Khóa luận: Thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-200

Khám phá đồ án thiết kế dây chuyền phân loại sản phẩm tự động dùng PLC S7-200. Tìm hiểu giải pháp tối ưu cho sản xuất công nghiệp.

• Tác giả: Mai Văn Đại
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Sơn
• Trường học: Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Cơ Điện – Công Trình
• Đề tài: Thiết Kế Dây Chuyền Tự Động Phân Loại Sản Phẩm Sử Dụng PLC S7-200
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm tự động PLC S7 200

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tự động hóa đóng vai trò then chốt giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Một trong những ứng dụng quan trọng là thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-200. Hệ thống này thay thế sức lao động thủ công, giảm thiểu sai sót và tối ưu hóa quy trình sản xuất. PLC (Programmable Logic Controller) S7-200 của Siemens, cụ thể là dòng CPU 224 hoặc CPU 226, là bộ não điều khiển toàn bộ hoạt động. Nó nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý theo chương trình đã lập và ra lệnh cho các cơ cấu chấp hành như xi lanh khí nén hay động cơ băng tải. Các dây chuyền này có khả năng phân loại sản phẩm dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau như chiều cao, trọng lượng, màu sắc, hoặc mã vạch. Nghiên cứu của Mai Văn Đại (2017) đã chỉ ra rằng việc áp dụng PLC S7-200 vào các mô hình phân loại quy mô vừa và nhỏ mang lại hiệu quả kinh tế cao, chi phí đầu tư hợp lý và khả năng vận hành ổn định. Các hệ thống này thường là chủ đề phổ biến trong các đồ án tốt nghiệp tự động hóa nhờ tính thực tiễn và khả năng tích hợp nhiều kiến thức chuyên ngành.

1.1. Khái niệm về dây chuyền sản xuất tự động hóa

Một dây chuyền sản xuất tự động hóa là một hệ thống tích hợp các thiết bị máy móc, robot và hệ thống điều khiển để thực hiện các công đoạn sản xuất một cách tuần tự mà không cần hoặc cần rất ít sự can thiệp của con người. Đặc điểm của dây chuyền này là sản phẩm hoặc bán thành phẩm di chuyển liên tục từ công đoạn này sang công đoạn khác theo một nhịp sản xuất đã được lập trình sẵn. Trái tim của hệ thống này là hệ thống điều khiển tự động, thường sử dụng PLC. Mục tiêu chính là tăng sản lượng, đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm, giảm chi phí nhân công và nâng cao an toàn lao động. Các dây chuyền này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ đóng gói sữa, lắp ráp linh kiện điện tử đến phân loại nông sản.

1.2. Vai trò của PLC S7 200 trong hệ thống điều khiển

PLC S7-200 là một bộ điều khiển logic khả trình nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ của Siemens, rất phù hợp cho các bài toán điều khiển tự động quy mô nhỏ và vừa. Trong một mô hình phân loại sản phẩm, PLC S7-200 đóng vai trò là trung tâm xử lý. Nó nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến quang, cảm biến tiệm cận để xác định sự hiện diện và đặc tính của sản phẩm. Dựa trên chương trình được nạp bằng phần mềm Step 7 Micro/WIN, PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển đầu ra để kích hoạt các rơ-le, van điện từ, từ đó điều khiển xi lanh khí nén đẩy sản phẩm hoặc động cơ băng tải di chuyển. Khả năng chống nhiễu tốt, lập trình đơn giản và độ tin cậy cao là những ưu điểm vượt trội giúp PLC S7-200 trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng công nghiệp.

II. Thách thức trong phân loại thủ công và yêu cầu bài toán

Phương pháp phân loại sản phẩm thủ công tồn tại nhiều hạn chế, là rào cản lớn đối với các doanh nghiệp muốn nâng cao năng lực cạnh tranh. Lao động thủ công phụ thuộc nhiều vào yếu tố con người, dẫn đến năng suất thấp, thiếu ổn định và tỷ lệ sai sót cao. Chất lượng sản phẩm đầu ra không đồng đều, gây ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu. Hơn nữa, chi phí nhân công ngày càng tăng cao, trong khi môi trường làm việc lặp đi lặp lại có thể gây mệt mỏi và giảm hiệu suất. Từ những thực trạng này, yêu cầu về một giải pháp tự động hóa trở nên cấp thiết. Bài toán đặt ra là cần thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm có khả năng hoạt động ổn định, chính xác và linh hoạt. Hệ thống phải tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm theo tiêu chí cụ thể, ví dụ như phân loại theo chiều cao. Toàn bộ quy trình phải được điều khiển bởi một hệ thống điều khiển tự động đáng tin cậy, mà ở đây PLC S7-200 là một lựa chọn tối ưu. Đây cũng là một đề tài thường thấy trong các báo cáo thực tập PLC của sinh viên kỹ thuật.

2.1. Phân tích nhược điểm của phương pháp phân loại thủ công

Phân loại thủ công bộc lộ nhiều nhược điểm cố hữu. Tốc độ phân loại bị giới hạn bởi khả năng của con người, khó đáp ứng các dây chuyền sản xuất quy mô lớn. Sự thiếu nhất quán trong quá trình làm việc giữa các công nhân khác nhau hoặc tại các thời điểm khác nhau dẫn đến chất lượng không đồng đều. Sai sót do mệt mỏi, mất tập trung là không thể tránh khỏi, gây lãng phí và tăng chi phí sản xuất. Môi trường làm việc độc hại hoặc yêu cầu điều kiện vệ sinh nghiêm ngặt cũng là một thách thức lớn đối với việc sử dụng nhân công. Việc tự động hóa quy trình này giúp giải quyết triệt để các vấn đề trên, tạo ra một quy trình sản xuất khoa học và hiệu quả.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với một hệ thống phân loại tự động

Một hệ thống phân loại tự động hiệu quả cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Thứ nhất, hệ thống phải có độ chính xác cao trong việc nhận dạng và phân loại. Điều này đòi hỏi lựa chọn và lắp đặt các cảm biến quang hoặc cảm biến màu sắc phù hợp. Thứ hai, tốc độ phân loại phải đủ nhanh để đồng bộ với toàn bộ dây chuyền sản xuất. Thứ ba, hệ thống phải hoạt động ổn định, bền bỉ trong môi trường công nghiệp và dễ dàng bảo trì, sửa chữa. Cuối cùng, hệ thống điều khiển tự động phải linh hoạt, cho phép dễ dàng thay đổi thuật toán hoặc nâng cấp khi cần, ví dụ như thêm khả năng phân loại theo trọng lượng hoặc phân loại theo mã vạch.

III. Phương pháp thiết kế cơ cấu chấp hành cho dây chuyền tự động

Cơ cấu chấp hành là bộ phận trực tiếp thực hiện các thao tác vật lý trong dây chuyền, biến tín hiệu điều khiển từ PLC thành hành động cơ học. Việc thiết kế hệ thống này đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng về cơ khí, động lực học và lựa chọn thiết bị. Thành phần cốt lõi của hệ thống là băng tải phân loại sản phẩm, có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm qua khu vực nhận dạng và phân loại. Động cơ băng tải thường là loại động cơ DC có hộp giảm tốc để đảm bảo momen xoắn lớn và tốc độ ổn định. Để phân loại, hệ thống sử dụng các cơ cấu chấp hành như xi lanh khí nén. Khi PLC nhận tín hiệu từ cảm biến, nó sẽ kích hoạt van điện từ để điều khiển xi lanh đẩy sản phẩm vào đúng vị trí. Theo tài liệu thiết kế của Mai Văn Đại, việc lựa chọn xi lanh tác dụng kép mang lại sự linh hoạt trong điều khiển. Toàn bộ hệ thống cơ khí được mô hình hóa 3D trên các phần mềm như Autodesk Inventor trước khi chế tạo để đảm bảo tính chính xác và khả năng lắp ráp.

3.1. Tính toán và lựa chọn hệ thống băng tải sản phẩm

Hệ thống băng tải bao gồm hai phần chính: băng tải chính đưa sản phẩm vào và băng tải phụ để chuyển các sản phẩm đã được phân loại. Việc thiết kế bắt đầu bằng việc xác định các thông số như chiều dài, chiều rộng băng tải dựa trên kích thước sản phẩm. Lựa chọn loại băng tải đai là phù hợp cho các sản phẩm dạng rời rạc. Động cơ được chọn là động cơ băng tải DC 24V có tích hợp bộ giảm tốc để đáp ứng yêu cầu về tải trọng nhỏ và tốc độ chậm. Bộ truyền động từ động cơ đến con lăn chủ động thường sử dụng bộ truyền đai vì hoạt động êm, kết cấu đơn giản và có khả năng bảo vệ động cơ khi quá tải nhờ sự trượt đai.

3.2. Thiết kế cơ cấu phân loại sử dụng xi lanh khí nén

Cơ cấu phân loại có nhiệm vụ đẩy sản phẩm từ băng tải chính vào các ngăn chứa tương ứng. Xi lanh khí nén tác dụng kép là lựa chọn tối ưu cho nhiệm vụ này. Ưu điểm của nó là tốc độ đáp ứng nhanh, lực đẩy lớn và cấu tạo đơn giản. Khi cảm biến quang phát hiện sản phẩm đúng loại, PLC sẽ xuất tín hiệu điều khiển van điện từ 5/2. Van này sẽ cấp khí nén vào xi lanh, làm pít-tông di chuyển tịnh tiến và đẩy sản phẩm. Hành trình của xi lanh được tính toán cẩn thận để đảm bảo đẩy sản phẩm vào đúng vị trí mà không gây hư hỏng. Đây là một cơ cấu chấp hành phổ biến trong các hệ thống nhận dạng sản phẩm.

3.3. Lựa chọn và bố trí hệ thống cảm biến nhận dạng

Cảm biến là "mắt thần" của hệ thống, quyết định độ chính xác của quá trình phân loại. Trong mô hình phân loại theo chiều cao, hệ thống sử dụng các cảm biến quang (cụ thể là cảm biến laser dạng thu-phát). Nhiều cảm biến được bố trí ở các độ cao khác nhau dọc theo băng tải. Khi một sản phẩm di chuyển qua, các cảm biến sẽ bị che chắn tia sáng. PLC sẽ đọc tổ hợp tín hiệu từ các cảm biến này để xác định chiều cao của sản phẩm. Ví dụ, nếu chỉ cảm biến thấp nhất có tín hiệu, sản phẩm được xác định là loại thấp. Việc bố trí cảm biến chính xác và lựa chọn loại có độ nhạy cao, ít bị nhiễu là yếu tố sống còn để hệ thống hoạt động hiệu quả.

IV. Bí quyết lập trình PLC S7 200 cho hệ thống phân loại sản phẩm

Linh hồn của dây chuyền tự động phân loại sản phẩm nằm ở chương trình điều khiển được nạp vào PLC. Việc lập trình PLC S7-200 quyết định toàn bộ logic hoạt động, từ việc khởi động hệ thống, đọc tín hiệu cảm biến, xử lý thông tin cho đến điều khiển các cơ cấu chấp hành. Phần mềm chuyên dụng được sử dụng là Step 7 Micro/WIN. Ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất là Ladder (LAD), mô phỏng lại các sơ đồ mạch điện điều khiển dùng rơ-le, giúp kỹ sư dễ dàng tiếp cận và gỡ lỗi. Trước khi viết code, bước quan trọng đầu tiên là xây dựng lưu đồ thuật toán phân loại. Lưu đồ này mô tả chi tiết từng bước hoạt động của hệ thống một cách trực quan, giúp quá trình lập trình trở nên logic và tránh được sai sót. Việc gán địa chỉ đầu vào/ra (I/O) một cách khoa học cũng rất cần thiết để quản lý chương trình hiệu quả, đặc biệt khi hệ thống cần mở rộng với các module mở rộng S7-200.

4.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển phân loại

Một lưu đồ thuật toán phân loại rõ ràng là nền tảng cho một chương trình điều khiển hiệu quả. Lưu đồ bắt đầu với khối "Bắt đầu" và nút nhấn START. Sau khi khởi động, lưu đồ sẽ rẽ nhánh để điều khiển đồng thời các động cơ băng tải. Tiếp theo là một vòng lặp liên tục kiểm tra tín hiệu từ các cảm biến. Dựa vào tổ hợp tín hiệu (ví dụ: cảm biến S4 có tín hiệu -> sản phẩm cao), chương trình sẽ thực hiện các hành động tương ứng (kích hoạt pít-tông đẩy). Lưu đồ cũng cần bao gồm các bộ đếm (counter) để đếm số lượng sản phẩm mỗi loại hoặc xử lý các trường hợp đặc biệt, ví dụ như đếm đủ số sản phẩm loại và dừng băng tải để cánh tay gắp xử lý. Cuối cùng, lưu đồ kết thúc bằng khối "Kết thúc" khi có tín hiệu từ nút nhấn STOP.

4.2. Hướng dẫn lập trình cơ bản với Step 7 Micro WIN

Phần mềm Step 7 Micro/WIN cung cấp môi trường đồ họa trực quan để lập trình PLC S7-200. Ngôn ngữ Ladder (LAD) sử dụng các ký hiệu tiếp điểm (thường mở, thường đóng) và cuộn dây để tạo ra các mạng logic. Chương trình chính (Main OB1) sẽ quét liên tục. Một chương trình phân loại cơ bản sẽ bao gồm các network sau: Network 1 để khởi động/dừng hệ thống bằng lệnh SET/RESET cho một bit nhớ trung gian. Network 2 và 3 để điều khiển động cơ băng tải. Các network tiếp theo sẽ xử lý logic phân loại, ví dụ: "Nếu cảm biến chiều cao S4 (I0.3) và sản phẩm ở đúng vị trí (I0.2) thì kích hoạt cuộn dây đầu ra Q0.2 (điều khiển xi lanh)". Sử dụng các bộ định thời (timer) và bộ đếm (counter) là kỹ thuật quan trọng để tạo độ trễ cần thiết và đếm sản phẩm.

4.3. Thiết kế sơ đồ mạch điện điều khiển và tủ điện

Bên cạnh phần mềm, việc thiết kế phần cứng cũng rất quan trọng. Sơ đồ mạch điện điều khiển là bản vẽ chi tiết cách kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi. Sơ đồ này thể hiện rõ cách cấp nguồn 24VDC cho PLC, cách đấu nối các cảm biến vào ngõ vào (Input) và cách kết nối các ngõ ra (Output) của PLC với các cuộn dây rơ-le trung gian. Rơ-le này sẽ đóng vai trò cách ly và đóng cắt nguồn điện lớn hơn cho các van điện từ hoặc động cơ. Toàn bộ thiết bị như PLC, nguồn, rơ-le, cầu chì được lắp đặt gọn gàng trong một tủ điện. Việc thiết kế tủ điện khoa học không chỉ đảm bảo an toàn điện mà còn giúp dễ dàng kiểm tra, sửa chữa và nâng cấp hệ thống sau này.

V. Ứng dụng mô hình phân loại sản phẩm và kết quả thực tiễn

Từ lý thuyết thiết kế, việc xây dựng một mô hình phân loại sản phẩm thực tế là bước kiểm chứng quan trọng nhất. Nghiên cứu của Mai Văn Đại (2017) đã chế tạo thành công một mô hình vật lý dựa trên các tính toán cơ khí và chương trình điều khiển đã xây dựng. Mô hình này bao gồm khung sườn, hai băng tải phân loại sản phẩm, ba cơ cấu đẩy bằng xi lanh khí nén và hệ thống cảm biến laser để phân loại theo chiều cao. Tủ điện điều khiển chứa PLC S7-200 CPU 224 là trung tâm điều khiển. Quá trình vận hành thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, sản phẩm được phân loại chính xác theo đúng ba loại kích thước (cao, trung bình, thấp) vào các ngăn chứa riêng biệt. Kết quả này chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng PLC S7-200 vào các bài toán tự động hóa quy mô nhỏ. Mô hình này có thể được áp dụng trong thực tế tại các xí nghiệp đóng gói hoa quả, bánh kẹo hoặc phân loại linh kiện.

5.1. Quy trình lắp ráp và hiệu chỉnh mô hình vật lý

Quy trình chế tạo mô hình phân loại sản phẩm bắt đầu từ việc gia công các chi tiết cơ khí như khung băng tải, giá đỡ, ngăn chứa sản phẩm. Sau đó, các thiết bị như động cơ băng tải, con lăn, xi lanh khí nén và cảm biến được lắp đặt vào vị trí theo bản vẽ thiết kế 3D. Tủ điện được đấu nối theo sơ đồ mạch điện điều khiển. Giai đoạn quan trọng nhất là hiệu chỉnh. Kỹ sư cần kiểm tra chiều cao và góc đặt của các cảm biến quang để đảm bảo nhận dạng chính xác, điều chỉnh áp suất khí nén và van tiết lưu để xi lanh hoạt động với tốc độ phù hợp, và tinh chỉnh chương trình PLC để loại bỏ các lỗi logic và tối ưu hóa thời gian chu kỳ.

5.2. Đánh giá hiệu suất và độ chính xác của hệ thống

Hiệu suất của hệ thống được đánh giá dựa trên hai tiêu chí chính: tốc độ và độ chính xác. Tốc độ được đo bằng số lượng sản phẩm phân loại được trong một phút. Độ chính xác được tính bằng tỷ lệ phần trăm sản phẩm được phân loại đúng trên tổng số sản phẩm đưa vào. Kết quả thực nghiệm trên mô hình cho thấy hệ thống có khả năng phân loại với độ chính xác trên 98%, các lỗi nhỏ chủ yếu phát sinh do sản phẩm bị đặt nghiêng trên băng tải. Tốc độ phân loại đáp ứng được yêu cầu của một dây chuyền sản xuất quy mô nhỏ. Các kết quả này khẳng định giải pháp thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-200 là hoàn toàn khả thi và hiệu quả.

VI. Kết luận và các hướng phát triển cho dây chuyền tự động

Đề tài thiết kế dây chuyền tự động phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-200 đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa một khâu quan trọng trong sản xuất. Hệ thống cho thấy khả năng vận hành ổn định, chính xác và linh hoạt, chứng minh vai trò không thể thiếu của PLC trong công nghiệp hiện đại. Việc hoàn thành một dự án như vậy không chỉ là một đồ án tốt nghiệp tự động hóa xuất sắc mà còn cung cấp một giải pháp thực tiễn cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Tuy nhiên, công nghệ luôn phát triển không ngừng. Trong tương lai, hệ thống này có thể được cải tiến và nâng cấp theo nhiều hướng để tăng cường hiệu quả và tính năng. Việc tích hợp các công nghệ mới sẽ mở ra những tiềm năng ứng dụng rộng lớn hơn, giúp dây chuyền trở nên thông minh và đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đa dạng của thị trường. Đây là một nền tảng vững chắc để phát triển các hệ thống điều khiển tự động phức tạp hơn.

6.1. Tổng kết những kết quả đạt được của dự án

Dự án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một mô hình băng tải phân loại sản phẩm hoạt động hoàn toàn tự động. Hệ thống đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra: phân loại chính xác sản phẩm theo chiều cao, vận hành ổn định và điều khiển linh hoạt bằng PLC S7-200. Quá trình nghiên cứu đã hệ thống hóa kiến thức từ thiết kế cơ khí, lựa chọn thiết bị điện, khí nén đến lập trình PLC S7-200. Sản phẩm cuối cùng không chỉ là một mô hình học tập mà còn có khả năng ứng dụng thực tế, góp phần khẳng định năng lực giải quyết các bài toán kỹ thuật phức tạp.

6.2. Hướng nâng cấp với màn hình HMI và giám sát SCADA

Để tăng tính tương tác và khả năng quản lý, hướng phát triển очевидный là tích hợp màn hình HMI (Human-Machine Interface). HMI cho phép người vận hành dễ dàng cài đặt các thông số (ví dụ: tốc độ băng tải, số lượng sản phẩm), theo dõi trạng thái hoạt động của hệ thống (cảm biến nào đang bật, xi lanh nào đang hoạt động) và nhận các cảnh báo lỗi một cách trực quan. Xa hơn nữa, hệ thống có thể được kết nối vào một hệ thống giám sát SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). SCADA cho phép giám sát và điều khiển toàn bộ dây chuyền từ một phòng điều khiển trung tâm, thu thập dữ liệu sản xuất để phân tích và tối ưu hóa, đáp ứng yêu cầu của nền công nghiệp 4.0.

6.3. Mở rộng khả năng phân loại đa dạng hơn

Mô hình hiện tại chỉ dừng ở việc phân loại theo chiều cao. Tiềm năng mở rộng là rất lớn. Bằng cách thay thế hoặc bổ sung cảm biến, hệ thống có thể được nâng cấp để phân loại theo trọng lượng (sử dụng loadcell), phân loại theo màu sắc (sử dụng cảm biến màu sắc), hoặc phân loại theo mã vạch (sử dụng máy đọc mã vạch). Việc tích hợp camera và các thuật toán xử lý ảnh còn có thể giúp nhận dạng các sản phẩm có hình dạng phức tạp hoặc phát hiện các lỗi bề mặt. Những cải tiến này sẽ làm cho dây chuyền trở nên đa năng và có giá trị ứng dụng cao hơn trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong cáclĩnh vực công nghiệp, do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền công nghiệp đất nƣớc. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa hiện đại đó là phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chƣa đƣợc áp dụng triệt để, nhất là đối với việc phân loại sản phẩm vẫn còn phụ thuộc lớn vào yếu tố nhân công và con ngƣời, chính vì vậy nhiều khi năng suất của dây chuyền vẫn còn thấp và chất lƣợng sản phẩm đầu ra chƣa đạt yêu cầu. Từ những vấn đề còn tồn tại trong thực tế, nhƣng yêu cầu cấp thiết để khắc phục những vấn đề nêu trên, em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm theo kích thƣớc.

Khái niệm chung về dây chuyền sản xuất tự động hóa 1. Khái niệm Dây chuyền sản xuất tự động hóa có đặc điểm: - Là một thống thiết bị để sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với sản lƣợng lớn. - Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia công theo quy trình công nghệ đã định,chỉ cần ngƣời theo dõi và kiểm tra. - Nguyên liệu hay bán thành phẩm lần lƣợt dời chỗ theo nhịp sản xuất từ vị trí gia công này đến vị trí gia công khác theo một cơ cấu chuyển động nào đó(khó thay đổi nhịp thời gian và nhịp không gian).

Theo lịch sử phát triển tự động hóa,các dây chuyền tự động đã có trong thực tế là : 1-Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến. 2-Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng. 3-Dây chuyền gồm các máy tổ hợp. 4-Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hóa.

5-Dây chuyền gồm các máy NC,CNC. Cơ cấu vận chuyển phôi trên dây chuyền. Để vận chuyển loại phôi không quay lúc gia công,ngƣời ta thƣờng dung các cơ cấu sau: -Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy. 1 -Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy.

-Cơ cấu tay đòn có má kẹp nâng kiểu khớp. -Cơ cấu đẩy thủy lực. -Băng tải,tải xích. Các hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay 1.

Một số ví dụ về hệ thống sản xuất tự dộng a. Hệ thống sản xuất sữa Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất sữa tại nhà máy sữa VINAMILK Vinamilk hiện đang sở hữu dây chuyền sản xuất hiện đại nhất Việt Nam. Toàn bộ dây chuyền máy móc thiết bị của công ty đều dựa trên công nghệ tiên tiến của các nƣớc trên thế giới mà không ngừng đƣợc nâng cao, đảm bảo cung cấp đủ cho thị trƣờng trong nƣớc và cả thế giới. Hệ thống hàn, cắt tự động Hình 1.2: Sử dụng cánh tay robot trong hàn, cắt kim loại Dây chuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tựu dộng hóa ngàycàng cao, năng suất làm việc chất lƣợng sảm phẩm ngày càng đƣợc nâng lên, vai trò của công nhân dần đƣợc thay thế bởi máy móc.

Hiệu quả làm việc tăng đáng kể. Một số hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay a. Hệ thống phân loại theo màu sắc 2 Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc - Nguyên lí hoạt động: sử dụng cảm biến màu sắc để phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau. * Nhận xét: Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau.

Ứng dụng: đƣợc ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc trong thực tế để tăng khả năng phân loại đƣợc nhiều loại sản phẩm với màu sắc khác nhau nhƣ phân loại màu thuốc… b. Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước Hình 1.4: Hệ thống phân loại cam theo kích thước - Nguyên lí hoạt động: sử dụng cảm biến quang để phân biệt các sản phẩm có các kích thƣớc khác nhau. * Nhận xét: Tùy thuộc vào kích thƣớc khác nhau của sản phẩm mà hệ thống sẽ tự động phân loại sản phẩm một cách chính xác. 3 Ứng dụng: Mô hình có thể ứng dụng vào thực tế để nhƣ phân loại các loại bánh, trái cây, phân loại thùng chứa.

Hệ thống phân loại tính chất sản phẩm Hình 1.5: Hệ thống phân loại tính chất của sản phẩm - Nguyên lí hoạt động: sử dụng cảm biến từ trƣờng để phát hiện các vật thể có tính kim loại hay không (đồng, thép, sắc…. * Nhận xét: Hệ thống có khả năng phân biệt đƣợc tính chất của sản phẩm, ngay cả khi sản phẩm đóng gói nên việc phân loại sản phẩm dễ thực hiện. - Ứng dụng: Hệ thống đƣợc ứng dụng vào thực tế để phân loại các hộp chứa gia vị, phân loại vật liệu….  Kết luận - Tự động hóa trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, năng suất chất lƣợng sản phẩm đƣợc tăng lên, giá thành sản phẩm đƣợc giảm, lao động cơ bắp của con ngƣời dần đƣợc thay thế.

Quá trình sản xuất đƣợc vận hành một cách tự động theo một trình tự nhất định, nhờ đó đẩy mạnh đƣợc chuyên môn hóa trong sản xuất góp phần đƣa đất nƣớc phát triển theo hƣớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong tƣơng lai. - Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế mang lại hiệu quả cao nhƣ hệ thống phân loại màu sắc, kích thƣớc…Các hệ thống này ngày càng đƣợc cải tiến, đáp ứng đƣợc nhu cầu của con ngƣời. - Từ những vấn đề đó, chúng em hƣớng đến đề tài ―Thiết kế mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước‖. Đề tài này sẽ hƣớng đến việc thiết kế các khâu quan trọng của hệ thống nhƣ mô hình cơ khí dây chuyền, hệ thống truyền động, khí nén, hệ thống mạch điện điều khiển và chƣơng trình PLC để điều khiển dây chuyền từ đó làm cơ sở để phát triển lên dây chuyền phân loại trong thực tế.

Giới thiệu hệ thống phận loại sản phẩm theo kích thƣớc. Yêu cầu bài toán thiết kế Thiết kế mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo một thông số kích thƣớc (chiều cao) với các chức năng nhƣ: - Tự động phân phân loại sản phẩm theo chiều cao và đƣa sản phẩm vào các vị trí xác định trƣớc để phục vụ cho việc đóng gói và lƣu kho. - Hệ thống đƣợc điều khiển tự động hoàn toàn thông qua PLC. Giới thiệu sơ lược về sản phẩm của đề tài 1.Sơ đồ nguyên lý Hệ thống gồm có 4 cơ cấu sau: cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm và ngăn chứa sản phẩm đƣợc phân loại, cơ cấu băng tải thùng, cơ cấu cánh tay robot gắp sản phẩm, cơ cấu băng tải sản phẩm.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống Chú thích hình 1.6 (1)Cánh tay khí nén bốc xếp (5)Ngăn chứa sản phẩm (2)Băng tải chở sản phẩm loại (6)Cảm biến (3)Băng tải chở sản phẩm nhiều kích thước (7)Hộp tiếp liệu (4)Cơ cấu phân loại (8)Kho chứa sản phẩm loại 5 2.

Các cơ cấu trong hệ thống  Cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm và ngăn chứa sản phẩm đã đƣợc phân loại. * Cơ cấu hộp tiếp liệu: - Cơ cấu sử dụng một đƣờng dẫn thẳng có biên dạng hình tròn, với nhiệm vụ dẫn cho sản phẩm có thể đứng vững trên bề mặt chuyển động của băng tải. * Cơ cấu đẩy phân loại sản phẩm. - Cơ cấu đẩy thùng sản phẩm gồm PITTONG1.3 và thùng chứa sản phẩm - Cơ cấu có nhiệm vụ phân loại các sản phẩm cao, trung bình, thấp, sản phẩm phân loại vào băng tải 2 để đến ngăn chứa sản phẩm loại.

* Ngăn chứa sản phẩm. - Ngăn chứa sản phẩm đƣợc thiết kế gồm 4 ngăn. 3 ngăn liền nhau để chứa 3 sản phẩm đƣợc phân loại bằng pitton, ngăn rời dùng để chứa sản phẩm loại, và đƣợc cánh tay gắp chuyển đi.  Cơ cấu băng tải 1 (Băng tải vận chuyển sản phẩm đang chuẩn bị đƣợc phân loại).

- Cơ cấu gồm một động cơ DC, băng tải 1 và 3 cảm biến (S1). - Băng tải có nhiệm vụ đƣa sản phẩm vào, khi sản phẩm gặp cảm biến,cảm biến có tín hiệu đƣa về PLC xử lí và chuyển tiếp tín hiệu cho pitton, pitton sẽ đẩy sản phẩm vào thùng chứa tƣơng ứng  Cơ cấu cánh tay gắp sản phẩm (Thùng Sản phẩm loại). - Cơ cấu cánh tay gắp sản phẩm gồm PITTONG2, PITTONG3, PITTONG4 - Cơ cấu có nhiệm vụ nhƣ sau: + Nếu cảm biến (S2) phát hiện đủ sản phẩm đi qua, cảm biến s2 có tín hiệu sẽ tác động đến cơ cấu cánh tay robot -> Gắp sản phẩm ->Bỏ sản phẩm vào thùng chứa sản phẩm. Băng tải sản phẩm (Băng tải vận chuyển sản phẩm loại có kích thƣớc khác nhau).

- Cơ cấu gồm một động cơ DC, băng tải 2; 1 cảm biến. - Băng tải 2 có nhiệm vụ đƣa sản phẩm loạicảm biến (S2) có tín hiệu thì đƣợc cánh tay gắp thùng. Nguyên lí hoạt động - Nhấn nút START ->Khởi động hệ thống -> Động cơ (DC1) quay kéo băng tải 1 hoạt động -> Động cơ (DC2) quay kéo băng tải 2 hoạt động + Nếu sản phẩm cao đi qua cảm biến (S4) có tín hiệu -> pitton đẩy sản phẩm vào ngăn tƣơng ứng. Nếu sản phẩm trung bình đi qua cảm biến (S5) có tín hiệu -> pitton đẩy sản phẩm vào ngăn tƣơng ứng +.

Nếu sản phẩm thấp đi qua cảm biến (S6) có tín hiệu -> pitton đẩy sản phẩm vào ngăn tƣơng ứng - Khi số sản phẩm thấp đƣợc cho qua và rơi vào thùng chứa đủ 5 sản phẩm nhờ cảm biếm (S7) đếm-> động cơ (DC2) dừng. Tiếp tục cánh taygắp để đƣa thùng sản phẩm loại ra ngoài - Hệ thống tự động hoạt động theo chu kì nhƣ trên cho đến khi nhấn STOP thì dừng toàn bộ hệ thống. Khi nhấn STOP đồng thời ta RESET lại toàn bộ hệ thống làm việc. 7 Chƣơng 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẤP HÀNH 2.

Yêu cầu, nhiệm vụ và bài toán cụ thể trong thiết kế mô hình 2. Yêu cầu - Mô hình dây chuyền phải chạy ổn định trong thời gian vận hành. - Đáp ứng đƣợc bài toán phân loại sản phẩm theo kích thƣớc - Dễ dàng sửa chữa và nâng cấp hệ thống. Nhiệm vụ - Thiết kế băng tải vận chuyển sản phẩm nhiều kích thƣớc.

- Thiết kế băng tải vận chuyển sản phẩm loại. - Thiết kế cơ cấu gắp thùng sản phẩm và ngăn chứa sản phẩm. - Thiết kế các cảm biến để phát hiện thùng và sản phẩm. - Thiết kế cánh tay robot để gắp thùng đặt vào ngăn xếp.