Đồ án Chế tạo và điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Chế tạo và điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ChẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯƠṆ G GVHD: TS. VŨ QUANG HUY SVTH: NGUYỄN QUANG TUÂŃ KIỆT - 12146267 LẠI TRUNG HẠNH - 12146052 S K L 0 0 4 5 2 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT - 12146267 LẠI TRUNG HẠNH - 12146052 Khoá: 2012 Ngành: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY GVHD: TS VŨ QUANG HUY Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016
3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Quang Huy. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Tuấn Kiệt MSSV: 12146267 Lại Trung Hạnh. MSSV: 12146052 1. Tên đề tài: - Chế tạo và điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các mô hình phân loại sản phẩm có trên mạng và trong thực tế - Các tài liệu về PLC, cảm biến, 3. Nội dung chính của đồ án: - Tìm hiểu các thiết bị trong công nghiệp - Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng bằng PLC S7-1200 - Thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng. - Điều khiển được mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng 4. Các sản phẩm dự kiến Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng được điều khiển bằng PLC S7-1200 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Được phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Chế tạo và điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng - GVHD: TS Vũ Quang Huy. - Họ và tên sinh viên : Nguyễn Quang Tuấn Kiệt. - MSSV : 12146267 Lớp 12146CLC - Địa chỉ sinh viên: 7/2, đường 385, phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9 - Số điện thoại liên lạc : 01698395331 - Email : tuankiet12146@gmail.com - Họ và tên sinh viên : Lại Trung Hạnh - MSSV : 12146052 Lớp 12146CLC - Địa chỉ sinh viên: 5/77/52, đường Đình Phong Phú, phường Tăng Nhơn Phú B, Quận 9 - Số điện thoại liên lạc : 01664361939 - Email : trunghanha2ltt@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc.Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2016. Ký tên SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY LỜI NÓI ĐẦU Bốn năm là khoảng thời gian đầy ý nghĩa mà chúng em đã được gắn bó với ngôi trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM trong việc học tập và nghiên cứu . Nhận được rất nhiều sự hướng dẫn và dạy dỗ tận tình của các thầy cô giáo về chuyên môn lẫn đạo đức. Luận văn tốt nghiệp là thành quả của một trình lâu dài, là sự kết tinh của tất cả những kiến thức mà sinh viên đã lĩnh hội được trong quá trình học tập tại trường cũng như những kiến thức tự học tập của mỗi sinh viên. Ngày nay, thời đại công nghiệp ngày càng phát triển mạnh mẽ và thay đổi không ngừng, thì con người luôn có khuynh hướng kết hợp rất nhiều lĩnh vực công nghệ kỹ thuật để tạo ra những sản phẩm tối ưu nhất mang lại lợi ích cho con người. Nói rõ hơn là sự kết hợp của ngành cơ khí, tự động hóa, điện - điện tử, tin học đã tạo nên sự mới mẻ và nhiều đột phá lớn cho thời đại công nghiệp đương đại. Đề tài “Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng ” mang lại hai ý nghĩa chính như sau. Thứ nhất đề tài được xem là một trải nghiệm thực sự để nhóm có thể vận dụng những kiến thức đã được học tập và nghiên cứu trên ghế nhà trường; cùng với khả năng tư duy, sáng tạo của mình để tạo ra sản phẩm tốt nhất, mang lại lợi ích cho con người. Thứ hai việc chọn và thực hiện đề tài nhằm đáp ứng nhu cầu trong công nghiệp. Ngày nay mọi thứ đều được công nghiệp hóa do đó viêc cân đo không còn được thực hiện bằng tay nữa mà hoàn toàn sử dụng máy móc. Và đó cũng là lý do và mục đích đề ra để nhóm thực hiện đề tài đạt được. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 3 LẠI TRUNG HẠNH
6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Đào tạo Chất lượng cao – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong thời gian vẫn còn đang học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Vũ Quang Huy đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ chúng em rất nhiều qua các buổi nói chuyện, thảo luận về đề tài mà chúng em thực hiện. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đề tài này của chúng em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy. Bài thu hoạch bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu nhu cầu cũng như đối tượng hướng tới. Chúng em đã chọn đề tài “Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng” để làm đề tài nghiên cứu. Kiến thức của chúng em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô để kiến thức của nhóm em trong lĩnh vực này được hoàn thi hơn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2016 NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nguyễn Quang Tuấn Kiệt Lại Trung Hạnh SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY TÓM TẮT ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG GVHD: Ts. Vũ Quang Huy. SVTH : Nguyễn Quang Tuấn Kiệt MSSV: 12146267 Lại Trung Hạnh MSSV: 1214655 Trường: Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Khoa: Đào tạo Chất lượng cao Bộ môn: Cơ điện tử. Thời gian thực hiện: 15 tuần. 1. Mục tiêu: Trên cơ sở tìm hiểu và nghiên cứu các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng hiện có trên thế giới. Từ đó chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp. Mô hình có khả năng phân loại sản phẩm một cách nhanh chóng, linh hoạt. 2. Nội dung chính: Phân loại sản phẩm là một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất, giúp chúng ta chọn ra những sản phẩm đạt yêu cầu sản xuất. Nội dung cụ thể của đồ án được thực hiện như sau: − Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến trọng lượng (loadcell). − Thiết kế mô hình hệ thống phân loại. − Thiết kế hệ thống điện điều khiển. − Thiết kế chương trình điều khiển. Kết quả chính đạt được: − Lựa chọn được phương hướng và giải pháp phù hợp. − Thiết kế được mô hình phân loại sản phẩm. − Chế tạo và điều khiển được mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng . SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 5 LẠI TRUNG HẠNH
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: 1 1.2 Khả năng ứng dụng trong thực tế và lý do chọn đề tài: 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2 1.5 Phương pháp nghiên cứu: 3 1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp: 3 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 4 2.1. Phân tích các hoạt động của hệ thống: 4 2.1.1. Hoạt động phân loại thủ công 4 2.1.2. Hoạt động phân loại tự động 4 2.2. Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống : 4 2.2.1. Các chuyển động chính 4 2.2.2. Các yêu cầu thiết kế 4 2.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế : 5 2.3.1. Phương án 1. 5 2.3.2. Phương án 2. 5 2.4. Trình tự cộng việc tiến hành : 6 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN 7 3.1. Tổng quan về nguyên lý hoạt động: 7 3.2. Các phương pháp đo khối lượng: 8 3.2.1. Phương pháp cân bằng 0: 8 3.2.2. Phương pháp cân dịch chuyển: 8 3.3. Giới thiệu về cảm biến khối lượng (Loadcell): 9 3.4. Khuếch đại tín hiệu: 13 3.4.1. Mạch khuếch đại không đảo: 14 3.4.2. Bộ khuếch đại đảo: 14 SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY 3.4.3. Mạch khuếch đại dùng cho tín hiệu vi sai: 15 3.5. Biến đổi ADC: 16 3.5.1. Các tham số cơ bản của bộ chuyển đổi A/D: 17 3.5.2. Các phương pháp chuyển đổi A/D: 17 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 19 4.1. Tổng quan phần cơ khí: 19 4.2. Tính toán chọn động cơ băng tải: 20 4.3. Tính toán trục: 21 4.4. Nối trục với động cơ: 23 4.5. Các chi tiết khác: 24 4.6. Dung sai lắp ghép: 24 4.7. Nguyên lý hoạt động: 24 4.8. Các bản vẽ cơ khí : 26 CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 29 5.1 Khối xử lý: 29 5.1.2. Các loại tín hiệu: 32 5.1.3. Bộ nhớ PLC 33 5.1.5. Các loại PLC S7-1200 (siemens): 38 5.2 Khối cảm biến: 48 5.2.1. Cảm biến khối lượng loadcell 48 5.2.2. Các cảm biến khác trong hệ thống: 51 5.2.3. Xy lanh: 52 CHƯƠNG 6 :PHẦN MỀM STEP 7 MICROWIN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 54 6.1. Giới thiệu phần mềm Step 7 MicroWIN: 54 6.1.1. Giao diện phần mềm: 54 6.1.2. Cấu trúc của một tập tin step 7: 55 6.1.3. Cấu trúc chương trình: 56 6.1.4. Giao tiếp giữa máy tính và PLC: 57 SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 7 LẠI TRUNG HẠNH
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY 6.2. Chương trình điều khiển: 63 CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM 72 7.1. Một số hình ảnh về mô hình: 72 7.2. Thực nghiệm: 74 7.2.1. Các bước chuẩn bị: 74 7.2.2. Thử nghiệm. 75 CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 76 8.1 Những kết qủa đạt được: 76 8.1.1 Phần thiết kế cơ khí. 76 8.1.2 Phần điều khiển. 76 8.2 Những hạn chế còn tồn tại: 76 8.3 Hướng phát triển đề tài: 77 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1 Mô hình phân loại sản phẩm một băng chuyền 5 Hình 2. 2 Mô hình phân loại sản phẩm nhiều băng chuyền 6 Hình 3. 1 Phương pháp cân bằng 0 8 Hình 3. 2 : mạch cầu không cân bằng 10 Hình 3. 3 Các cách mắc điện trở cảm biến trên các nhánh cầu 11 Hình 3. 4 Các loại cân Loadcell trên thị trường 13 Hình 3. 5 mạch khuếch đại không đảo 14 Hình 3. 6 Bộ khuếch đại đảo 14 Hình 3. 7 Mạch khuếch đại cho tín hiệu vi sai 15 Hình 4. 1 sơ đồ phân bố lực 21 Hình 4. 2 : Biểu đồ nội lực trên trục 22 Hình 4. 3 trục nối chữ thập 24 Hinh 5. 1 mô hình PLC cơ bản 30 Hinh 5. 2 mô hình các khối trong PLC 31 Hinh 5. 3 vùng chứa dữ liệu của PLC 35 Hinh 5. 4 Các đối tượng dữ liệu 36 Hinh 5. 5 : Một vòng quét chương trình 37 Hinh 5. 6 Sơ đồ ngõ ra của PLC 40 Hinh 5. 7 PLC S7-1200, CPU 1214C 42 Hinh 5. 8 PLC S7-1200, CPU 1211C 42 Hinh 5. 9 : PLC S7-1200, CPU 1212C 43 Hinh 5. 10 sơ đồ thể hiện cấu trúc bên trong của PLC 44 Hinh 5. 11 Sơ đồ đấu dây của PLC S7-1200 45 Hinh 5. 12 Các module mở rộng của PLC S7-1200 46 Hinh 5. 13 các phương thức giao tiếp của PLC S7-1200 48 Hinh 5. 14 Cân Loadcell 48 Hinh 5. 15 sơ đồ màu dây của cân Loadcell 49 Hinh 5. 16 Cảm biến quang 52 Hinh 5. 17 Sơ đồ kết nối xy lanh 53 Hình 6. 1 giao diện Step 7 MicroWIN 55 Hình 6. 2 ảng chọn cổng giao tiếp 58 Hình 6. 3 bảng properties của PC/PPI 59 SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 9 LẠI TRUNG HẠNH
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY Hình 6. 4 bảng properties của PC/PPI 60 Hình 6. 5 bảng giao tiếp 61 Hình 6. 6 bảng PLC Type 62 Hình 7. 1 bàn cân loadcell và bộ chuyển đổi A/D 72 Hình 7. 2 băng chuyền 72 Hình 7. 3 xy lanh tại bộ phận phân loại 73 Hình 7. 4 tay hút 73 Hình 7. 5 Tổng thể mô hình 74 SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY DANH MỤC BẢNG Bảng 5. 1 Các đặc điểm cơ bản của PLC S7-1200 40 Bảng 5. 2 Các Mô đun mở rộng 47 Bảng 5. 3 Các thông số kỹ thuật của cân Loadcell 49 Bảng 6. 1 bảng địa chỉ I/O 64 SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 11 LẠI TRUNG HẠNH
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC Programable Logic Controller. CPU Central Processing Unit. WinCC Windows Control Center. HMI Human Machine Interface. SCADA Supervisory Control And Data Acquisition. ADC Analog-to-Digital Converter SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: Trong quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm, khâu định lượng đóng vai trò hết sức quan trọng, nhằm xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu bán thành phẩm và thành phẩm. Các thiết bị định lượng có mặt tại hầu hết các công đoạn của quá trình sản xuất. Tự động điều khiển, giám sát các công đoạn của quá trình sản xuất nói chung và khâu định lượng đóng gói sản phẩm nói riêng là một trong những giải pháp ưu tiên hàng đầu được lựa chọn để tăng khả năng cạnh tranh của các các doanh nghiệp trong quá trình hội nhập. Trong các nhà máy lớn việc nhập xuất nguyên vật liệu là công đoạn tất yếu, vì vậy rất cần đến hệ thống cân điện tử công nghiệp. Các khối lượng cần được thực hiện thao tác cân này rất lớn với số lượng rất nhiều. Hiện nay tại một số doanh nghiệp nhỏ việc định lượng và đóng gói sản phẩm còn được thực hiện bằng phương pháp thủ công, một số doanh nghiệp được trang bị thiết bị điều khiển nhập ngoại, có giá thành cao và thật sự không phù hợp với từng loại sản phẩm cụ thể. Do đó, vấn đề tiếp cận, thiết kế và tự làm chủ các hệ thống điều khiều và giám sát tự động của thiết bị định lượng là cần thiết, mang tính thực tiễn cao. 1.2 Khả năng ứng dụng trong thực tế và lý do chọn đề tài: Tự động hóa là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao động của con người, nâng cao năng suất lao động. Trong mọi thời đại, một sản phẩm được làm ra vấn đề gái thành luôn là một trong những vấn đề được quan tâm bậc nhất, bởi lẻ cũng một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất chất lượng như nhau mà giá thành rẻ hơn thì người ta sẽ chọn sản phẩm rẻ hơn. Chính vì lẽ đó, con người luôn tìm mọi cách để giảm giá thành sản phẩm và đó là cơ sở đê ngành tự động hóa ra đời. Từ lâu con người đa nhận ra rằng lao động của con người không bằng máy móc kể cả về năng suất và chất lượng. Vì vậy, sự ra đời của tự động hóa không những giảm bớt lao động con người mà còn tăng chất lượng sản phẩm. Quy trình tự động hóa đã làm vho việc quản lý trở nên 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. Ngoài ra, tự động hóa còn cải thiện điều kiện làm việc của con nguời, tránh cho công nhân làm những việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, có thể thay con người làm việc trong môi trường độc hại. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 1 LẠI TRUNG HẠNH
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY Ngày nay, với trình độc chuyên môn hóa cao, một sản phẩm cso thể được lắp ghép từ các chi tiết của các nhà sản xuất khác nhau trên thế giới. Chính vì thế, con người cần phải tiêu chuẩn hóa các chi tiết cũng như các sản phẩm được tạo ra. Tự động hóa rất thích hợp với nhưngx ngành sản xuất theo tiêu chuẩn như thế. Phân loại sản phẩm là một phần trong nền công nghiệp tự động hóa hiện nay. Nhu cầu phân loại trong nền công nghiệp ngày càng lớn, yêu cầu sử dụng máy móc thay cho sức người, đẩy mạnh sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà. Và đề tài này có khá nhiều ứng dụng trong thực tế như đã trình bày ở trên. Do đó, nhu cầu về một hệ thống phân loại nhanh, chính xác, đáp ứng được môi trường làm việc liên tục, kéo dài thực sự rất cấp thiết hiện nay. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Trên cở sở tìm hiểu, phân tích nhu cầu phân loại hiện nay, các hệ thống phân loại tự động trong thực tế. Từ đó, chế tạo hoàn thiện mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng, có khả năng phân loại được càng nhiều sản phẩm càng tốt. Nhưng do những khó khăn về kinh tế và thiết bị nên nhóm chỉ có thể thực hiện mô hình có khả năng phân loại được khoảng 6 sản phẩm một phút, để mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống. Trên hết, sẽ giúp nhiều sinh viên không có điều kiện tiếp xúc với hệ thống thực trong thực tế có thể học hỏi, trải nghiệm với mô hình, từ đó rút ra kinh nghiệm quý báu. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các hệ thống phân loại sản phẩm có trong thực tế. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trong một quy mô nhỏ, giới hạn về thời gian và chi phí nên đề tài chỉ dừng lại ở việc tính toán và thiết kế dựa trên mô hình. Chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng. 1.5 Phương pháp nghiên cứu: 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận: - Trước hết, tìm hiểu các loại mô hình mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng hiện có trong thực tế. - Sau đó,tiến hành phân tích đánh giá ưu, nhược điểm của từng loại và lựa chọn. - Cuối cùng là tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình. 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: Nghiên cứu qua các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chuyên ngành dùng trong việc tính toán cũng như điều khiển, lập trình trên các trang web cũng như trên các diễn đàn mạng Internet. Bao gồm những phương pháp cụ thể sau: Tìm hiểu và tham khảo những sản phẩm có sẵn trên thị trường để thiết kế mô hình, nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện – điện tử có sẵn vào việc điều khiển cho hệ thống. Áp dụng các kiến thức cơ sở ngành như: bộ truyền động trong nguyên lý – chi tiết máy, cơ lý thuyết, vào việc tính toán thực tế. Ngoài ra, còn tìm hiểu về kiến thức tự động hóa cùng với các thiết bị tự động hóa như: CB, PLC S7-1200, động cơ AC 1 pha, Driver điều khiển động cơ, Vận dụng kiến thức ngành liên quan như: kỹ thuật điện – điện tử, vi điều khiển, sử dụng phần mềm Orcad và Protues để thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển. Chế tạo và lắp đặt mạch điện điều khiển cho toàn bộ hệ thống mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng. 1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp: Đồ án tốt nghiệp được chia làm 3 phần: Cơ khí: bao gồm toàn bộ phần khung, cơ cấu băng chuyền, xylanh Điện: bao gồm toàn bộ 2 động cơ AC Servo, PLC, Điều khiển: giao diện giám sát WinCC và lập trình bằng PLC. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 3 LẠI TRUNG HẠNH
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1. Phân tích các hoạt động của hệ thống: 2.1.1. Hoạt động phân loại thủ công Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân sẽ dùng các thiết bị đo kiểm tra để xác định chất lượng sản phẩm. Sau đó, xếp vào hộp và đóng gói. Công việc này đòi hỏi trình độ của công nhân, hơn nữa trong quá trình làm lâu dài khó tránh khỏi những sai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm khồn đồng đều. 2.1.2. Hoạt động phân loại tự động Khi sản phẩm được sản xuất ra, sẽ được đưa lên băng chuyền. bên cạnh băng chuyền có mọt cảm biến đề phát hiện có workpiece, sau đó được đưa qua cân dưa trên khối lượng để phân loại sản phẩm. Sau đó, dựa theo khối lượng để đưa qua các băng chuyền khác nhau vào các thùng khác nhau để phân loại. Khi đủ số lượng sẽ được đóng thùng lại và người công nhân đưa vào kho hàng. 2.2. Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống : 2.2.1. Các chuyển động chính Chuyển động của băng chuyền để mang sản phẩm đi phân loại. Chuyển động của piston để đưa sản phẩm vào các băng chuyền phân loại 2.2.2. Các yêu cầu thiết kế Khi xây dựng các phương án thiết kế cần phải đảm bảo các điều kiện sau : - Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy. - Công nhân làm việc được thoải mái, không chịu áp lực lao động. - Ngoài ra phải đảm bảo được tính an toàn và tính thiết kế. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY 2.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế : 2.3.1. Phương án 1. Sử dụng xy lanh để đưa sản phẩm lên bàn cân, sau đó sử dụng một băng chuyền để vận chuyển sản phẩm đên nơi phân loại. Tại nơi phân loại, chúng ta sử dụng 2 xy lanh thẳng để đẩy sản phẩm vào máng trượt, trượt vào thùng hàng. Ưu điểm: Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử dụng ít piston, băng chuyền nên giá thành thấp. Nhươc điểm : Chỉ phân loại được sản phẩm có khối lượng khác nhau, thiếu tính linh hoạt Hình 2. 1 Mô hình phân loại sản phẩm một băng chuyền 2.3.2. Phương án 2. Sử dụng 2 băng chuyền để vận chuyển sản phẩm. Một dùng để vận chuyển sản phẩm để phân loại. Một là để vận chuyển các sản phẩm đã phân loại đi đóng gói. Sử dụng xylanh để đây các sản phẩm đạt chất lượng từ băng chuyền 1 sang băng chuyền 2. Ưu điểm : tính linh hoạt cao, có thể cúng lúc phân loại được nhiều sản phẩm. Nhược điểm : sử dụng nhiều piston và băng chuyền hơn nên giá thành cao hơn. Sử dụng nhiều cảm biến hơn nên điều khiển phức tạp hơn. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 5 LẠI TRUNG HẠNH
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY Hình 2. 2 Mô hình phân loại sản phẩm nhiều băng chuyền => Dựa trên những phân tích trên chúng em lựa chọn phương án 1 để chế tạo và điều khiển mô hình. 2.4. Trình tự cộng việc tiến hành : Việc thực hiện đề tài được thực hiện theo trình tự sau : - Lên ý tưởng chọn nội dung, giới hạn của đề tài thực hiện. - Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn về tính khả thi và ứng dụng của đề tài. - Quyết định đề tài thực hiện. - Tìm hiểu các hệ thống có sẵn trong thực tế. - Thực hiện tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm lập trình. - Thực hiện chế tạo phần cơ khí. - Lấp dây điện trên toàn bộ mô hình. - Lập trình điều khiển - Hoàn thiện toàn bộ mô hình. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT LẠI TRUNG HẠNH
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN 3.1. Tổng quan về nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của khối lượng đặt lên bên trên, Loadcell sẽ chuyển tín hiệu điện ở ngõ ra. Tín hiệu điện rất nhỏ sẽ được khuếch đại lên nhiều lần trước khi đưa vào bộ chuyển đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số và được đưa về bộ xử lý. Bộ xử lý sẽ xuất tín hiệu đầu ra điều khiển các cơ cấu chấp hành như: băng tải, xylanh, Sơ đồ khối của hệ thống phân loại dung loadcell : Tải trọng từ Loadcell Khuếch đại Bộ giải mã sản phẩm A/D Đóng cửa piston khí Điều khiển các cuộn Bộ xử lý nén, động cơ băng dây, solenoid, relay PLC tải Do tính linh hoạt của bộ xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chương trình viết cho bộ xử lý khác nhau. Do đó, hệ thống cân này có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực có liên quan đến việc định lượng. Ngoài ứng dụng trong việc phân loại, có thể kể ra các ví dụ mà loadcell được áp dụng trong các hệ thống như: Trong hệ thống bán hàng có sử dụng cân điện từ, hàng hóa ở đây là những loại hàng hóa có thể cân được như: rau củ quả, thủy sản, Cân cũng là một trong những biện pháp dung để phát hiện sản phẩm trong hệ thống đếm tự động. Khi phát hiện đúng khối lượng quy định thì mới đếm. Điều này sẽ tránh được việc đếm sai nếu cùng một lúc có 2 sản phẩm, hoặc là có vật thể che trước cảm biến. SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 7 LẠI TRUNG HẠNH
22. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS VŨ QUANG HUY TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Dung sai kỹ thuật đo, TS. Trần Quốc Hùng – ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 2. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Trịnh Chât-Lê Văn Uyển - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 3. Giáo trình điều khiển tự động, Nguyễn Thế Hùng – NXB. Đại học Sư phạm TP.HCM 4. Các tài liệu hướng dẫn về PLC của Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 5. Making the transition from S7-200 to S71200 6. Website về PLC : 7. Website về hướng dẫn lập trình PLC S7-1200 : SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT 79 LẠI TRUNG HẠNH