ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠ - ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP VÀ DÁN NHÃN TỰ ĐỘNG
. Tên đề tài:
“Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiết rót, đóng nắp và dán nhãn tự động”
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3. Nội dung chính của đồ án:
4. Các sản phẩm dự kiến
- Bản thuyết minh: 1
- Số bản vẽ: 3
- Mô hình: 1
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ngành cơ khí được tự động hóa với các dây truyền sản xuất trong công nghiệp hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia. Với các quốc gia phát triển như Mỹ, Nhật…thì tự động hóa không còn xa lạ và trở lên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế con người. Số lượng công nhân trong nhà máy giảm hẳn và thay thế vào đó là những lao động có chuyên môn, những kĩ sư có trình độ, điều khiển giám sát trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính. Việt Nam là một đất nước đang phát triển thì nhu cầu hiện đại hóa công nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế.
Một trong những ứng dụng phần mềm lập trình đó là TIA PORTAL V15, giúp phát triển các chương trình lập trình, kiểm tra, giả lập và giám sát chương trình. Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của tự động hóa trong sự phát triển của chế tạo cơ khí nói riêng, sự phát triển nền công nghiệp đất nước nói chung.
Một trong những sản phẩm của cơ điện tử là những hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động. Bên cạnh đó nhu cầu về nước uống cũng như các sản phẩm đóng gói ngày càng tăng cao. Nắm được tầm quan trọng của hệ thống nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiết rót, đóng nắp và dán nhãn tự động”.
Được sự hướng dẫn và giảng dạy nhiệt tình của các thầy, cô giáo bộ môn trong Khoa Cơ Khí trường Đại học Sư phạm Kỷ thuật, cùng với thầy giáo hướng dẫn đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này
Mục lục
MỞ ĐẦU.. 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. 3
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa. 3
1.1.1. Tổng quan. 3
1.1.2. Vai trò và ý nghĩa của hệ thống tự động hóa. 4
1.1.3. Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động hóa. 4
1.1.4. Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa. 4
1.2. Giới thiệu hệ thống chiết rót chai tự động. 6
1.2.1. Giới thiệu chung. 6
1.2.2. Chức năng chính của hệ thống và phạm vi ứng dụng thực tiễn. 6
1.3. Tính cấp thiết của đề tài7
Chương 2: TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 9
2.1. Băng tải 9
2.1.1. Cấu tạo của băng tải9
2.1.2. Phân loại băng tải9
2.1.3. Tính toán động cơ cho băng tải10
2.2. Hệ thống chiết rót12
2.2.1. Phương pháp định lượng, chiết rót12
2.2.2. Nguyên lí hoạt động của chiết rót 12
2.2.3. Tính toán hệ thống chiết rót 13
2.3. Hệ thống đóng nắp chai tự động. 13
2.3.1. Cơ cấu vặn nắp chai 13
2.3.2. Tính toán lực tác động vào chai15
2.4. Hệ thống dán nhãn. 15
Chương 3: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG.. 17
3.1. Khối nguồn. 17
3.1.1. Bộ nguồn một chiều. 17
3.1.2. Nguồn khí nén. 18
3.2. Tìm hiểu về các phần tử khối vào/ra (I/O)19
3.2.1. Cảm biến hồng ngoại19
3.2.2. Module cảm biến tốc độ Encodor V1. 21
3.2.3. Nút nhấn. 23
3.2.4. Rơle trung gian. 24
3.2.5. Van điện khí nén 5/2. 25
3.3. Khối xử lý trung tâm PLC.. 26
3.3.1. Giới thiệu về PLC.. 27
3.3.2. Tổng quan về PLC S7 - 1200 [2]28
3.4. Khối cơ cấu chấp hành. 30
3.4.1. Xy-lanh. 30
3.4.2. Van tiết lưu. 31
3.4.3. Động cơ. 32
3.4.4. Băng tải33
3.4.5. Van điện từ khí nén AIRTAC 4V210-08. 34
3.4.6. Bơm nước. 34
Chương 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH.. 36
4.1. Giới thiệu quy trình công nghệ. 36
4.2. Yêu cầu công nghệ. 36
4.3. Thiết kế hệ thống cơ khí36
4.3.1. Giới thệu phần mềm sửa dụng trong quá trình thiết kế cơ khí36
4.3.2. Giới thiệu khung cơ khí và bản vẽ. 40
4.4. Mô hình sau khi hoàn thiện. 42
4.5. Thiết kế hệ thống điều khiển. 42
4.5.1. Tổng quan về TIA Portal43
4.6. Lưu đồ thuật toán. 44
4.7. Sơ đồ đấu dây của đề tài44
4.8. Giao diện WinCC của hệ thống. 45
4.9. Chương trình điều khiển. 45
KẾT LUẬN.. 50
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1. 1Ứng dụng tự động hóa trong sản xuất bia Heniken ở Việt Nam[0]3
Hình 1. 2Hệ thống chiết rót của công ty nước khoáng Vĩnh Hảo. 6
Hình 1. 3 Chai Nutri 297ml7
Hình 2. 1 Băng tải PVC [3]9
Hình 2. 2Băng tải xích [2]10
Hình 2. 3 Băng tải con lăn [2]10
Hình 2. 4 Động cơ giảm tốc DC 24V-25W [3]11
Hình 2. 5 Máy bơm mini 12V.. 13
Hình 2. 6 Cơ cấu vặn nắp chai14
Hình 2. 7 Chụp vặn nắp. 14
Hình 2.8 Cơ cấu dán nhãn. 16
Hình 3.1 Nguyên lí bộ nguồn 1 chiều. 17
Hình 3.2 Nguồn tổ ong 24VDC – 10A.. 18
Hình 3.3 Máy khí nén. 19
Hình 3.4 Cảm biến vật cản hồng ngoại20
Hình 3.5 Sơ đồ chân của cảm biến quang. 21
Hình 3.6 Mạch cảm biến tốc độ encoder V1 [8]22
Hình 3. 7 Sơ đồ chân của cảm biến [8]22
Hình 3. 8 Nút nhấn điều khiển. 23
Hình 3. 9 Rơle trung gian. 24
Hình 3. 10 Van điện khí nén 5/2. 26
Hình 3. 11 Sơ đồ bộ điều khiển. 27
Hình 3. 12 PLC S7-1200 Siemens [2]. 29
Hình 3. 13 Xy-lanh đẩy phôi tác động kép. 31
Hình 3. 14 Van tiết lưu. 32
Hình 3. 15 Động cơ giảm tốc 24V – 25W... 32
Hình 3. 16 Bộ băng tải [3]33
Hình 3. 17 Tấm băng tải PVC đường kính 100cm – rộng 1cm – dày 1.5mm [3]33
Hình 3. 18 Van điện từ khí nén. 34
Hình 3. 19 Bơm nước mini 12V.. 34
Hình 4. 1 Phần mềm Auto CADHình 3. 19 Bơm nước mini 12V.. 34
Hình 4. 1 Phần mềm Auto CAD.. 36
Hình 4. 2 Ảnh mình hoạ bản vẽ Auto CAD [4]37
Hình 4. 3 Auto CAD trong lĩnh vực xây dựng [4]38
Hình 4. 4 Auto cad trong lĩnh vực cơ khí [4]39
Hình 4. 5 Phần mềm SolidWorks icon. 39
Hình 4. 6 Ứng dụng của Solidworks [5]40
Hình 4. 7 Mô hình 2D của hệ thống. 41
Hình 4. 8 Mô hình mô phỏng bằng Solidworks. 42
Hình 4. 9 Sản phẩm sau khi hoàn thiện. 42
Hình 4. 10 Ứng dụng của TIA Portal trong quản lí một hệ thống [6]43
Hình 4. 11 Sơ đồ đấu nối45
Hình 4. 12 Giao diện WinCC.. 45
MỞ ĐẦU
Tự động hóa trong công nghiệp là mục tiêu quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Ngành tự động hóa hiện nay được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: nông nhiệp, sinh hoạt...Tự động hóa giúp tăng năng suất, độ chính xác và hiệu quả của quá trình sản xuất
Là sinh viên chuyên ngành Cơ - điện tử, dựa trên những nhu cầu thực tế của nền công nghiệp nước nhà, nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiết rót, đóng nắp và dán nhãn tự động”
Phương pháp nghiên cứu:
Chế tạo mô hình thật nên em gặp nhiều khó khăn trong việc thiết kế, chế tạo vào kết nối sản phẩm với bộ PLC S7-1200. Các phương pháp chủ yếu:
-Phương pháp mô phỏng, thiết kế trên lý thuyết: em đã thực hiện thiết kế và chế tạo sản phẩm.
-Phương pháp thực hành: Song song với việc nghiên cứu lý thuyết em đã thiết kế và kiếm tra lý thuyết trên sản phẩm thật.
-Phương pháp tính toán: Tính toán lựa chọn các linh kiện, từ thực nghiệm điều chỉnh các thông số cho phù hợp công nghệ.
Đề tài được trình bày qua những nội dung chính sau:
- Chương 1: Tổng quan về đề tài
- Chương 2: Tính toán, phân tích, lựa chọn phương án thiết kế
- Chương 3: Các thành phần trong hệ thống
- Chương 4: Thiết kế và chế tạo mô hình
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa
1.1.1. Tổng quan
Tự động hóa (điều khiển tự động) là sử dụng hệ thống điều khiển cho các thiết bị máy móc trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, hạn chế tối đa sự can thiệp của con người. Trong thực tế có rất nhiều hệ thống tự động được sử dụng tại các dây chuyền sản xuất, nồi hơi, lò nhiệt, mạng điện thoại, ổn định tàu thủy, máy bay,...
Hình 1. 1Ứng dụng tự động hóa trong sản xuất bia Heniken ở Việt Nam[0]
Trong một hệ thống tự động hóa tổng hợp, việc điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất có một chức năng trọng yếu. Đặc tính linh hoạt của quá trình được thể hiện ở tính liên tục, tính nhịp điệu, tính tỷ lệ, tính song song của các dòng vận động. Dưới con mắt kinh tế, mức độ tự động hóa của một cơ sở sản xuất không phải luôn luôn là tối đa, mà tùy thuộc những điều kiện cụ thể phải xác định được mức độ tự động hóa tối ưu, thích hợp với số lượng sản phẩm, đảm bảo chất lượng gia công cao nhất cũng như giá thành rẻ nhất. Thuật ngữ "tự động hóa", lấy cảm hứng từ các máy tự động, chưa được sử dụng rộng rãi trước năm 1947, khi Ford thành lập một bộ phận tự động hóa. Trong thời gian này ngành công nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã được giới thiệu trong những năm 1930.
Tự động hóa đã được thực hiện bằng phương tiện khác nhau bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính, thường kết hợp. Các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như các nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thường sử dụng tất cả những kỹ thuật kết hợp.
1.1.2. Vai trò và ý nghĩa của hệ thống tự động hóa
Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động. Quá trình sản xuất chịu tác động của các quy luật kinh tế. Nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm cũng làm tăng chi phí trong việc nâng cao mức độ phức tạp của gia công (về đào tạo nhân công và đội ngũ, giá thành trang thiết bị,...). Đây cũng chính là động lực kích thích sự phát triển của tự động hóa.
Tự động hóa cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các khó khăn khi sử dụng lao động thủ công. Đồng thời, giúp cải thiện các điều kiện làm việc của công nhân, nhất là các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán.
Quá trình sản xuất tự động hóa giúp đáp ứng cường độ sản xuất lớn, dễ dàng thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. Đây là yếu tố cực kì quan trọng cho phép các nhà sản xuất đáp ứng điều kiện sản xuất và thực hiện cạnh tranh trên thị trường..
1.1.3. Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động hóa
Các mối đe dọa an ninh, dễ bị tổn thương: Một hệ thống tự động có thể có một mức giới hạn của trí thông minh, và vì thế dễ bị mắc lỗi bên ngoài phạm vi trước mắt của mình về kiến thức.
Không thể đoán trước, chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển chi phí của tự động hoá có thể vượt quá chi phí định mức của quá trình.
Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một sản phẩm mới thường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm, mặc dù chi phí tự động hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thời gian.
1.1.4.Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa
- Bộ điều khiển gián đoạn (on/off):
Một trong những bộ điều khiển đơn giản nhất là điều khiển on/off. Ví dụ để điều khiển các thiết bị nhiệt trong gia đình chẳng hạn như nồi cơm điện, nó cần một rơ-le nhiệt để đóng và ngắt điện. Trong rơ-le nhiệt có một lò xo đàn hồi, khi nhiệt độ tăng lên lò xo sẽ bị giãn nở ra, dựa vào đặc tính trên người ta có thể tạo ra chức năng đóng ngắt dòng điện khi nhiệt độ tăng đến một mức mong muốn. Loại điều khiển này có thể thuộc một trong hai kiểu điều khiển vòng lặp mở và điều khiển vòng lặp kín.
Điều khiển trình tự, trong đó một chuỗi lập trình của riêng rẽ các hoạt động được thực hiện, thường dựa trên logic hệ thống có liên quan đến trạng thái của hệ thống.
- Bộ điều khiển tự động tuần tự và điều khiển tuần tự logic:
Điều khiển tuần tự có thể là một chuỗi cố định hay logic sẽ thực hiện các hành động khác nhau tùy thuộc vào trạng thái hệ thống khác nhau. Một ví dụ về một chuỗi điều chỉnh nhưng nếu không cố định là một bộ đếm thời gian trên một máy tưới cỏ.
Một sự phát triển sớm của điều khiển liên tục là chuyển tiếp, do đó rơle điện tham gia tiếp xúc điện có thể bắt đầu hoặc ngắt điện đến một thiết bị. Rơ-le đầu tiên được sử dụng trong các mạng điện, khi được phát triển để kiểm soát các thiết bị khác, chẳng hạn như khi khởi động và dừng động cơ điện công nghiệp lớn hoặc đóng mở van solenoid. Sử dụng rơ-le cho mục đích kiểm soát cho phép kiểm soát hướng hành động, nơi các hành động có thể được kích hoạt theo trật tự nào đó, để đáp ứng với các sự kiện bên ngoài.Ví dụ liên quan đến việc duy trì chuỗi an toàn cho các thiết bị như điều khiển cầu swing, nơi một tia khóa cần thiết để được tự do trước khi cầu có thể được di chuyển, và các tia khóa có thể không được phát hành cho đến khi cửa an toàn đã bị đóng cửa.
- Bộ điều khiển dùng máy tính:
Máy tính có thể thực hiện cả hai điều khiển liên tục và kiểm soát thông tin phản hồi, và thường là một máy tính duy nhất sẽ làm cả hai trong một ứng dụng công nghiệp. Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) là một loại vi xử lý có mục đích đặc biệt thay thế nhiều các thành phần như giờ và trình tự trống được sử dụng trong hệ thống. Máy tính điều khiển quá trình nhằm mục đích chung đã ngày càng thay thế điều khiển riêng lẻ, với một máy tính duy nhất có thể thực hiện các hoạt động của hàng trăm bộ điều khiển. Máy tính điều khiển quá trình có thể xử lý dữ liệu từ một mạng lưới các PLC, dụng cụ và các bộ điều khiển để thực hiện các điển hình (như PID) kiểm soát của nhiều biến số cá nhân hoặc trong một số trường hợp, để thực hiện điều khiển phức tạp thuật toán sử dụng nhiều đầu vào và các thao tác toán học. Họ cũng có thể phân tích dữ liệu và tạo ra thời gian thực, hiển thị biểu đồ cho các nhà khai thác thực hiện các báo cáo cho các nhà khai thác, các kỹ sư và quản lý.
Kiểm soát của một máy rút tiền tự động (ATM) là một ví dụ về một quá trình tương tác, trong đó một máy tính sẽ thực hiện một chuỗi logic đáp ứng với các lựa chọn người sử dụng dựa trên thông tin lấy từ một cơ sở dữ liệu trên hệ thống. Quá trình ATM có điểm tương đồng với các quy trình giao dịch trực tuyến khác. Các câu trả lời hợp lý khác nhau được gọi là kịch bản. Quá trình như vậy thường được thiết kế với việc sử dụng các sơ đồ, trong đó có văn bản hướng dẫn của các mã phần mềm.
1.2. Giới thiệu hệ thống chiết rót chai tự động
1.2.1. Giới thiệu chung
Hệ thống chiết rót tự động là thành phần quan trọng trong dây chuyền súc rửa, chiết rót và đóng nắp phục vụ cho các ngành đóng gói chất lỏng công nghiệp.
Hình 1. 2Hệ thống chiết rót của công ty nước khoáng Vĩnh Hảo
Hệ thống chiết rót chai tự động được sử dụng nhiều để phục vụ cho các ngành: thực phẩm, nước uống, dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất, dầu nhớt,… Sự ra đời của máy chiết rót tự động đã tiết kiệm cho các nhà sản xuất một khoản chi phí nhân công tương đối lớn, nâng cao năng suất chiết đóng thành phẩm vào chai.
Hệ thống được kết hợp giữa các khâu chiết rót, đóng nắp, đóng thùng bán tự động. Bộ điều khiển trung tâm thường sử dụng PLC. Mỗi khâu đều vận hành tự động, nhân công chỉ tham gia vào một số công đoạn điều khiển, đầu vào và đầu ra (xếp chai vào, đóng thùng, vận hành máy,...).
1.2.2. Chức năng chính của hệ thống và phạm vi ứng dụng thực tiễn
- Chức năng chính của hệ thống:
Toàn bộ hệ thống là một dây chuyền để hoàn thành các công đoạn ra thành phẩm. Các khâu trong dây chuyền được tự động hóa cao, con người chỉ tác động vào vận hành, đầu vào và đầu ra. Kết quả mang lại những ưu điểm:
+ Nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành: Tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng. Hệ thống có thể rót hàng nghìn chai mỗi giờ, tùy theo dung tích của chai.
+ Giảm số lượng và chi phí nhân công: Hệ chống chiết rót đã hoạt động một cách tự động dẫn đến công việc ít hơn và đơn giản hơn cho phép cần ít công nhân hơn, tùy theo dung tích của chai.
+ Sự an toàn: Bằng việc tự động hóa các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn.
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống chiết rót không những sản xuất với tốc độ nhanh hơn thủ công, mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các yêu cầu khắt khe của sản phẩm đóng chai.
Tuy nhiên hệ thống chiết rót có chi phí đầu tư cao: việc chuyển từ sử dụng nhân công con người sang dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao. Ngoài ra, củng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết bị, máy móc hiện đại và phức tạp.
- Phạm vi ứng dụng:
Các cơ sở sản xuất nước rửa chén, sản xuất nước giải khát, nước tinh khiết, bia… Các sản phẩm chất lỏng hoặc chất lỏng cô đặc có yêu cầu vệ sinh khử trùng cao.
Sử dụng với loại chai có dung tích từ 200 ml - 1000 ml.
Trong đồ án này, nhóm tác giả chọn chai nướcNutri loại nắp vặn có dung tích 297 ml làm đối tượng nghiên cứu.
Hình 1. 3 Chai Nutri 297ml
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Trong xã hội hiện đại ngày nay, nhu cầu ăn uống của người dân ngày càng được nâng cao. Ngành công nghiệp thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai cũng ngày càng tăng lên về số lượng sản phẩm trên thị trường.
Khảo sát vào năm 2015 của Euromonitor cho thấy, thị trường đồ uống đóng chai đã đạt ngưỡng gần 170 tỉ USD, dự kiến sẽ tăng gần 10% tới thời điểm 2020. Trong phân khúc ngành hàng này, nước chiếm ưu thế với hơn 35% trong tổng thị phần thị trường, còn đồ uống có ga đạt khoảng 22%. Nước uống đóng chai sẽ tăng nhanh nhất do người tiêu dùng có xu hướng thích dùng nước uống cung cấp nguồn năng lượng.
Dự báo cũng chỉ ra rằng, thị trường Châu Á – Thái Bình Dương sẽ tiếp tục dẫn đầu thế giới về tăng trưởng trong đó có Việt Nam. Sức hấp dẫn tăng trưởng của ngành nước đóng chai cũng đã thúc đẩy thêm nhiều doanh nghiệp tham gia vào lĩnh vực này.
Hệ thống chiết rót tự động là chiết rót một lượng chất lỏng nhất định vào các chai, bình, lọ,... Các hệ thống, máy chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm. Ngành công nghiệp này yêu cầu năng suất cao, nghiêm ngặt về vệ sinh an toàn thực phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ có cấu tạo và cách hoạt động khác nhau.
Chương 2: TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Băng tải
Một hệ thống đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ sở sản xuất tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt đó chính là băng tải, băng chuyền.
Hiểu một cách đơn giản nhất thì có thể hiểu băng tải là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi …) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ một điểm A đến điểm B.
Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất với mọi khoảng cách .
Vậy hệ thống băng chuyền là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy. Góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao.
2.1.1. Cấu tạo của băng tải
- Thành phần cấu tạo:
- Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tôc độ
- Bộ con lăn, truyền lực chủ động
- Hệ thống khung đỡ con lăn
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn
2.1.2. Phân loại băng tải
2.1.2.1. Băng tải PVC: dễ lắp đặt
2.1.2.2. Băng tải dạng xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng
2.1.2.3. Băng tải con lăn: Băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.
- Kết luận: Để đạp ứng được yêu cầu đề tài đưa ra chúng em chọn băng tải thẳng dạng PVC.
2.1.3. Tính toán động cơ cho băng tải
Yêu cầu về động cơ DC giảm tốc truyền động băng tải:
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ gá đặt.
+ Mạch điều khiển đơn giản.
vTính chọn động cơ DC giảm tốc:
Yêu cầu:
+ Chiều dài băng tải: L = 1000 mm.
+ Vận tốc băng tải: V = 12 m/phút.
+ Độ rộng băng tải: B = 100 mm.
+ Tải trọng băng tải: 1,5kg.
Tính chọn tốc độ động cơ:
+ Tốc độ của băng chuyền: V = 12 m/phút.
+ Với đường kính con lăn D = 50 mm.
+ Suy ra tốc độ động cơ:
Tính mômen xoắn động cơ:
+ Tải trọng băng tải: m = 1,5kg.
+ Suy ra momen xoắn tối thiểu của động cơ:
Tính công suất động cơ:
Trong đó:
+ T: Momen xoắn tối thiểu của động cơ.
+ N: Số vòng quay.
Kết luận: Với tất cả các yêu cầu và các lưucj tính toán trên nên nhóm đã quyết định chọn động cơ điện một chiều làm động cơ dẫn động cho băng tải. Động cơ được chọn có momen lớn do yêu cầu làm việc của băng tải có tải trọng. Động cơ có gắn liền loại hộp số loại 24v-25w, có tốc độ quay trên trục sau hộp số là 57.
Hình 2. 4 Động cơ giảm tốc DC 24V-25W [3]
2.2. Hệ thống chiết rót
2.2.1. Phương pháp định lượng, chiết rót
- Định lượng bằng xy-lanh định lượng .
- Phương pháp này tối ưu hóa sự chính xác trong chiết rót, chất lỏng được đong vừa đủ định mức của xy lanh nên đảm bảo lưu lượng không đổi với tất cả các chai.
- Phương pháp này hầu như được áp dụng hầu hết trong các hệ thống sản xuất thực phẩm dạng lỏng, thức uống… của các thương hiệu hàng đầu trên thế giới như Cocacola, Pepsi, ….
- Nhược điểm là giá thành chế tạo cao, định mức cố định, nếu muốn thay đổi thể tích chiết rót, buộc phải thay đổi cả thể tích xy-lanh, tương đương với việc mua mới .
- Định lượng bằng cảm biết mực chất lỏng.
- Phương pháp này tương đối chính xác. Cảm biến được đặt sát với mực thể tích mong muốn, khi rót đạt đến định mức, cảm biến sẽ xuất tín hiệu về xử lý để ngắt van ống dẫn chất lỏng.
- Phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố môi trường ảnh hưởng đến cảm biến, vị trí đặt cảm biến, cũng như chất lượng của cảm biến sẽ tỉ lệ thuận với giá thành. Không những thế, việc bảo trì cần phải được thực hiện định kì, khả năng xấu nhất có thể xảy ra là cảm biến không nhận tín hiệu dẫn đến việc nước bị tràn làm hư hỏng các thiết bị điện.
- Định lượng bằng thời gian.
- Phương pháp này độ chính xác chỉ dừng ở mức tương đối, thời gian rót sản phẩm vào chai được quy định trong chương trình, khi hết thời gian van sẽ ngắt không cho nước chạy qua nữa.
- Ưu điểm là khiến việc lập trình điều khiểm đơn giản hơn, dễ dàng thay đổi khi muốn tăng hay giảm thể tích chai, tiết kiệm chi phí.
- Nhược điểm là độ chính xác không cao.
Kết luận: Do không yêu cầu cao về thể tích nước trong chai và tiết kiệm chi phí nhất chọn phương pháp định lượng bằng thời gian.
2.2.2. Nguyên lí hoạt động của chiết rót
Chai di chuyển trên băng tải đến vị trí chiết rót dung dịch, tại vị trí chiết rót có cảm biến hồng ngoại phát hiện có chai, cảm biến gửi tín hiệu về PLC điều khiển cho xilanh khí nén đẩy chai vào thành để giữ vị trí dưới vòi bơm và sau đó điều khiển bơm chạy một khoảng thời gian đã tính toán để được lượng nước mong muốn.Sau khi bơm dừng plc điều khiển cho xy-lanh đi ra
2.2.3. Tính toán hệ thống chiết rót
Thành phần của hệ thống :
- Bể chứa dung dịch.
- Bơm mini 12V.
- Hệ thống đường ống .
- Xi lanh Airtac hành trình 50mm
Tính toán:
+ Chọn bơm mini 12v công suất p=2,6(l/ph).
+ Dung lượng chai cần chiết rót 297 (ml).
+ Thời gian cần để mức nước cần thiết là:
Vòi phun:
+ Kích thước miệng lỗ 16mm.
+ Chọn kích thước vòi phun 10mm
2.3. Hệ thống đóng nắp chai tự động
2.3.1. Cơ cấu vặn nắp chai
Cơ cấu vặn nắp bao gồm xy-lanh khí nén 2 piston được gắn với động cơ. Một bàn gắn được gắn vào động cơ sau đó gắn vào xi lanh, điều này giúp động cơ đi lên xuống thực hiện quá trình xoáy nắp chai.
Chụp vặn nắp:
Chụp vặn nắp được giũ chặt với trục động cơ nhờ một con vít ở nắp trên của chụp vặn. Nắp được vặn chặt vào thân nhờ ren. Bên trong có một chi tiết côn được làm bằng nhựa (dễ gia công) có nhiệm vụ tiếp xúc trực tiếp với nắp chai. Chi tiết côn này dễ dàng thay thế bằng các chi tiết côn có kích thước khác nhau để phù hợp hơn với từng kiểu nắp khác nhau.
Sau khi chai đã được chiết rót sẽ được chuyển sang vị trí vặn nắp. Tại vị trí này có đặt cảm biến nhận diện có chai, nếu có chai hệ xi lanh hoạt động đưa mô tơ giảm tốc xuống vị trí vặn nắp. Động cơ vặn nắp sẽ liên tục quay từ khi mở máy.
Sau 1 khoảng thời gian mô tơ sẽ được đưa trở lại vị trí ban đầu và cứ tiếp tục như vậy
2.3.2. Tính toán lực tác động vào chai
Khi xoáy nắp, lực tác dụng từ đầu xoáy nắp chai gây ra lực F tác dụng lên chai. Khi xoáy nắp, lực F tác dụng lên mặt trên của nắp làm cho nắp đi xuống
Trong trường hợp này chai và nắp được gắn vào nhau và coi như 1 vật, lực nén F tác dụng vào chai là lớn nhất. Nó gây ra lực ma sát Fms giữa đầu xoáy và nắp khi xoay. Fmsgây ra momen cản xoay .
Trong đó:
k là hệ số ma sát giữa bề mặt đệm cao su và nắp chai k; chọn k = 1.
F là lực đẩy của xy-lanh
Ta có, lực đẩy của xy-lanh :
Trong đó:
F là lực đẩy của xy-lanh (kg)
P là áp suất sử dụng (kg\cm3)
A là tiết diện của xy-lanh
D là đường kính xy-lanh (cm)
Ta lại có:
2.4. Hệ thống dán nhãn
Cấu tạo của cơ cấu dán nhãn:
- Động cơ.
- Trục động cơ( trục chủ động).
- Cuộn nhãn.
- Con lăn.
- Thanh gạt.
Hình 2.8Cơ cấu dán nhãn
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu dán nhãn:
Khi cảm biến hồng ngoại nhận được tín hiệu có vật cản (phôi), xy-lanh gắn con lăn được đẩy ra đồng thời động cơ xoay chai hoạt động. Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột, chai được xoay nhờ động cơ, nhãn dính vào chai sau đó được dán chặt nhờ ma sát giữa các con lăn khi động cơ hoạt động khiến nhán được dán chặt vào chai.
Chương 3: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG
3.1. Khối nguồn
3.1.1. Bộ nguồn một chiều
Bộ nguồn 1 chiều 24 VDC đươc dùng để cấp nguồn hoạt động cho các khối tín hiệu vào/ra, khối xửa lý trung tâm PLC, khối cơ cấu chấp hành.
Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều ứng dụng dùng điện áp một chiều do những ưu điểm vượt trội của nó. Điện áp một chiều được sử dụng trong các máy vận chuyển. Trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ô tô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ thuật điện hóa... Động cơ một chiều có mômen mở máy lớn, điều chỉnh trơn được tốc độ và rất đa dạng trong việc lựa chọn công suất.
Tuy nhiên việc dùng động cơ điện một chiều có một số hạn chế là dòng điện một chiều không sử dụng rộng rãi, chế tạo phức tạp, cồng kềnh. Do đó để có được dòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãi nhờ "nguồn ổn áp một chiều"
Nguồnổnápmộtchiềulàmộtđiệnbiếndòngđiệnxoaychiềutầnsố50Hzthành dòngđiệnmộtchiềucóđiệnáptùyýdựavàoyêucầucủaphụtải.Điệnápđầuracóthể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xung điều khiển Tranzitor. Mạch ổn áp gồm 4 phần chínhsau:
- Biến áp: Biến đổi điện áp từ lưới điện 220V tần số 150Hz thành điện áp thấp (6V, 9V, 12V, 24V...) phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lưu bán dẫn.
- Chỉnh lưu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áo một chiều ở đầu ra ở độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu.
- Bộ lọc: Là bộ lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm san phẳng điện áp chỉnh lưu.
- Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định phụ tải thay đổi đột ngột.
- Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn:
Yêu cầu của mô hình với các đầu vào PLC và cảm biến sử dụng điệp áp 24V-DC nên ta chọn bộ nguồn AC-DC có đầu ra ở mức phù hợp để cấp cho các thiết bị trong mô hình.
- Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 24V-DC
- Công suất: 250W
- Đầu vào: 110VAC -220VAC (chỉnh bằng công tắc gạt)
- Đầu ra: 24VDC, 10A
- Đầu ra: 3 cặp
- Kích thước: 110x220x49mm
Hình 3.2 Nguồn tổ ong 24VDC – 10A
3.1.2. Nguồn khí nén
Nguồn khí nén được cung cấp cho các phần tử chấp hành hoạt động bằng khí nén.
Trong công nghiệp, tuỳ theo quy mô sản xuất, người ta thường xây dựng một vài trạm khí nén phục vụ sản xuất với các mục đích khác nhau.
Yêu cầu tối thiểu trong công nghiệp, khí nén cũng phải xử lý sơ bộ đảm bảo các tiêu chuẩn:
- Áp suất ổn định
- Khô và không lẫn bụi
Các tiêu chuẩn này mới chỉ đáp ứng các yêu cầu chung và được dùng trong các công việc như làm sạch môi trường, sản phẩm, bơm hơi,…
Để một hệ thống khí nén làm việc bền vững, liên tục và tin cậy, nguồn khí nén cần phải được tăng cường ổn định về áp suất, phun dầu bôi trơn cho các phần tử điều khiển, cơ cấu chấp hành,…
- Giới thiệu về máy khí nén sử dụng trong mô hình
Máy nén khí lấy không khí từ bên ngoài qua hệ thống làm sạch khí, sau đó được nén lại rồi chuyển vào trong bình khí nén.
Máy nén khí có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp suất nhất định tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn.
Nguyên ý thay đổi thể tích : không khí được dẫn vào buồng chưa ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc này, ví dụ như máy nén khí kiểu pittong, bánh răng, cánh gạt...
Nguyên lý động năng: không khí được dẫn vào buồng chứa ở áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc này, ví dụ như máy nén khí kiểu li tâm.
Hình 3.3 Máy khí nén
3.2. Tìm hiểu về các phần tử khối vào/ra (I/O)
3.2.1. Cảm biến hồng ngoại
3.2.1.1. Giới thiệu
Cảm biến vật cản hồng ngoại là loại chất lượng tốt với độ bền và độ ổn định cao, cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều kiện ánh sáng ngoài trời.
Cảm biến vật cản hồng ngoại có thể chỉnh khoảng cách mong muốn thông qua biến trở trên cảm biến, cảm biến có ngõ ra là cấu trúc Transistor NPN (sinking sensors) đã được nối điện trở nội 10k lên VCC nên có thể sử dụng ngay mà không cần trở kéo lên VCC.
3.2.1.2. Thông số kỹ thuật
- Model: E3F-DS10C4
- Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu).
- Chân tín hiệu ngõ ra: dạng Transistor NPN đã được kéo nội trở 10k lên VCC, khi có vật cản sẽ ở mức thấp (Low-GND), khi không có vật cản sẽ xuất ra mức cao (High-VCC).
- Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
- Dòng tiêu thụ: 20~35mA
- Khoảng cách điều chỉnh cảm biến: 2~10cm
- Khoảng cách phát hiện vật cản: 0~10cm
- Dòng kích ngõ ra: 300mA
- Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
- Có thể điều chỉnh khoảng cách nhận của cảm biến bằng biến trở tinh chỉnh.
- Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.
- Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập.
- Kích thước: 18 x 68mm
- Sơ đồ dây
- Nâu: VCC
- Đen: Chân tín hiệu cấu trúc Transistor NPN đã kéo trở nội 10k lên VCC.
- Xanh dương: GND
3.2.1.3. Nguyên lí hoạt động
Các cảm biến PIR luôn có sensor (mắt cảm biến) với 2 đơn vị (element). Chắn trước mắt sensor là một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel. Lăng kính fresnel này có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor. Chúng ta có thể hiểu đơn giản rằng, nếu không có lăng kính fresnel, toàn bộ bức xạ của môi trường sẽ chỉ coi như có 1 Zone dội hết vào mắt sensor, như vậy thì nó sẽ không có tác dụng phân biệt chuyển động, và sẽ cực kỳ nhạy với bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ nào của môi trường.
Hai đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2 điện cực. Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện này kích hoạt sensor (alarm-báo động). Chính vì nguyên lý này, khi có người đi theo hướng vuông góc với khu vực kiểm soát của sensor (hướng mũi tên), thân nhiệt từ người này (bức xạ hồng ngoại) sẽ lần lượt kích hoạt từng đơn vị cảm biến và làm sensor báo động.
3.2.2. Module cảm biến tốc độ Encodor V1
3.2.2.1. Giới thiệu
Mạch cảm biến tốc độ Encodor V1 bao gồm 1 mắt phát và một mắt thu hồng ngoại
đặt cách nhau một khe hở, khi ánh sáng từ mắt phát đi được tới mắt thu (xuyên qua lỗ của dĩa encoder) thì sẽ có tín hiệu mức cao 5V phát ra khỏi chân out, khi bị che thì chân out phát ra tín hiệu ở mức thấp 0V.
Trong đồ án lần này, cảm biến encoder có nhiệm vụ: Quá trình điều khiển cuộn nhãn do cảm biến Encoder xác nhận mục đích xác định vị trí chính xác của nhãn khi nhãn chai bong ra chuẩn bị dính vào chai đồng thời xác định vị trí nhãn chai kế tiếp, cảm biến này được lắp đối diện với nhãn chai chuẩn bị dính vào chai.
3.2.2.2. Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp sử dụng: 3.3 – 5VDC
- Dòng sử dụng: 15mA
- Mức tín hiệu xuất ra Digital: TTL
- Ngõ ra: Analog và Digital
- Khoảng cách giữa hai mắt phát và thu: 5mm
3.2.2.3. Sơ đồ chân:
Hình 3. 7 Sơ đồ chân của cảm biến [8]
3.2.3. Nút nhấn
3.2.3.1. Giới thiệu
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện 1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ...
Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điện bằng cách đóng cắt cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ, khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
3.2.3.2. Đặc điểm kỹ thuật
- Nút nhấn nhả khi ấn xuống đóng mạch kín, thả tay ra trở về trạng thái hở mạch. Thích hợp làm mô hình, đồ án , chế tạo, công nghiệp,…
- Kích thước khoan lỗ lắp đặt : 16mm
- Nút bền, độ nhạy, độ nảy tốt.
- Có sẵn đai ốc siết chặt.
3.2.3.3. Nguyên lí hoạt động
Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh. Bộ truyền động sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phía dưới. Bên trong là một tiếp điểm động và lò xo. Khi nhấn nút, nó chạm vào các tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm. Trong một số trường hợp, người dùng cần giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt động. Với các nút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người dùng nhấn nút lần nữa.
3.2.4. Rơle trung gian
3.2.4.1. Giới thiệu
Rơle trung gian (Relay trung gian) là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ. Thiết bị được lắp đặt ở vị trí trung gian nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn.
Rơle trung gian được sử dụng rộng rãi, vì vậy mà rơle được sản xuất và phân thành nhiều loại như: relay trung gian được thiết kế sử dụng cho nhiều loại điện áp đặc biệt, các dạng điện áp đặc biệt như 12VDC, 12 VAC, 6VDC, các loại điện áp 24 VDC, 24 VAC, điện áp 48 VDC, 48VAC, 110 VDC, 110 VAC và 220 VAC.
Rơle trung gian thiết kế luôn có đèn báo nguồn với màu xanh cho điện áp DC, màu đỏ cho điện áp AC. Rất tiện lợi cho việc kiểm tra, bảo trì, bảo dưỡng. Đèn led báo trạng thái cấp nguồn để biết rơ le đang hoạt động.
Rơle trung gian có đế cắm được thiết kế chắc chắn, ôm rất chặt các chân của relay, tránh bị rung động trong quá trình hoạt động cũng như rung động cơ khí trên máy móc.
3.2.4.2. Thông số kỹ thuật
- Điện áp: 220VAC, 220VDC, 110VDC, 110VAC, 48VDC, 48VAC, 24VDC, 12VDC.
- Tiếp điểm: Silver alloy.
- Nhiệt độ: -40-55 độ C.
- Số lần đóng cắt: 100.000 lần.
- Dòng định mức: 10A, hoặc 5A.
- Kiểu chân: Chân tròn, chân dẹp nhỏ, chân dẹp lớn 10A.
- Số chân: 14 chân dẹp nhỏ 5A, 14 chân dẹp lớn 10A, 8 chân dẹp nhỏ, 8 chân dẹp lớn 10A, 11 chân tròn, 8 chân tròn 10A.
- Thời gian tác động: 20ms Max.
- Tiêu chuẩn: VDE, UL, CSA, CE.
3.2.4.3. Nguyên lí hoạt động
Để tạo ra được từ trường hút, thì dòng điện cần chạy qua rơ le trung gian, sau đó dòng điện chạy qua cuộn dây tạo thành từ trường hút. Giúp tạo đòn bẩy làm đóng hoặc mở tiếp điểm điện và làm thay đổi trạng thái của rơ le trung gian. Tùy vào thiết kế mà số tiếp điểm điện sẽ thay đổi khác nhau.
Rơ le trung gian có 2 mạch hoạt động là: mạch điều khiển cuộn dây cho dòng chạy qua hay không và mạch điều khiển dòng điện có qua rơ le hay không.
3.2.5. Van điện khí nén 5/2
3.2.5.1. Giới thiệu
Van điện từ khí nén là một thiết bị điều khiển của hệ thống khí nén, chúng được dùng để điều khiển các chuyển động của thiết bị cũng như điều khiển áp lực và lưu lượng cung cấp cho cơ cấu chấp hành, van khí nén cũng chia làm nhiều loại theo từng chức năng riêng biệt.
Là van có 5 cổng làm việc: 1 cổng cấp khí vào, 2 cổng xả khí ra và hai cửa xả riêng cho mỗi trạng thái, có hai trạng thái.
Các sản phẩm van 5/2 có thể được điều khiển điện từ một phía. Có sản phẩm cũng có thể được điều khiển từ cả 2 phía. Ngoài ra, điểm chung của loại van này chính là 1 phần tử nhớ 2 trạng thái. Đó là lý do mà sản phẩm này hiện được lựa chọn để ứng dụng làm van đảo chiều điều khiển xy lanh tác dụng kép một cách rất hiệu quả.
Van 5/2 được sử dụng để vận hành các bộ truyền động khí nén tác động kép, chẳng hạn như xi lanh, xi lanh không trục, kẹp và bộ truyền động quay. Bộ truyền động tác động kép đòi hỏi khí nén để di chuyển theo cả hai hướng.
Hình 3. 10 Van điện khí nén 5/2
3.2.5.2. Thông số kỹ thuật
- Chất liệu: Hợp kim nhôm, đồng kẽm gang
- Kích thước 15mm - 22 mm (Tùy theo kích cỡ)
- Đường kính: 6A, 8A
- Phạm vi áp suất vận hành: 0.2 ~ 0.8 Mpa
- Áp lực: 1 Mpa
- Hiệu quả lỗ: 16 ~ 18 mm
- Thời gian đáp ứng: 30 ms 、 40 ms
- Nhiệt độ môi trường: －5 ~ +50 ℃ (Không đóng băng)
- Điện áp: AC110V, 220V (50/60) Hz, DC24V
- Công suất tiêu thụ: AC = 4.8 / 4.4VA, 6 / 4.9VA, DC = 2W
- Dải điện áp có sẵn: ± 10%
- Trọng lượng: 203g ~ 338g
3.2.5.3. Nguyên lí hoạt động
Ở trạng thái bình thường có nghĩa khí nén không được đi qua van, các cửa 1 thông cửa số 2, cửa số 3 đóng, cửa 4 thông với cửa số 5.
Khi cấp nguồn điện 12v, 24v hoặc 110v, 220v thì lập tức cửa 1 thông với cửa số 4, cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị đóng, khí sẽ đi qua van đến xi lanh.
Với loại van 5/2 một đầu điện, khi ta cấp điện thì van sẽ đảo chiều, ngưng cấp thì van sẽ về nguyên trạng thái ban đầu.
Với loại van điện từ khí nén 5/2 có hai đầu điện thì khi ta cấp điện ở 1 đầu, ty xi lanh sẽ đi ra. Nếu cấp điện ở đầu số 2, ty của xi lanh khí sẽ rút về nhanh chóng.
Chính vì thế mà van khí 5/2 là loại van đảo chiều được sử dụng rộng rãi nên giá van khí nén 5/2 khá phải chăng, phù hợp với nhu cầu mua và sử dụng của mọi đối tượng khách hang
3.3. Khối xử lý trung tâm PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thực toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thưc hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kỳ hay thời gian đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
3.3.1. Giới thiệu về PLC
3.3.1.1. Các khối chức năng
Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit)
và khối Module Output. Khối Module Input có chức năng thu nhận các dữ
liệu digital, analog và chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU. Khối CPU
quyết định và thực hiện chương trình điều khiển thông qua chương trình chứa trong bộ nhớ. Khối Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ
CPU thành dữ liệu analog, digital thực hiện điều khiển các đối tượng.
3.3.1.2. Ưu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC
- Điều khiển linh hoạt, đa dạng.
- Lượng tương tác lớn, tốc độ hoạt động nhanh.
- Tiến hành thay đổi và sửa chữa.
- Độ ổn định, độ tin cậy cao.
- Lắp đặt đơn giản.
- Kích thước nhỏ gọn.
- Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống.
3.3.1.3. Hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC
- Giá thành cao.
- Cần một chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động.
- Các yêu cầu cố định, đơn giản thì không cần PLC.
- PLC sẽ bị ảnh hưởng khi hoạt động cao, độ rung mạnh.
3.3.1.4. Các ứng dụng của PLC
- Điều khiển các quá trình sản xuất: giấy, xi măng, nước giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng gói,…
- Rửa xe ô tô tự động.
- Thiết bị khai thác.
- Giám sát hệ thống, an toàn nhà xưởng.
- Hệ thống báo động.
- Điều khiển thang máy.
- Điều khiển động cơ.
- Và còn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác.
3.3.2. Tổng quan về PLC S7 - 1200 [2]
PLC S7 - 1200 là một dòng PLC mới của SIEMENS có độ chính xác cao. Thiết bị PLC Siemens S7-1200 có thiết kế dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp với một loạt các ứng dụng khác nhau. PLC S7 – 1200 của Siemens có một giao thức truyền thông, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và các tính năng công nghệ mạnh mẽ được tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoàn chỉnh và toàn diện nhất.
Với thiết kế theo dạng module, tính chính xác cao, dòng sản phẩm SIMATIC S7-1200 phù hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau với cấp độ từ nhỏ đến trung bình. Đặc điểm nổi bật của PLC S7-1200 là được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet) và sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic giúp cho việc lập trình PLC, thiết kế và thi công hệ điều khiển trở nên đơn giản, dễ dàng hơn.
Hình 3. 12 PLC S7-1200 Siemens [2]
3.3.2.1. Cấu tạo của PLC S7 - 1200 Siemens
- Sử dụng 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại khác nhau trong các phiên bản, giống như điều khiển AC hoặc DC ở phạm vi rộng.
- 2 mạch tương tự và số mở rộng giúp điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU từ đó giúp giảm chi phí sản phẩm .
- Có 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau.
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 thông qua kết nối PTP.
- Bổ sung thêm 4 cổng Ethernet.
- Module nguồn PS1207 ổn định, có dòng điện áp 115/230VAC và điện áp 24VDC.
3.3.2.2.Ứng dụng của PLC S7 - 1200
PLC Siemens S7 - 1200 được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng như:
- Hệ thống băng tải
- Điều khiển đèn chiếu sáng
- Điều khiển bơm cao áp
- Máy đóng gói
- Máy in
- Máy dệt
- Máy trộn v.v…
3.3.2.3. Đặc điểm nỗi bậc của PLC S7 - 1200
Board tín hiệu
Board tín hiệu – đây là một dạng module giúp mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu ít, từ đó tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng với số lượng tín hiệu ít.
PLC S7-1200 gồm các board:
- 1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA).
- 2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A.
Modules mở rộng tín hiệu đầu vào/ra
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra sẽ được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog giúp linh hoạt trong việc sử dụng S7-1200.
Module truyền thông
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra sẽ được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog giúp linh hoạt trong việc
sử dụng S7 – 1200.
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra sẽ được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog giúp linh hoạt trong việc sử dụng S7-1200.
Giao tiếp
PLC Siemens S7-1200 hỗ trợ các kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point).
Giao tiếp PROFINET với:
- Các thiết bị lập trình
- Thiết bị HMI
- Các bộ điều khiển SIMATIC khác
Hỗ trợ giao tiếp
- TCP/IP
- SIO-on-TCP
- Giao tiếp với S7
3.4. Khối cơ cấu chấp hành
3.4.1. Xy-lanh
3.4.1.1. Giới thiệu
