Chương 1 đã trình bày tổng quan về thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, với mục tiêu chính là tự động hóa quá trình phân loại và nâng cao hiệu quả sản xuất. Qua việc phân tích yêu cầu công nghệ và quy trình hoạt động của hệ thống, chúng em đã xác định được các thành phần cần thiết, bao gồm cảm biến, xi lanh, và PLC. Hệ thống được thiết kế để hoạt động liên tục, từ việc phát hiện sự có mặt của sản phẩm trong khoang chứa đến việc phân loại và di chuyển sản phẩm dựa trên màu sắc. Việc lựa chọn PLC phù hợp không chỉ đảm bảo khả năng kết nối các thiết bị mà còn giúp tối ưu hóa quy trình điều khiển, tăng cường tính linh hoạt và khả năng mở rộng cho hệ thống trong tương lai.
Những phân tích và thiết kế được trình bày trong chương này sẽ là nền tảng vững chắc cho các chương tiếp theo, nơi chúng em sẽ đi sâu vào chi tiết thiết kế kỹ thuật, lập trình và kiểm tra hoạt động của hệ thống. Qua đó, mong muốn mang đến một giải pháp hiệu quả và hiện đại cho quá trình phân loại sản phẩm trong ngành công nghiệp. 9 CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 2. Sơ đồ khối của hệ thống Hệ thống phân loại vật dựa trên màu sắc sử dụng các cảm biến, xilanh khí nén, và bộ điều khiển PLC để thực hiện quá trình này một cách chính xác và nhanh chóng.
Sơ đồ khối dưới đây thể hiện các thành phần chính và mối quan hệ giữa chúng trong hệ thống. Các thiết bị từ cảm biến màu, cảm biến vật, cho đến xilanh khí nén và van điện từ đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo vật thể được phân loại đúng và đưa vào các khoang chứa tương ứng. Sơ đồ khối của hệ thống. 10 - Nút nhấn: thực hiện vai trò đóng ngắt điện từ xa cho các thiết bị sử dụng điện.
- Nút dừng khẩn cấp: thường dùng trong các ứng dụng như dừng khẩn cấp nguồn, dừng tín hiệu hoặc báo tín hiệu về bộ xử lý trong trường hợp khẩn cấp. - Cảm biến màu: có nhiệm vụ phát hiện và phân loại các màu khác nhau khi đi qua cảm biến. - Cảm biến vật: có nhiệm vụ phát hiện vật khi đi qua cảm biến. - Cảm biến hành trình: Dùng để báo trạng thái của xilanh.
- PLC: thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output). - Van điện từ: Điều khiển lưu lượng khí nén hoặc chất lỏng ra vào xilanh. - Xilanh: Có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động.
- Đèn báo: Hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống, giúp người vận hành theo dõi và giám sát quá trình phân loại. - Đèn báo lỗi: Phát tín hiệu khi hệ thống gặp sự cố hoặc hoạt động bất thường, giúp phát hiện và xử lý lỗi kịp thời. Lựa chọn thiết bị Giả sử sản phẩm cần phân loại là hình cầu có kích thước đường kính khoảng 10cm và khối lượng khoảng 5kg. Khung đỡ cao khoảng h=60cm (sản phẩm rơi đến khoang 2𝑥𝑆 chứa 2).
Áp dụng công thức 𝑡 = √ ≈ 0.1) ta có khoảng thời gian vật rơi tự 𝑔 do xuống. Lựa chọn khoang chứa 1 11 Khoang chứa sản phẩm là một không gian dùng để chứa đựng sản phẩm trước khi được đem đi phân loại thường được chế tạo thành khối trụ rỗng để có thể chứa sản phẩm ở bên trong Cấu tạo khoang chứa bao gồm: - Vật liệu: thường làm thép không gỉ hoặc nhựa công nghiệp để đảm bảo độ bền, có thể thay thế khi có sự cố hỏng hóc và dễ vệ sinh. - Thiết kế: Có cấu trúc hình trụ nón có đường ống thông xuống có kích thước vừa với sản phẩm để cho sản phẩm có thể tự di chuyển xuống dưới tác dụng trọng lực Hình 2. Khoang chứa sản phẩm cần phân loại Bảng 2.
Thông số kĩ thuật khoang chứa sản phẩm cần phân loại: Dung tích chứa 1200 lít Đường kính bồn chứa 110 cm Chiều cao bồn chứa 120 cm Đường kính ống thông sản phẩm 12 cm 12 2. Lựa chọn nguồn cấp Hệ thống phân loại sản phẩm dùng PLC để điều khiển. Vì thế cần phải có nguồn cấp cho PLC và các ngõ vào/ra của PLC (các nút nhấn, cảm biến, van điện từ). Dựa vào thông số kĩ thuật của các thiết bị đã chọn để đồng bộ các thiết bị và nguồn cấp nên chúng em lựa chọn nguồn cấp 24V DC phù hợp cho hệ thống hoạt động.
Dòng điện tiêu thụ của các thiết bị được tính dựa trên công suất của từng thiết bị và điện áp sử dụng. Dưới đây là dòng điện của từng loại thiết bị: - PLC: Công suất 35W. Dòng điện = Công suất / Điện áp = 35W / 24V = 1.45A -Cảm biến màu Autonics BC15-LDT-C: 3W.125A - Cảm biến từ SMC D-A93: 1W.168A - Cảm biến vật hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4: 1.125A - Van điện từ LAIZE 4V220-08: 4.2A x 2 van điện từ = 0.4A - Nút nhấn và nút dừng khẩn cấp: Tiêu thụ không đáng kể có thể bỏ qua -Đèn báo: Tiêu thụ không đáng kể có thể bỏ qua Tổng dòng điện tiêu thụ cần thiết cho hệ thống = 1.26A 13 Để hệ thống hoạt động ổn định, nên chọn nguồn có khả năng cấp dòng điện lớn hơn khoảng 20-30% so với dòng tiêu thụ tối đa: + Dòng điện nguồn yêu cầu = 2. Chọn nguồn có dòng cung cấp tối thiểu là 5A để đảm bảo hoạt động ổn định.32W Vậy chúng em cần lựa chọn nguồn điện có công suất đầu ra tối thiểu 70.32W với điện áp 24V DC và dòng điện ít nhất là 2.
Với các số liệu kết quả đã phân tích ở trên chúng em lựa chọn: Bộ nguồn Omron S8VK-C12024 5A 24VDC 120W Hình 2. Nguồn cấp Omron S8VK-C12024 5A 24VDC 120W Lý do lựa chọn: - Công suất dư dả: Với công suất 120W, bộ nguồn này vượt quá công suất yêu cầu (70.32W) của hệ thống, giúp hệ thống hoạt động ổn định và có dư công suất để dự phòng cho các trường hợp tăng tải đột ngột. 14 - Dòng điện đầu ra đủ mạnh: Với dòng điện tối đa 5A, bộ nguồn này cung cấp dòng điện dư dả hơn, đảm bảo hệ thống không gặp hiện tượng sụt áp khi có các thiết bị cần nhiều dòng. - Thiết kế bền bỉ và bảo vệ an toàn: S8VK-C12024 có tính năng bảo vệ quá dòng, quá áp và quá nhiệt, rất phù hợp với các môi trường công nghiệp yêu cầu độ bền cao và tính an toàn.
- Kích thước nhỏ gọn: Bộ nguồn này có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt vào tủ điện công nghiệp hoặc các vị trí hạn chế về không gian. Thông số kĩ thuật nguồn cấp: Model Omron S8VK-C12024 Điện áp đầu vào 1P, 100-240 VAC/90-350VDC Công suất 120 W Điện áp đầu ra 24V DC Dòng định mức đầu ra 5A Dòng định mức đầu vào 2.4A (230VAC) Tần số 50/60 Hz (47-450 Hz) Cường độ dòng điện đầu vào 0.36 mA (230VAC) Phạm vi điều chỉnh điện áp –10% đến 15% Trọng lượng 580 g 2. Lựa chọn cảm biến vật Cảm biến vật (hay cảm biến phát hiện vật thể) là thiết bị dùng để nhận biết sự hiện diện, vị trí, hoặc chuyển động của một vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Cảm biến này thường được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa, dây chuyền sản xuất, và 15 các thiết bị công nghiệp để đếm sản phẩm, phát hiện vật cản, hoặc điều khiển quá trình sản xuất.
Dựa vào thông số bộ nguồn đã chọn ta cần chọn loại cảm biến điện áp đầu vào là V=24V DC, khoảng cách phát hiện vật phải lớn hơn 50mm nên chúng em quyết định chọn: Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4 vì chất lượng tốt với độ bền và độ ổn định cao. Cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V dùng ánh sáng hồng ngoại để nhận biết vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 có thể chỉnh khoảng cách mong muốn thông qua biến trở. Cảm biến có dải điện áp rộng, rất thích hợp với PLC.
Thông số kỹ thuật cảm biến vật: Model OMDHON E3F-DS30C4 Số dây tín hiệu 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu). 16 Chân tín hiệu ngõ ra cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector nên sẽ cần phải có trở kéo (khoảng 1~10K) lên chân nguồn dương VCC để tạo thành tín hiệu mức cao (High). Nguồn điện cung cấp 6 ~ 36VDC Khoảng điều chỉnh phát hiện vật cản 5~30cm (điều chỉnh bằng biến trở trên của cảm biến cảm biến). Dòng tải tối đa 300mA.
Đèn led Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ Chất liệu sản phẩm vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập. Kích thước 18 x 70mm.5W Sơ đồ dây: - Màu Nâu (Brown): chân nguồn dương VCC cấp nguồn từ 6 ~ 36VDC. - Màu Đen (Black): chân tín hiệu SIGNAL đầu ra cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector. - Xanh Dương (Blue): chân nguồn âm GND 0VDC.
Ứng dụng trong hệ thống: - Phát hiện sản phẩm trong khoang chứa: Xác định sản phẩm đã rơi vào khoang chứa. - Phát hiện khi sản phẩm đến đúng vị trí phân loại: Xác định sản phẩm đã rơi xuống hoặc đang ở vị trí cần phân loại. Lựa chọn cảm biến màu Cảm biến màu là một loại cảm biến quang học có khả năng nhận biết và phân loại màu sắc của vật thể. Cảm biến này hoạt động dựa trên việc phân tích ánh sáng phản xạ từ bề mặt vật thể, sau đó so sánh với các dải màu đã được lập trình trước để xác định màu sắc của vật thể đó.
Dựa vào công suất bộ nguồn đã chọn ở trên ta lựa chọn cảm biến màu phải có điện áp đầu vào V = 24V DC và dùng để phân biệt 2 màu sắc (đen, trắng) cho nên chúng em lựa chọn cảm biến màu: Cảm biến màu Autonics BC15-LDT-C vì đáp ứng đủ nhu cầu cũng như chất lượng tốt ,với độ bền và độ ổn định cao. Cảm biến màu Autonics BC15-LDT-C Cảm biến màu Autonics BC15-LDT-C là một loại cảm biến quang học chuyên dụng, được thiết kế để phát hiện và phân biệt các màu sắc của vật thể trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.