cho phép tương tác với môi trường thông qua các cảm biến, đèn và động cơ.

Arduino hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử điều khiển, từ việc chế tạo robot và máy bay không người lái đến các hệ thống điều khiển đơn giản như đèn và động cơ.

Hệ thống có chức năng nhận và phân tích tín hiệu từ cảm biến màu, giúp nhận biết màu sắc của sản phẩm và xuất tín hiệu đến module relay.

- Điện áp nuôi mạch: 5 V/DC

- Dòng tiêu thụ: 200mA/ 1 relay

- Relay trên mạch: đóng ngắt max: 250V/AC- 10A hoặc 30V/DC-10A

Chức năng trong mạch: nhận tín hiệu kích từ Arduino R3 SMD, tiếp đến sẽ đóng ngắt dòng điện có áp là 24V/DC vào INPUT của PLC

 Cảm biến màu săc TCS34725

Hình 8: Cảm biến màu sắc TCS34725

+ Điện áp sử dụng: 3~5V/DC

+ Giải màu sắc đo: RGB 0~255

Cảm biến màu TCS34725 trong hệ thống có khả năng nhận diện màu sắc sản phẩm bằng cách đo độ phản xạ từ ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá và xanh dương, sau đó truyền tín hiệu về Arduino.

 Khối điều khiển động cơ bước(Module TB6560 3A)

+ Module điều khiển động cơ bước TB6560 là module chuyên dùng điều khiển động cơ bước lưỡng cực

+ Module có các chế độ đầy đủ bứớc, nửa bước và vi bước

+ Phương pháp điều kiển đơn giản, chọn dòng ra từ 0.3A đến 3A

+ Điện áp làm việc: 10~35V + Dòng tải tối đa: 3A

+ Tích hợp opto cách ly 6N137 tốc độ cao cách ly tín hiệu điều kiển với board điều khiển, an toàn và chống nhiễu

+ TB6560 có tản nhiệt nhôm lớn, tản nhiệt hiệu quả + Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86,

+ Có công tắc setup dòng tải tối đa 3A + Có công tắc setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16

+ Có công tắc để cài vị trí luôn cố định + Sử dụng đơn giản, cấp nguồn, thông số morto và xung điều kiển

+ Modul TB6560 sử dụng nguồn cấp 12V-DC hoặc 24V-DC cấp cho động cơ bước hoạt động

+ Tạo ra điện áp 5V-DC cấp cho các khối còn lại

+ Cách ly tín hiệu điều khiển với khối Driver động cơ

- Khối tín hiệu điều khiển:

+ Gồm 6 chân: EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+

+ EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/không cho phép modul hoạt động

+ CW-, CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ

+ CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ

+ Với thiết kế 2 chân điều khiển 1 chức năng như thế này, modul TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1

+ Ví dụ khi nối các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC thì ta sẽ đưa tín hiệu điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-

- Khối thiết lập chế độ:

+ Gồm các switch cho phép người dùng thiết lập các chế độ tùy chọn như: Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bước

+ Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động cử động cơ bước

+ Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ

Hình 10: Sơ đồ đấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A

Bước Góc 1.8 o 5% Điện Trở 500VDC/100MΩ/Min

Bền điện môi 50Hz/minute | 500V/Min Nhiệt độ môi trường 20 o C ~ + 50 o C

Moment xoắn tĩnh tối đa 2,5 (Kg.cm) Moment quán tính 2700 (g.cm 2 ) Kích thước thân 76 mm Kích thước trục 34 mm Đường kính trục 12,7/14 mm (tùy chọn) với rãnh then

Dây Dây màu đỏ -A, Dây màu vàng –B

Dây màu xanh lá cây –C, Dây màu xanh dương -D

Cảm biến quang hoạt động bằng cách sử dụng ánh sáng từ bộ phận phát để nhận diện sự hiện diện của vật thể Khi có sự thay đổi tại bộ phận thu, mạch điều khiển của cảm biến sẽ xuất tín hiệu tại ngõ OUT.

Cảm biến quang phản xạ hoạt động dựa trên nguyên tắc phản quang, với đầu thu quang và nguồn phát nằm cùng phía Tia sáng từ nguồn phát đi qua thấu kính và chiếu tới một thước đo chuyển động, nơi có các vạch chia phản quang và không phản quang Khi tia sáng gặp vạch chia phản quang, nó sẽ bị phản xạ trở lại đầu thu quang.

Hình 13 Sơ đồ nguyên lý cảu cảm biến quang

3.1.4.Tìm kiếm giải pháp và các chức năng phụ trợ

Các bộ phận thực hiện chức năng phụ được chia thành ba nhóm:

 Các cụm bộ phận kết nối các bộ phận thực hiện chức năng chính với nhau

 Các cụm bộ phận hỗ trợ những bộ phận thực hiện chức năng chính di chuyển so với khung

 Các cụm bộ phận kết nối vĩnh viễn các bộ phận thực hiện chức năng chính với khung

Các bộ phận thực hiện chức năng phụ kết nối các bộ phận thực hiện chức năng chính với nhau là:

 Mối nối bắt vít giữa đòn bẩy và mẫu thử; vòng đệm để tránh mômen uốn bổ sung và đảm bảo lắp ráp dễ dàng

 Thiết kế tấm đỡ bằng thép để giúp cố định các xilanh, động cơ

Các bộ phận thực hiện chức năng phụ được sử dụng để kết nối vĩnh viễn các bộ phận thực hiện chức năng chính với khung là:

 Các sản phẩm bán thành phẩm đơn giản (thép tấm hàn), mà các bộ phận mang chức năng chính đã được bắt vít

3.1.5.Đánh giá sử dụng các tiêu chí kinh tế kỹ thuật

Chỉ có một phương án được phát triển, dẫn đến việc không có sự lựa chọn nào khác, và việc đánh giá chỉ dựa trên tiêu chí từ danh sách yêu cầu Mục tiêu chính là xác định và loại bỏ các điểm yếu trong phương án cuối cùng.

 Quy trình bao gồm các bước sau

 Xác định các tiêu chí đánh giá

 Đánh giá xem các thông số có đáp ứng các tiêu chí đánh giá hay không

 Xác định đánh giá tổng thể

Để cải thiện hiệu suất, cần loại bỏ các điểm yếu theo yêu cầu Đầu tiên, các tham số có giá trị thấp nhất đã được xác định và từ đó, một đề xuất đã được đưa ra.

Một số lỗi trong quá trình điều hành có thể xảy ra, đặc biệt là liên quan đến tốc độ động cơ Điểm yếu chính là tốc độ có thể được cài đặt cao hơn mức cần thiết để đạt được mô-men xoắn cực đại Hơn nữa, quá trình vận hành động cơ nên diễn ra từ từ để hạn chế lượng nhiệt tỏa ra.

Để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, phạm vi cho phép tăng tốc và tốc độ hoạt động của động cơ được hiển thị rõ ràng trên tốc kế Nếu động cơ vượt quá tốc độ quy định, máy sẽ tự động tắt để ngăn chặn sự cố.

Mức độ an toàn cao Điểm yếu: bộ truyền đai không được bảo vệ

Biện pháp khắc phục: cung cấp vỏ bảo vệ

Tích hợp hệ thống

 Sơ đồ khối tổng thể

Khối xử lý tín hiệu màu sắc

Cảm biến màu sắc TCS37425

Khối ngõ ra Đèn báo Driver kho Động cơ bước Đèn báo phân loại màu

 Sơ đồ nối dây PLC

 Sơ đồ nối dây động cơ bước

 Sơ đồ nối dây bộ xử lý tín hiệu màu sắc

 Lưu đồ thuật toán điều khiển

Trở về vị trí nhận phôi

Chạy đến vị trí cảm biến màu sắc

Cảm biến nhận biết phôi màu lục

Cảm biến nhận biết phôi màu đỏ

Cảm biến nhận biết phôi màu vàng Đến vị trí chứa phôi màu lục Đến vị trí chứa phôi màu đỏ Đến vị trí chứa phôi màu vàng

Hoàn thành và chuyển hàng vào kho

Phác thảo sản phẩm

 Khung băng tải hệ thống

Người vẽ Lê Duy Nhất 08/05/2021 KHUNG BĂNG TẢI

Trường Đại học công nghiệp Hà Nội Lớp: CĐT2-K13

Vật liệu:Hợp kim nhôm 6061

Người vẽ Lê Duy Nhất 08/05/2021 Thùng cấp phôi

Trường Đại học công nghiệp Hà Nội Lớp: CĐT2-K13

Vật liệu:Hợp kim nhôm 6061