CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1. Khái niệm và ứng dụng 1.Khái niệm Hệ thống phân loại sản phẩm là một giải pháp công nghiệp thay thế con người thực hiện các khâu phân loại sản phẩm, từ thực hiện bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các hệ thống tự động hóa để phân chia sản phẩm theo từng đặc tính mà người sử dụng quy định ( chiều cao, màu sắc, khối lượng,… ) nhờ việc sử dụng các cảm biến, xylanh,… 1.Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động và ứng dụng Tùy vào độ phức tạp yêu của từng loại sản phẩm mà ta có thể đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau. a, Phân loại theo kích thước (cao thấp, dài-ngắn,): kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến quang hay hồng ngoại… để phát hiện và so sánh kích thước của sản phẩm, sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện chức năng phân loại sản phẩm theo yêu cầu.
Kiểu phân loại này được sử dụng nhiều trong các nhà máy đóng chai, lọ…Ưu điểm lớn nhất của kiểu phân loại này đó là chi phí cho cảm biến là khá thấp, lắp đặt đơn giản và dễ vận hành. Mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao 2 Hình 1. Dây chuyền phân loại trứng, cà chua theo kích thước (lớn-nhỏ) b. Phân loại theo khối lượng sản phẩm: kiểu phân loại này sử dụng cảm biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng-nhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay chưa… Cách hoạt động giống như kiểu phân loại theo kích thước.
Và ta có thể thấy hình thức phân loại này ở các nhà máy sản xuất xi mang, phân bón hay nói chung là các nhà máy sản xuất sản phẩm dưới dạng đóng gói bao bì cần khối lượng chính. Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng sản phẩm. Dây chuyền phân loại táo theo màu sắc c. Phân loại theo màu sắc của sản phẩm: sử dụng các cảm biến màu ( mỗi cảm biến sẽ nhận biết 1 màu riêng biệt như: xanh, đỏ, vàng…) Cách thức hoạt động cũng giống như 2 hình thức phân loại trên.Ứng dụng của phân loại theo màu sắc chủ yếu trong công nghiệp vải lụa, sản xuất màu, lọc hoa quả, các loại hạt ưe… d.
Phân loại theo hình ảnh sản phẩm: hình thức phân loại này không sử dụng cảm biến mà người ta dùng camera để chụp ảnh của sản phẩm cần phân loại, 3 sau đó đưa ảnh đó so sánh với ảnh gốc chuẩn xem sản phẩm đó thuộc loại nào. Hiện nay thì hình thức phân loại này đang được ứng dụng để phân loại gạch granit. Phân loại theo mã vạch của sản phẩm: đây là kiểu phân loại khá hiện đại, sử dụng tới máy đọc mã vạch. Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch được sử dụng rất phổ biến hiên nay.
Dây chuyền sorting này được sử dụng để phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã vạch barcode, mã QR. Với các thông tin lưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm, hệ thống có thể dễ dàng sàng lọc và lựa chọn, gom sản phẩm vào các vị trí tập kết (hub) theo yêu cầu đặt ra như : Với sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model… Với các bưu phẩm, đơn hàng chuyển phát nhanh: phân loại theo ngày lên đơn, cách thức đóng gói, địa điểm giao hàng, hàng chuyển nhanh-tiêu chuẩn… Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm… Hình 1. Máy phân loại sản phẩm theo mã vạch Trong ngành logistic, thương mại điện tử, các gói hàng được đóng trong các hộp với trọng lượng, màu sắc, kích thước khác nhau dễ dàng được phân loại nhờ hệ thống phân loại lựa với camera và thuật toán phân loại thông minh. Hàng hóa được phân loại trên băng tải chính theo các băng tải xương cá di chuyển tới các vị trí tập kết.
Phân loại sản phẩm tự động giúp giảm thiểu sức người và thời gian cho khâu phân loại vốn nhàm chán nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác ở tốc độ cao với năng suất vượt trội. 4 Với các ngành chế biến, sản xuất bánh kẹo, thực phẩm, sản phẩm sau khi chế biến chạy trên băng tải hoàn toàn có thể được hệ thống chọn/bỏ theo các tiêu chí về hình dáng, màu sắc, giúp quá trình đóng gói diễn ra liền mạch và chất lượng sản phẩm được kiểm soát đồng đều hơn. Hệ thống nhận diện và phân loại ngày càng thông minh hơn với việc áp dụng AI vào công việc phân loại, lựa sản phẩm theo các kịch bản mong muốn từ trước. Hệ thống băng tải cấp, chọn hàng với tốc độ lên tới 150m/phút có khả năng chịu mài mòn, nhiệt độ, độ ẩm cao và các điều kiện sản xuất đặc biệt.
Nguyên lí hoạt động hệ thống điều khiển a. Nguyên lí hoạt động Hệ thống điều khiển nhận tín hiệu đầu vào thông qua các cảm biến , để xác định yếu tố mang tính chất phân loại sản phẩm. Từ đó, đưa ra tín hiệu điều khiển tới các cơ cấu chấp hành như động cơ băng tải, xy lanh cấp phôi, xylanh phân loại. Các sản phẩm sau khi phân loại sẽ được chuyển đến thùng hàng để đóng gói.
Chu trình này sẽ lặp lại cho đến khi hết sản phẩm. * Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống: Hình 1. Sơ đồ nguyên lí hoạt động chung của hệ thống điều khiển - Khối đầu vào : nhận tín hiệu điều khiển thông qua các nút ấn từ màn hình và cảm biến có sẵn rồi chuyển tín hiệu đó đến khối xử lý trung tâm. - Khối xử lí trung tâm : dựa vào tín hiệu từ khối đầu vào thông qua các điều kiện lập trình sẵn đưa tín hiệu kết quả cho khối đầu ra.
- Khối đầu ra : nhận kết quả từ khối trung tâm xử lý để hoạt động, hiện thị kết quả theo yêu cầu. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của các cụm chức năng trong hệ thống - Năng suất làm việc : 20sp/ph 5 - Khả năng phân loại theo chiều cao từ 3 đến 15cm; khối lượng từ 0,2 đến 5 kg. - Màn hình hiển thị cần đơn giản dễ thao tác nhưng vẫn phải đầy đủ thông tin cần thiết. - Có nút nhấn dừng STOP trong trường hợp khẩn cấp.
- Đảm bảo độ ổn định và an toàn của mạch điều khiển. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Các thành phần trên sơ đồ bố trí động học hệ thống (1)– Xy lanh cấp phôi (2)– Hộp cấp phôi (3)– Băng tải (4), (6), (8) – Cảm biến tiệm cận (5), (7) – Xy lanh phân loại (9), (12), (13) – Hộp chứa phôi (10)– Bộ truyền xích (11)– Động cơ 2. Động cơ 6 Động cơ là một thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng. Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu.
Khi cuộn dây trên rotor và stato được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen. Có nhiều loại động cơ khác nhau được sử dụng trong công nghiệp. Có thể phân loại động cơ ra làm các loại: - Động cơ điện một chiều ( động cơ giảm tốc, động cơ rung, động cơ bước, động cơ servo) Ưu điểm : • Điều khiển tốc độ nhanh, nhạy. • Tiết kiệm điện năng, tuổi thọ lớn.
• Khả năng tạo mômen lực lớn khi khởi động. Nhược điểm : • Chi phí lắp đặt tốn kém do cần bộ chỉnh lưu. • Ít sử dụng để tạo công suất lớn • Nhanh hao mòn cấu kiện - Động cơ điện xoay chiều.( đồng bộ, xoay chiều 1 pha , xoay chiểu 3 pha.) Ưu điểm : • Hoạt động trong thời gian dài với hiệu năng cao. • Giá thành rẻ do sự đồng bộ mạng lưới dân dụng.
Nhược điểm : • Tốn kém khá nhiều điện năng • Tuổi thọ trung bình không cao Mô hình hoạt động với kích thước sản phẩm và khối lượng nhỏ do đó không cần thiết sử dụng các động cơ công suất lớn. Hệ thống hoạt động yêu cầu độ ổn định, trơn tru, liên tục. Không yêu cầu tính chính xác cao, thiết kế cần gọn nhẹ, dễ điều khiển, mô men lớn, chi phí sử dụng thấp,tuổi thọ lớn. Do vậy từ những yêu cầu đó em sử dụng động cơ điện một chiều để truyền động cho băng tải.
7 Thông qua việc tính toán dựa vào năng suất của hệ thống, em đã lựa chọn được động cơ DC là K8DG25N2 đi kèm theo hộp giảm tốc 4GN50KF. Động cơ băng tải K8DG25N2 và hộp giảm tốc 4GN50KF. Thông số cơ bản của động cơ K8DG25N2 cùng hộp giảm tốc 4GN50KF Điện áp hoạt động (V) 24 Dòng điện hoạt động (A) 1.9 Công suất định mức (W) 25 Tốc độ trục động cơ giảm tốc (rpm) 58 Tốc độ quay động cơ (rpm) 2900 Tỉ số truyền hộp giảm tốc 50 Momen xoắn (Nmm) 3000 2. Xy lanh , van khí nén a.
Xy lanh Đây là chi tiết quan trọng không thể thiếu trong các động cơ và tạo không gian để piston chuyển động trong quá trình vận hành động cơ. Xy lanh được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp tự động hóa như: sản xuất lắp ráp linh kiện điện tử, sản xuất giấy, chế biến gỗ, lắp ráp xe ô tô, cơ khí chế tạo thiết bị máy móc công nghiệp.Hiện nay trong công nghiệp sử dụng chủ yếu 2 loại xilanh là xi lanh khí nén và xi lanh thủy lực. Trong phạm vi đề tài đồ án, kết hợp với tính toán nên em cho xylanh khí nén vì có rất nhiều ưu điểm nổi bật so với thủy lực như: - Có thể cấp nguồn áp suất thấp. - Dịch chuyển năng lượng khí nén đạt vận tốc lớn.
- Có khả năng chuyển năng lượng đi xa vì độ nhớt và tổn thất áp suất trong hệ thống khí nén là nhỏ. - Khả năng chịu nén tốt của không khí nên có thể chứa khí rất thuận lợi. - Không khí dùng để nén là vô tận và có thể thải ra khí quyển. - Hệ thống khí nén đối với việc vệ sinh tương đối là sạch sẽ.
- Chi phí thiết lập hệ thống khí nén thì rẻ. - Hệ thống phòng ngừa quá áp được đảm bảo. Bên cạnh đó thì khí nén còn một số nhược điểm như: 9 - Lực tác động tới cơ cấu chấp hành (xy lanh) tương đối thấp. - Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn.
Thông thường có hai loại xy lanh khí nén thường xuyên được sử dụng: Xy lanh tác động đơn, xy lanh tác động kép.