Tài liệu Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................................03 LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................05 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG........................................................................ 06 1.1 Giới thiệu...................................................................................................................06 1.2 Các vấn đề đặt ra.......................................................................................................07 1.3 Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................08 1.4 Phạm vi giới hạn.......................................................................................................08 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM...........09 2.1 Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm................................................................09 2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành................................10 2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao..............................................13 2.2 Hệ thống truyền động................................................................................................16 2.2.1 Động cơ điện một chiều...............................................................................16 2.2.2 Băng chuyền.................................................................................................20 2.3 Hệ thống điều khiển..................................................................................................21 2.3.1 Bộ điều khiển PLC.......................................................................................21 2.3.1.1 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC................................21 2.3.1.2 Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200.........................26 2.3.2 Piston xylanh đẩy sản phẩm.........................................................................30 2.3.3 Van đảo chiều................................................................................................32 2.3.4 Cảm biến quang............................................................................................34 2.3.5 Rơ le trung gian............................................................................................37 2.3.6 Nút nhấn.......................................................................................................40 CHƯƠNG III: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG...........................42 3.1 Mô hình hóa hệ điện của động cơ điện một chiều....................................................42 3.2 Mô phỏng hệ thống...................................................................................................43 3.2.1 Mô phỏng hệ thống cơ khí...........................................................................44 3.2.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển....................................................................45 3.2.3 Mô phỏng hệ thống khí nén.........................................................................46 1 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.................................................................. 47 4.1 Tính toán công suất động cơ...........................................................................47 4.2 Tính toán tốc độ của động cơ điện một chiều.................................................48 4.3 Tính toán tốc độ quay các trục........................................................................49 4.4 Tính công suất trên các trục............................................................................49 4.5 Tính moment xoắn trên các trục......................................................................50 4.6 Tính toán lựa chọn piston................................................................................50 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ...................................................................... 52 5.1 Kết quả......................................................................................................................52 5.2 Đánh giá....................................................................................................................52 5.3 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục......................................................................53 5.4 Hướng phát triển.......................................................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 54 2 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015 Giáo viên hướng dẫn 3 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Hà Nội, ngày… tháng…năm 2015 Giáo viên phản biện LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng 4 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX cơ sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước. Điều đó đòi hỏi phải nghiên cứu và áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, có khả năng tự động hóa cao để đưa công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong đó ngành cơ khí tự động hóa đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển của đất nước. Để đáp ứng nhu cầu to lớn của việc phát triển ngành Cơ điện tử nói chung, đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực và trình độ chuyên môn để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí, điện-điện tử và kỹ thuật phần mềm. Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Công Nghệ chế tạo máy, từ những kiến thức đã được học, nhóm chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm”. Việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con người trong công việc là vấn đề hết sức cần thiết. Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ của quý thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Hoài Sơn để nhóm có thể hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất. Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn! Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót. Nhóm rất mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cô để nhóm có thể rút ra được kinh nghiệm cũng như phát triển thêm đề tài. Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 04 tháng06 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Văn Huấn Phạm Thanh Hà Nguyễn Văn Dương Nguyễn Văn Hoàng Lê Xuân Hoàn Khuất Văn Biên CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu 5 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX 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 mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 1.1). Hình 1.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao. Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiều cao của sản phẩm. Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau. 6 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX 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 đai thang. - Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao 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 chiều cao 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… 1.2 Các vấn đề đặt ra Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 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... 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. 7 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng. 1.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài “Phân loại sản phẩm theo chiều cao” 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. 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...). 1.4 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 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 650 x 455 (mm) 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. CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm 2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành 8 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX 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 chiều cao. a) Phân loại sản phẩm theo màu sắc Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1). Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.  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. 9 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX - 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. - Nút nhấn.  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. b) Phân loại sản phẩm theo chiều cao Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 2.2). 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.  Cấu tạo: - Hai băng chuyền. - Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. - Ba cảm biến nhận biết chiều cao. - 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. - Nút nhấn.  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 chiều cao 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 sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động cơ một 11 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng.  Ứng dụng: 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. c) Phân loại sản phẩm theo hình dạng Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng (Hình 2.3). Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng.  Cấu tạo: - Một băng chuyền. - Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. - Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại. - Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera). - Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. - Các rơ le trung gian. - Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống. - Nút nhấn.  Nguyên lý hoạt động: 12 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX 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. Trên băng chuyền sẽ thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.  Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp: - Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng… - Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản. - Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh. Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước... Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể). 2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp. Hiện nay, Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất. Một trong những thiết bị, máy móc hiện đại đó phải kể đến hệ thống phân loại sản phẩm. Chính vì vậy, nhóm tác giả đã quyết định thiết kế và thi công mô hình với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo 13 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX hệ thống phân loại sản phẩm” (Hình 2.4). Mô hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển hệ thống. Hình 2.4 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao. Vị trí Tên gọi 1 Con lăn căng băng tải 2 Con lăn căng băng tải 3 Hộp chứa sản phẩm 4 Pittông-xilanh đẩy sản phẩm vào băng tả 5 Con lăn dẫn động băng tải 6 Động cơ điện 7 Đai thang 8 Đế đỡ pittông-xilanh 9 Băng tải 10 Cảm biến nhận dạng 11 Pittông-xilanh đẩy sản phẩm phân loại 12 Tấm đỡ băng tải 2 13 Vít M10 14 Cầu trượt 15 Đế đỡ toàn bộ hệ thống Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, động cơ một chiều quay truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Nguyên lý hoạt động được chia thành hai quá trình: 14 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX - Quá trình cấp sản phẩm vào băng chuyền: Khi có sản phẩm trong hộp, cảm biến quang nhận biết và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm vào băng chuyền. Hai cảm biến quang thu phát được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự lần lượt cao và trung bình tính từ hộp cấp phôi (Hình 2.4). - Quá trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: tùy thuộc vào độ cao của từng sản phẩm để có thể phân loại. Nếu sản phẩm cao trên băng chuyền đi qua sẽ che cảm biến cao, lập tức gửi tín hiệu về PLC, bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vào khay chứa tương ứng. Sản phẩm có chiều cao trung bình sẽ không che cảm biến cao và khi đi qua cảm biến trung bình, cảm biến sẽ nhận biết và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử lý và xuất tín hiệu đến đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm trung bình vào khay chứa tương ứng. Sản phẩm thấp nhất sẽ được đi hết băng chuyền và được phân loại vào khay chứa cuối cùng. Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động.  Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng để phân loại các sản phẩm có chiều cao khác nhau với độ chính xác cao. Hệ thống được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp như: - 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. 2.2 Hệ thống truyền động 2.2.1 Động cơ điện một chiều Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng chuyền dây đai và không yêu cầu tải trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của băng chuyền như là: - Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần. - Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ. - Dễ điều khiển, giá thành rẻ. 15 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có công suất nhỏ, khoảng 20-30 W, điện áp một chiều 24 V. Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động. Động cơ một chiều trong dân dụng thường là các động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và trong phạm vi rộng. Động cơ điện một chiều trong thực tế (Hình 2.12). Hình 2.12 Một số loại động cơ trên thực tế. a) Cấu tạo động cơ điện một chiều 16 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX Hình 2.13 Cấu tạo động cơ điện một chiều. 1- Cổ góp điện. 2- Chổi than. 3- Rotor. 4- Cực từ. 5- Cuộn cảm. 6- Stator. 7- Cuộn dây phần ứng.  Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13): Thông tin chi tiết về động cơ [1] - Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ. - Rotor (phần động): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Mỗi phần tử của dây quấn phần động có nhiều vòng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong hai rãnh dưới hai cực khác tên. - Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor. - Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy. b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho 17 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX Rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện nên còn gọi là sức phản điện động. c) Phân loại động cơ điện một chiều Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia thành: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có dòng điện kích từ và từ thông động cơ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng. Nguồn điện mạch kích từ riêng biệt so với nguồn điện mạch phần ứng. - Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng không thì điện áp nguồn sẽ là không đổi, không phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng động cơ. Loại động cơ một chiều kích từ song song cũng được coi như kích từ độc lập. - Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng. - Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây quấn kích từ, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu. d) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Từ phương trình tính tốc độ: ω= Uư I .R - ư ư KΦ KΦ (2.1) Suy ra: để điều chỉnh ω có thể: 18 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX - Điều chỉnh Uư . - Điều chỉnh Rư bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng. - Điều chỉnh từ thông  của phần ứng.  Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp Mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, từ công thức tính tốc độ động cơ suy ra R ư tăng lên, suy ra ω giảm, độ dốc của đường đặc tính giảm. Các đường 1, 2 là đường đặc tính sau khi tăng Rư, đường TN là đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu (Hình 2.14).  o TN 1 2 0 Mc M Hình 2.14 Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế.  Điều chỉnh từ thông của phần ứng Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ của động cơ M  KΦIư và sức điện động quay của động cơ E ư  K Φ ω. Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới hạn của việc thay đổi từ thông. Nhưng theo công thức trên khi  thay đổi thì moment, dòng điện I cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển và moment tải. Do đó, phương pháp này cũng ít dùng.  Điều khiển điện áp phần ứng Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp: - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ. 19 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơ khí Bài tập lớn TĐHQTSX Trong đó thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng. Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phương trình: ω = Uư I .R - ư ư (2.2) KΦ KΦ Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển U ư của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để. Đặc tính thu được khi điều khiển là một họ đường thẳng song song. 2.2.2 Băng chuyền a) Giới thiệu chung về băng chuyền Băng chuyền thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu. b) Ưu điểm của băng chuyền - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang và nằm nghiêng. - Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. c) Cấu tạo chung của băng chuyền Cấu tạo chung của băng chuyền (Hình 2.15). 20