CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 1. Giới thiệu chung Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng.
Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 1.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc. 5 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định màu sắc của sản phẩm. Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau. Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết: - Chuyển động của băng chuyền.
Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian. - Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau. Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén. Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xylanh đẩy vào băng chuyền.
Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phân loại với màu sắc khác nhau. Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm. Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như: • Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được 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 như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng. • Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa… 1. Các vấn đề đặt ra Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa. Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC.
Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết. 6 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN Các vấn đề cần được giải quyết đó là: - Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa. - Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động. - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.
Phương pháp nghiên cứu Đề tài “Phân loại sản phẩm theo màu sắc” đã được nhiều sinh viên của các trường nghiên cứu và thực hiện. Đồng thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những mô hình đơn giản. Mô hình này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm tác giả đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: * Phương pháp tuần tự và đồng thời Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể là việc đầu tiên là nghiên cứu mô hình cụ thể sau đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong thiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản. Từ đó, áp dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài.
* Phương pháp thực nghiệm Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo hoàn thiện. Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa có trên thị trường. Sau đó chế tạo thật mô hình. Cho chạy thử hết công suất, sau khi đã vận hành hết các chức năng cũng như công suất của hệ thống để rút ra giới hạn của hệ thống từ đó đưa ra phương án cải tiến hay thay thế từ đó đưa ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệ thống, vận tốc của băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng, năng suất của hệ thống.
Phạm vi giới hạn 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 có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất 7 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau: - Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 1700 x 700 x 400 (mm) - Khối lượng: 30 Kg - Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén. - Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston.
- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều. - Hệ thống dẫn động: Băng chuyền. - Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V. 8 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.
Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm 2. Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phân loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc. Một hệ thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hoãn hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.
Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong các nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo màu sắc. a) Phân loại sản phẩm theo màu sắc Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
9 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN ➢ Cấu tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1) có cấu tạo chính gồm: - Một băng chuyền. - Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. - Cảm biến nhận biết màu sắc. - Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. - Các van đảo chiều. - Các rơ le trung gian. - Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.
➢ Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.
➢ Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động. 10 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN b) Phân loại sản phẩm theo màu sắc Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc. ➢ Cấu tạo: - Hai băng chuyền. - Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Ba cảm biến nhận biết màu sắc. - Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm. - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. - Hai van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian. - Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống. 11 Đồ án tốt nghiệp KHOA ĐIỆN ➢ Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau.