Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Tải bản đầy đủ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.2. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩm
Trong công nghiệp ngày này việc áp dụng những hệ thống Tự Động Hóa
vào quá trình sản xuất đã trở nên phổ biến như :
 Giám sát & Điều khiển các nhà máy công nghiệp
 Điều khiển các dây chuyền sản xuất
 Giám sát, điều khiển giao thông
 Giám sát & Điều khiển tòa nhà cao ốc thông minh
 Ứng dụng trong truyền tải điện năng
Trong các nhà máy xí nghiệp sản xuất lớn ngày nay cần nhiều dây chuyền
sản xuất lớn để vận chuyển sản phẩm. Từ các vật liệu ban đầu được vận chuyển
tới băng tải, trải qua nhiều khâu cuối cùng là tạo ra sản phẩm. Điều này giúp ích
rất nhiều cho công nhân đồng thời nâng cao sản xuất.
Điển hình trong lĩnh vực điều khiển dây chuyền sản xuất có áp dụng công
nghệ cao cấp hơn việc vận chuyển thông thường nhưng khá phổ biến là hệ
thống phân loại sản phẩm .
Tuy nhiên trong công nghiệp việc phân loại sản phẩm thủ công làm giảm
năng suất và độ chính xác không cao vì công việc này lại do con người đảm
nhiệm bằng mắt thường, bằng kinh nghiệm, bằng sự ghi nhớ trực tiếp phân loại
các sản phẩm đạt yêu cầu hoặc loại bỏ phế phẩm bằng tay. Bên cạnh đó công
việc này lại đòi hỏi phải đi lặp lại nhiều nên công nhân khó có thể đảm bảo sự
chính xác trong công việc, và điều này làm ảnh hưởng to lớn tới chất lượng sản
xuất cùng với uy tín của nhà sản xuất do đó việc áp dụng những khoa học kỹ
thuật vào dây chuyền phân loại sản phẩm trở nên cần thiết và phổ biến để giải
quyết nhu cầu cấp bách này. Đối với hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng thì
có nhiều công nghệ để áp dụng như :
 Phân loại theo kích thước của sản phẩm
 Phân loại theo màu sắc của sản phẩm
 Phân loại theo trọng lượng của sản phẩm
 Phân loại theo chiều cao của sản phẩm
NHÓM SVTH

9

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

 Phân loại theo hình ảnh
Với nhiều phương pháp khác nhau như trên nên có thể áp dụng các phương
pháp với nhau để có các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm vì
chúng có thể đan xen và hỗ trợ cho nhau.
Dựa vào những kiến thức đã học và thực tế của hệ thống nên nhóm sinh
viên đã nghiên cứu xây dựng “ Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử
dụng cánh tay robot”.
1.3. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
1.3.1. Ưu nhược điểm của hệ thống
 Ưu điểm :
Hệ thống này có những ưu điểm như sau :
 Đơn giản
 Không tốn nhiều không gian
 Ít thiết bị
 Giá thành vừa
 Sử dụng được nhiều thiết bị đã học vào mô hình
 Nhược điểm :
Bên cạnh những ưu điểm thì phương pháp này còn có nhược điểm phụ
thuộc vào tốc độ băng tải ( tốc độ động cơ ). Tốc độ động cơ là không đổi ( hằng
số ) thì việc nhận biết vật đi qua mới được chính xác. Vì vậy để điều khiển tốc
độ của động cơ để băng tải vận hành theo 1 cách cố định kể cả lúc có sản phẩm
hay không là điều cần thiết.
1.3.2. Mục đích của hệ thống
 Tự động hóa quá trình sản xuất trên dây chuyền
 Giảm số nhân công lao động trên dây chuyền
 Tăng khả năng kiểm soát lỗi trên dây chuyền
 Kiểm soát tốt năng lực sản xuất
 Giảm chi phí nhân công

NHÓM SVTH

10

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.3.3. Các thiết bị dùng trong hệ thống phân loại sản phẩm:
1.3.3.1. Động cơ điện 1 Chiều
Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ có tính ưu việt cao. Động cơ có thể
điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. So với động cơ không đồng bộ với các chi
phí đi kèm rất đắt tiền thì động cơ 1 chiều không những có thể điều chỉnh rộng
và chính xác thì mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển lại đơn giản hơn lại có
chất lượng cao.
Do đó, nhóm chúng em đã chọn động cơ 1 chiều là động cơ chính truyền
tải cho băng chuyền sản phẩm cần phân loại.
Hình ảnh minh họa :

Hình 1.1 : Động cơ 1 chiều

NHÓM SVTH

11

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.3.3.2. Cảm biến quang
 Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các
đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và
xử lý.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp
suất…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như
là điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép
xác định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo
(m):
S = F(m)
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là
đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua
đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
Phương trình của cảm biến được viết như sau: Y = f(X)
Trong đó X: Đại lượng cần đo
Y: Đại lượng sau chuyển đổi
 Phân loại cảm biến
-

-

Theo nguyên lý của cảm biến
 Cảm biến điện trở
 Cảm biến từ
 Cảm biến tĩnh điện
 Cảm biến hóa điện
 Cảm biến nhiệt điện
 Cảm biến điện tử và ion
Theo tính chất nguồn điện
 Cảm biến phát điện
 Cảm biến thông số
Theo phương pháp đo
 Cảm biến biến đổi trực tiếp
 Cảm biến bù

 Cảm biến dùng trong hệ thống

NHÓM SVTH

12

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến để xác định chiều cao của sản phẩm.
Khi sản phẩm được các cảm biến nhận diện sẽ có tín hiệu báo về bộ phận điều
khiển để ra lệnh điều khiển.
-

Nguyên lý đo chiều cao
Việc xác định chiều cao trong đề tài, chúng em đã sử dụng 2 cảm biến

quang lắp song song trên và dưới gắn trên cột cảm biến nhằm xác định chiều cao
của sản phẩm. Nguyên lý là nếu cả 2 cảm biến đều có thì sản phẩm là cao còn
nếu chỉ 1 cả biến có thì sản phẩm là thấp.
Để xác định chiều cao của sản phẩm, đồng thời kiểm tra sản phẩm nên
trong mô hình đã sử dụng loại cảm biến quang điện.
-

Cảm biến quang điện
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang.

Nguồn quang sử dụng LED hoặc LAZER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy
tùy thuộc vào bước sóng. Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang.
Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ
ánh sáng khi vật xuất hiện.
Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính. Ở phần thu ánh sáng
từ thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chum tia
sẽ không tác động đến bộ thu được. Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh
hưởng của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo
tần số mạch dao động. Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến
thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.
Lựa chọn điện áp cấp cao cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch
điều khiển. Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của
cảm biến là 24 VDC.

NHÓM SVTH

13

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hình 1.2 : Sensor E3F-DS10C4 của Omron
Đặc tính lỹ thuật của sensor E3F-DS10C4
Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC.
Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch
tán.



















Khoảng cách phát hiện là 100mm
Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện
Đầu ra: DC
Vật cảm biến nhỏ nhất: 10×10mm
Chỉ số LED: Red LED
Nguồn sáng (bước sóng) : LED hồng ngoại (880nm)
Kích thước: 22×70mm / 0,86×2,8 (D * L)
Chiều dài cáp: ~ 115cm
Cung cấp điện áp: 10 – 30 VDC
Điện áp làm việc: 10 – 30 VDC
Dòng hiện tại: 300mA
Tần số: 500Hz
Màu: Màu đen, vàng, xám
Thời gian đáp ứng: Tối đa 2,5ms
Nhiệt độ môi trường từ - 25ºC tới 55ºC
Độ ẩm môi trường từ 35% tới 85%
Trọng lượng (cả vỏ): 60g
Chế độ ngõ ra: Chọn lựa Light – ON / Dark – ON

1.3.3.3. Xi lanh khí nén
Xi lanh là cơ cấu chấp hành biến năng lượng được tích lũy từ khí nén thành
động năng. Xi lanh là cơ cấu chuyển động thẳng. Cụ thể là :
 Xi lanh tác dụng đơn - Single acting cylinder

NHÓM SVTH

14

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hoạt động trên nguyên lý khí nén chỉ được sử dụng sinh công 1 phía của
Piston. Khi đó Piston lùi lại từ lực bật của lò xo hay lực bên ngoài .
Xi lanh có 1 cổng cấp nguồn và 1 lỗ thoát khí.
Điều khiển bằng van 3/2
Ký hiệu minh họa :
 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực :

 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do lò xo :

 Xi lanh tác dụng kép - Double acting cylinder

NHÓM SVTH

15

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hoạt động trên nguyên lý khí nén được sử dụng sinh công ở 2 phía của Piston.
Xi lanh có 2 của cấp nguồn.
Điều khiển bằng van 4/2, 5/2, 5/3.
Ngoài ra xi lanh kép còn có loại xi lanh có đệm giảm chấn và không giảm
chấn.
Ký hiệu minh họa :

Hình 1.3 : Xi lanh khí nén
Dựa vào những cơ sở trên nhóm quyết định sử dụng xi lanh kép sử dụng cho hệ
thống.
Ngoài những loại cơ bản như xi lanh đơn hay kép thì còn có 1 số loại phục vụ
cho công nghiệp như :
NHÓM SVTH

16

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

-

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Xy lanh quay

- Động cơ khí nén
- Giác hút
1.3.3.4. Rơ le trung gian
 Khái niệm chung về rơ le
Rơ le là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp
khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơ le được sử dụng rất rộng rãi
trong mọi hoạt động trong lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hằng ngày.
Rơ le có nhiều chủng loại với nguyên lý làm việc, chức năng khác nhau,
như: Rơ lê điện từ, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện từ tương
tự, rơ le điện tử số, điện tử tương tự…
Đặc tính cơ bản của rơ le là đặc tính vào ra. Khi đại lượng đầu vào X tăng
đến 1 giá trị tác động

, đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0(

). Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả

) đến 1(

thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy

cấp từ 1 xuống 0. Đây là quá trình nhả của rơ le.
 Phân loại rơle
Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do
vậy có nhiều các để phân loại rơle.
 Phân loại nguyên lí làm việc theo nhóm.
- Rơ le điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle
cảm ứng…)
- Rơ le nhiệt
- Rơ le từ
- Rơ le điện từ - bán dẫn, vi mạch
- Rơ le số
 Phân loại theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành
- Rơ le có tiếp điểm: Loại này tác động lên vi mạch bằng cách đóng
mở các tiếp điểm.
- Rơ le không có tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách
thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch
điều khiển như: Điện cảm, điện dung, điện trở…
 Phân loại theo đặc tính tham số vào
NHÓM SVTH

17

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

- Rơle dòng điện
- Rơle công suất
- Rơle tổng trở …
 Phân loại theo cách mắc vào cơ cấu
- Rơle sơ cấp: Loại này được mắc trực tiếp vào mạch điền cần bảo
vệ.
- Rơle thứ cấp: Loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lương
hay biến dòng điện.
 Phân loại theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le
- Rơle cực đại
- Rơle cực tiểu
- Rơle cực đại – cực tiểu
- Rơle so lệch
- Rơle định hướng
 Rơle trung gian
Rơle trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống
điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Đặc điểm của rơle trung gian là số lượng
tiếp điểm lớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và
công suất nuôi cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khếch đại tín hiệu,
hoặc chia tín hiệu của rơle chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều
khiển và bảo vệ
 Nguyên lý làm việc của rơle trung gian như sau:

Hình 1.4: Cấu trúc chung của rơle

NHÓM SVTH

18

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Nếu cuộn dây của rơle được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơle
chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong
mạch từ từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp
điểm thường đóng mở ra. Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các
tiếp điểm đến vị trí ban đầu. Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ (5A) nên
hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.
Rơle trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp
thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V AC,
28V DC, hệ số nhả của rơle nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ
tiếp điểm đạt 106±107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.


Các thông số kỹ thuật và lực chọn rơle trung gian
 Dòng điện định mức trên rơle trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép

rơ le làm việc trong tời gian dài mà không bị hư hỏng. Khi lựa chọn rơle trung
gian thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của
phụ tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của rơle trung gian quyết định.
= 23,4A
Điện áp làm việc của rơle trung gian là mực điện áp mà rơle có khả năng
đóng cắt.

= 380V

 Dòng làm việc của rơle trung guan phải lớn hơn dòng điện định mức của
động cơ
> 15,6A
 Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của rơle là mức điện áp mà khi đó rơle
sẽ hoạt động. Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn
hút

là 24V DC.
Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm đã được sử dụng rơle trung

gian MY2N của OMRON.

NHÓM SVTH

19

LỚP ĐH TĐH1 – K5