CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng 1.1 Khái niệm chung Hiện nay công việc phân loại và đếm sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc phân loại và đếm gạch men, các loại trái cây như dừa, bưởi, các thùng hàng…là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất.
Hệ thống phân loại sản phẩm là một hệ thống do con người tạo nên. Do vậy, nó phục vụ mục đích và nhu cầu cho người sử dụng. Dựa vào những đặc điểm, tính năng khác nhau mà sẽ có những hệ thống khác nhau. Từ đó tăng năng suất sản suất, giảm tổn hao công sức của người.2 Phân loại các hệ thống phân loại sản phẩm Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng sản phẩm mà ta có thể đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau.
Hiện nay có một số phương pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong đời sống như: Phân loại sản phẩm theo khối lượng Hình 1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản DATN: Thiết kế, thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Trang - 9 - SVTH: Võ Duy Tuyền – Bùi Ngọc Huy GVHD: TS. Nguyễn Phú Sinh phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo). Phân loại sản phẩm theo màu sắc Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp: - Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói. - Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả… - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm Cũng như các hệ thống phân loại sản phẩm trên, nhiệm vụ chính của hệ thống phân loại sản phẩm theo khôi lượng là phân loại và đếm chính xác các sản phẩm được đưa vào băng chuyền.
Ở hệ thống này bộ phận nhận dạng sản phẩm sẽ là cảm biến khối lượng (loadcell); bộ phận đẩy sản phẩm là động cơ servo “MG995” để đẩy sản phẩm vào băng chuyền và “MG90S” để phân loại sản phẩm.1 Các vấn đề đặt ra 1.1 Mục tiêu Muc tiêu đề tài đặt ra là nghiên cứu chế tạo Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng có thể phân loại và đếm chính xác với ba mức khối lượng khác nhau. Điều khiển được xilanh và hệ thống hoạt động dựa vào lập trình và điều khiển PLC. Sản phẩm hoạt thiện có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.2 Các yêu cầu cần thiết Về cơ khí: Phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thõa mãn mục tiêu đề tài: Nhỏ, gọn, nhẹ bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng DATN: Thiết kế, thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Trang - 10 - SVTH: Võ Duy Tuyền – Bùi Ngọc Huy GVHD: TS. Nguyễn Phú Sinh lắp đặt và sửa chữa.
Vấn dề điểu khiển: Điều khiển hoàn toàn tự động và hiển thị kết quả ra màn hình HMI.3 Giới hạn đề tài Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu. Hiện nay trong các nhà máy, xí nghiệp đã có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đồ án môn học, với những giới hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài được giới hạn với những tính năng sau: - Kích thước: 120x60 cm - Hệ thống điều khiển: Sử dụng PLC S7-1200 để đọc tín hiệu Analog được gửi từ cảm biến khối lượng, nhận tín hiệu từ các nút nhấn, cảm biến và truyền dữ liệu đến các động cơ cũng như màn hình HMI để điều khiển mô hình. - Cơ cấu đẩy: Xilanh- khí nén.
- Động cơ truyền động: Động cơ điện một chiều. - Khối nguồn hệ thống: Nguồn điện một chiều 24V. - Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tuần tự và đồng thời: Cụ thể là đầu tiên nghiên cứu mô hình cụ thể sau đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những giới hạn của đề tài qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định các thông số cơ bản. Nghiên cứu phương pháp đọc tín hiệu analog của loadcell bằng PLC S7-1200 qua mạch khuếch đại JY-S60 và giao tiếp với HMI bằng truyền thông Ethernet để đọc tín hiệu loadcell từ Arduino.
Nghiên cứu phương pháp pháp điều khiển tuần tự xilanh-khí nén.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Hệ thống phân loại theo khối lượng với ba mức khối lượng là vật nhẹ, vật trung bình và vật nặng rồi đếm số lượng sản phẩm của từng loại. Khi nhấn nút khởi động, động cơ một chiều truyền chuyển động cho băng chuyển thông qua dây đai. Nguyên lý hoạt động được chia thành các quá trình: - Quá trình cân và cấp sản phẩm vào băng chuyển: Khi cho sản phẩm đặt trên DATN: Thiết kế, thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Trang - 11 - SVTH: Võ Duy Tuyền – Bùi Ngọc Huy GVHD: TS. Nguyễn Phú Sinh cảm biến trọng lượng, cảm biến sẽ tự động cân trọng lượng sản phẩm và xuất ra giá trị analog tương ứng vào mạch sẽ xử lý và gửi tín hiệu về PLC.
Bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu cho van khí nén, van sẽ xả khí vào xilanh đẩy sản phẩm vào băng chuyền. Hai cảm biến hồng ngoại được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự lần lượt là số kg mà ta đã setup trên Wincc và tính từ đầu băng chuyền. - Quá trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: Tùy thuộc vào khối lượng của sản phẩm mà PLC nhận được để phân loại. Nếu sản phẩm có khối lượng <0,5kg đi qua cảm biến ở vị trí phân loại x1 kg thì PLC sẽ phát xung tín hiệu điều khiển xilanh phân loại 1-1,5kg dể đưa sản phẩm ra khuôn chứa bên phải.
Nguyên lý thực hiện tương tự đối với sản phẩm 1,5-2kg thì vật sẽ được đưa vào khuôn chứa bên trái. Còn với sản phẩm 1kg thì step hoạt động để sản phẩm đi thẳng. - Mỗi loại sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được đếm bằng các cảm biến hồng ngoại và hiển thị số lượng lên màn hình Wincc. - Các thao tác khởi động, dừng, reset, setup số kg và hiển thị thông số hệ thống đều được thực hiện trên màn hình Wincc.4 Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống 1.1 Ý nghĩa Tạo ra một hệ thống hoàn toàn tự động để tiết kiệm thời gian, nâng cao năng xuất, giảm giá thành sản phẩm.
Giảm bớt sức lao động của con người, làm cho việc quản lý trở nên dễ dàng. Cải thiện được điều kiện làm việc của công nhân, có thể thay cho con người làm việc ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiêm, độc hại.2 Ứng dụng Ứng dụng được trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp: Sử dụng để phân loại sản phẩm. Ứng dụng được vào nông nghiệp: giúp tăng cường quản lý chất lượng, định giá, chế biến và vận chuyển hoa quả. Nó cung cấp thông tin cần thiết để quyết định và thực hiện các quy trình sản xuất và tiêu thụ một cách hiệu quả và đáng tin cậy.
DATN: Thiết kế, thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Trang - 12 - SVTH: Võ Duy Tuyền – Bùi Ngọc Huy GVHD: TS. Nguyễn Phú Sinh CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ SỬ DỤNG 2.1 Chọn bộ điều khiển Nhóm đồ án lựa chọn PLC S7 1200 CPU: 1214 DC/DC/DC cho đồ án.1 PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC Thông số Model 1214 DC/DC/DC Kích thước 114x117x90 mm Bộ nhớ người dùng Bộ nhớ làm việc 100kB Bộ nhớ nạp 2MB Bộ nhớ giữ lại 4kB I/O tích hợp Kiểu số 14 ngõ vào/10 ngõ ra Kiểu tương tự 2 ngõ vào Kích thước ảnh tiến trình 1024 ngõ vào/1024 ngõ ra Bộ nhớ bit M 8192 Byte Độ mở rộng các module tín hiệu 2 Bảng tín hiệu 1 Các module truyền thông 3 module mở rộng về bên trái Bộ đếm tốc độ cao 6 Đơn pha 5 tại 100kHZ 1 tại 20kHZ Thẻ nhớ Thẻ nhớ Simatic tùy chọn Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian thực 10 ngày Profinet 1 truyền thông Tốc độ tính toán thực 18 ms/lệnh Tốc độ thực thi boolean 0.1 ms/lệnh Bảng 3. 1 Thông số S7 1200 CPU 1214 DC/DC/DC DATN: Thiết kế, thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Trang - 19 - SVTH: Võ Duy Tuyền – Bùi Ngọc Huy GVHD: TS. Nguyễn Phú Sinh 2.2 Chọn loadcell Hình 3.
2 Loadcell S-120 Thông số kĩ thuật: Model S-120-24 Điện áp đầu vào 110V/220V AC Điện áp đầu ra 24VDC Dòng điện đầu ra 5A Công suất 120W Trọng lượng 520g Kích thước 199x98x38 Chất liệu vỏ Kim loại Nhiệt độ làm việc 0-40oc Bảng 3. 2 Thông số loadcell 2.3 Chọn bộ khuếch đại loadcell Hình 3. 3 Bộ khuếch đại loadcell 2.4 Chọn nguồn tổ ong Thông số kĩ thuật: Model S-120-24 Điện áp đầu vào 110V/220V AC Điện áp đầu ra 24VDC Dòng điện đầu ra 5A Công suất 120W Trọng lượng 520g Kích thước 199x98x38 Chất liệu vỏ Kim loại Nhiệt độ làm việc 0-40oc Bảng 3.3 Thông số nguồn tổ ong 24V Hình 3. 4 Nguồn tổ ong 24V DATN: Thiết kế, thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Trang - 20 - SVTH: Võ Duy Tuyền – Bùi Ngọc Huy GVHD: TS.
Nguyễn Phú Sinh 2.5 Chọn relay trung gian Thông số kĩ thuật: Model LY2N 24V-5A Kích thước 3.5x2cm Điện áp cuộn hút 24VDC Dòng qua các tiếp điểm 5A Số chân 8 chân Bảng 3. 2 Thông số relay trung gian Bảng 3. 3 Relay trung gian 2.6 Chọn van điện từ Thông số van điện từ 5/2: Số cổng 5 cổng 2 vị trí Kích thước cổng 1/4’’ ren 13 Áp suất hoạt động 0.8 Mpa Nhiệt độ hoạt động -10-70 oC Coil 1 coil 24 VDC Bảng 3. 4 Thông số van điện từ 5/2 2.7 Chọn xy lanh Thông số xy lanh: Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 0.7 MPa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.