Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Mục lục

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 1


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Lời giới thiệu
Hiện nay với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng,cùng với
quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa dất nước với sự ra đời hàng loạt những sản
phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát triển. Đặc biệt trong những
năm gàn đây kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiều công nghệ điều khiển
mới được ra đời để thay thế cho những công nghệ đã lỗi thời. Để bắt kịp với tiến bộ
khoa học kỹ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng nhu cầu trong nước đảm bảo quá
trình sản xuất một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại
tiện lời về kinh tế. Các công ty xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình
PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyển sản xuất tự động PLC giảm sức
lao động của của công nhân mà sản phẩm lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho
đời sống xã hội. Qua bài tập đồ án môn học này em xin giới thiệu về lập trình và ứng
dụng của nó vào sản xuất phân loại sản phẩm, cũng như các phần tính toán thiết kế cụ
thể hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
Sau đây em xin trình bay chi tiết về đề tài: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo
chiều cao” qua việc sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC S7-300 do Ts.Lê Giang
Nam hướng dẫn .
Đề tài gồm những nội dung sau:
Chương1:Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước
Chương 2: Khảo sát hệ thống đã có

trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cùng cấp thong tin .v.v..
Do đó cần phản nắm bắt và vận dụng một cách hiệu quả nhằm phát triển nền
khoa học kỹ thuật và kỹ thuật điều khiển tự động
- Một trong những ứng dụng của điều khiển tự động hóa là
ứng dụng vào
trong các khâu tự động trong dây chuyển sản xuất tự động hóa có số lượng sản
phẩm sản xuất ra lớn được băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp
phân loại sản phẩm một cách tự động.
- Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong
thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có
tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.
Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt
thường khó long có thể nhận ra.
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 là một
sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu này.
- Hệ thống tự động phân loại sản phẩm là quá trình tự động hóa sản xuất, vì vậy
nó mang những đặc điểm của tự động hóa sản xuất
±
Tự động hóa quá trình sản xuất là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền
sản xuất cơ khí, nghĩa là tự động hóa sử dụng năng lượng phi sinh vật để thực
hiện và điều khiển toàn bộ hoặc một phần của quá trình sản xuất. Tóm lại: tự
động hóa là sự ứng dụng hệ thống cơ khí, điện, điện tử, myas tính,… để thực
hiện và điều khiển quá trình mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người.
±
Nhiệm vụ của con người là kiểm tra hoạt động của máy móc, khắc phục
các hỏng hóc sai lệch, lập trình và điều chỉnh máy để phù hợp với các sản phẩm
khác nhau. Người công nhân không tham gia vào quá trình gia công chi tiết
hoặc lắp ráp, do đó có thời gian để phục vụ nhiều myas. Xuất hiện công nhân

1.1.2. Băng chuyền con lăn
Hệ thống gồm nhiều con lăn được xếp liên tiếp và có khả năng quay tròn quanh 1 trục
cố định (quay tự do hoặc không tự do)
Hàng được đặt trên nhiều con lăn và khi con lăn quay tròn hàng sẽ được di chuyển
1.1.2.1.

Băng chuyền con lăn tự do

Con lăn có khả năng quay tự do, quá trình di chuyển của hàng trên băng chuyền
là nhờ lực đẩy lên hàng hóa, con lăn chỉ có vai trò đường dẫn định hướng di
chuyển cho hàng hóa.
Ưu điểm:
Tải trọng lớn
Cấu tạo đơn giản
Nhược điểm:
Nguồn lực dịch chuyển hàng hóa không chủ động
Khả năng hãm của băng chuyền là không có
1.1.2.2.

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Băng tải con lăn truyền động xích

Page 5


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Các con lăn được nối liến với nhau bằng xích, nên khả năng quay của các con lăn là
như nhau.

Khả năng tải trọng lớn
Nhược điểm
Cấu tạo phức tạp
1.1.5.

Băng tải đai

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 7


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Cấu tạo gồm:
2 (hoặc nhiều) trục có vai trò truyền động cho băng tải và tạo lực căng cho băng tải
được nối với nguồn động lực từ bên ngoài tới trục quay để kéo băng tải chạy
Đai băng truyền : là nới để hàng hóa lên,

Ưu điểm của băng tải
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo hướng nằm
ngang nằm nghiêng hoặc ngang nghiêng kết hợp.
Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, đảm 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
a. Cấu tạo chung của băng tải

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 8

kg
nguyên công với khoảng cách
viên thuốc)
• Gây ảnh hưởng đến sản phẩm do bị rung động
• Cấu tạo phức tạp
1.2.3. Hệ thống xi lanh đẩy
Nguồn lực để dịch chuyển sản phẩm là từ lực đẩy của xilanh tác
dụng lên sản phẩm tạo ra chuyển động cho sản phẩm
Ưu điểm:
• Lực tác dụng lớn di chuyển sản phẩm nặng
• Qúa trình diễn ra ổn định
Nhược điểm:
• Qúa trình vận chuyển không lien tục
• Chỉ thực hiện trong khoảng không gian nhỏ trong phạm vi di
chuyển của xilanh
• Cấu tạo hệ thống phức tạp
2. Hệ thống động cơ
Động cơ là nguồn động lực của tất cả quá trình lao động sản xuất, là nguồn sinh
công chủ yếu do đó là thành phần không thể thiếu trong mọi hệ thống sản xuất.
Các loại động cơ hiện nay: động cơ nhiệt, động cơ điện, động cơ sức gió,…
2.1.
Động cơ nhiệt
Là loaitj thiết bị thực hiện việc chuyển hóa năng lượng (do quá trình đốt cháy
năng lượng ở dạng hóa năng( sang cơ năng để đẫn động máy công tác
Sơ đồ nguyên lý động cơ nhiệt:
Hóa năng - Nhiệt Năng  Cơ năng
Dựa vào đặc điểm biến đổi năng lượng từ dạng hóa năng sang nhiệt năng mà
người ta quyết định động cơ đốt trong hay đốt ngoài.
Động cơ đốt ngoài: Động cơ này nhiên liệu được đốt cháy bên ngoài động cơ.
Dùng hơi nước làm môi chất công tác, nhiên liệu được đốt để làm nóng nước
bốc hơi làm chuyển động các tua bin hay đẩy piston. Động cơ đốt ngoài gồm
có: máy hơi nước, tuabin hơi nước….

là có một lực lực cơ học trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm
trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và
vuông góc với cuộn dây và cả với từ trường.
Phân loại:
• Động cơ không đồng bộ
• Động cơ đồng bộ
• Động cơ điện một chiều
• Động cơ điện một pha, bap h a
• Động cơ bước
• Động cơ servo
Động cơ hay dùng là động cơ điện một chiều
2.3.
Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng 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 momen mở máy lớn hoặc yêu cầu
điều chỉnh tốc độ điều chỉnh bằng phẳng và trong phạm vi rộng.
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong

-

những điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, v́ vậy máy được
dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc

-

độ nh cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ, thành các động cơ kích

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 13


Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt ngang và dọc của động cơ điện 1 chiều

a) Phần Tĩnh (stato)

Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh gồm có các bộ phận sau:
Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lơi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lơi
sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1 mm Đp lại và tán
chặt. Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện
kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên
các cực từ này và được nối nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ: được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ
có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ
những bulông.

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 14


Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa
thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép dúc. Có khi trong
máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: Nắp máy để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào

phiến đồng có duôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0.4 đến 1.2 mm và hợp thành một
hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V Đp chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng
cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao hơn một Ưt để hàn các đầu dây của các phần tử dây
quấn vào các phiến góp dược dễ dàng.
Các bộ phận khác như: Cánh quạt để quạt gió làm nguội máy. Trục máy để đặt lơi sắt phần ứng,
cổ góp, cánh quạt và ổ bi.

Phân loại động cơ điện một chiều:
Tùy theo các 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. Sơ đồ nối dây của nó như hình vẽ trên với nguồn điện mạch
kích từ Ukt riêng biệt so với nguồn điện mạch phần ứng

Uq.

-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 0 thì điện áp nguồn sẽ là không đổi, không phụ
thuộc vòa dòng điện trong phần ứng động cơ. Loại động cơ điện kích từ song song cũng coi
như kích từ độc lập.
-Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng.
-Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: gồm 2 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.

2.3.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 16



Rf- điện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω
Iư- dòng điện mạch phần ứng, A
Với Rư = rư + rcf + rb + rct
rư - điện trở cuộn dây phần ứng
rcf - điện trở cuộn cực từ phụ
rb - điện trở cuộn bù
rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

Φω = KΦω

Eư =

(1-2).

Trong đó: p – số đôi cực từ chính
N – sè thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ - từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb
ω - tốc độ góc, rad/s

K=

là hệ số cấu tạo của động cơ

Từ (1-1) và (1-2) ta có:

ω=


hiệu là M. nghĩa là Mđt = Mcơ = M.

ω=

-

M

(1-6).

đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phản ứng được bù đủ, từ thông Φ = const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (1-3) và
phương trình đặc tính cơ (1-6) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên là những đường
thẳng hàng.

3. Hệ thống cảm biển
3.1.

3.2.

Khái niệm chung
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi cá 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 được.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ,
áp suất…) tác động lên cảm biển cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất
điện (như 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)

biến thiên ở ngõ vào ∆m trong lân cận của m0. Gọi s là độ nhạy của cảm biến:

3.3.2. Sai số
• Sai số hệ thống
- Là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi hoặc thay đổi chậm theo

•

-

thời gian. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống:
Do nguyên lý của cảm biến
Do đặc tính của bộ phận cảm biến.
Do chế độ và điều kiện sử dụng cảm biến.
Do xử lý kết quả đo.
Sai số ngẫu nhiên:
Là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều không xác định. Nguyên nhân gây ra sai số

-

ngẫu nhiên:
Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị.
Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên.
Do ảnh hưởng bởi các thông số môi trường như: Từ trường, nhiệt độ, độ ẩm, độ

-

rung...

Một số tiêu chí đánh giá cảm biến

b) Xylanh hoạt động hai chiều:

Thành phần cấu tạo của Xylanh gồm có : cần Piston, phết chắn dầu, Piston, vòng đệm,
phết chắn bụi.

5. Hệ thống điều khiển

Sử dụng các hình thức điều khiển cứng hoặc điều khiển mềm
Điều khiển cứng: Hệ thống rơle
Điều khiển mềm: PLC
6. Hệ thống nguồn năng lượng

Dùng nguồn năng lượng điện
7. Hệ thống nút bấm điều khiển
8. Phân loại hệ thống tự động phân loại sản phẩm
1.

Các hình thức phân loại

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 21


-

-

-

4
5
6
7

Tên gọi
Không
Thấp
Nhỏ
Trung
Lớn
Nâng cao
Cao
Toàn bộ

Giá trị K
0
0.01…0.25
0.26…0.45
0.46…0.60
0.61…0.75
0.76…0.90
0.91…0.98
0.99…1

Dựa vào cách thức nhận biết sản phẩm:
Căn cứ vào các yếu tố như: như kích thước, màu sắc, chiều cao, khối lượng,
chiều dài, hình ảnh …
± Phân loại sản phẩm theo kích thước ( to – nhỏ ) sử dụng cảm biển quang dựa
vào mức độ cản trở cảm biển do vật thẻ to nhỏ, cao thấp …


Tự động phân loại là phương tiện quan trong để tang hiệu quả của sản xuất vì
nó đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định, tang năng suất lao động,g iarm giá
thành sản phẩm. Ba yếu tố trên cúng chính là ba yếu tố đặc trưng cho các lợi
ích của hệ thống tự động phân loại và giải quyết một phần nào các yêu cầu của
quá trình sản xuất.
• Đảm bảo chất lượng sản phẩm
Chất lượng sản phẩm là phạm trù rộng bao hàm nhiều yếu tố đặc trưng cho tính
chất của sản phẩm. Tự động hóa đảm bảo những tính chất một các ổn định có tính
tinh cậy cao về chất lượng: chiều cao kích thước …. Các thông số yêu cầu của bài
toán được xác định rõ rang
• Đảm bảo năng suất lao động
Hệ thống tự động đảm bảo quá trình sản xuất phân loại đúng theo như thời gian
sản xuất đã dự tính… và quá trình sẽ diễn ra suôn sẻ đảm bảo hiệu suất của toàn bộ
quá trình
• Hạ giá thành sản phẩm:
Nhờ việc đảm bảo chất lượng thời gian năng suất, giảm bớt sự phụ thuộc yếu tố
công nhân…v.v.. mà giá thành sản phẩm được hạ tang khả năng cạnh tranh .
•

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 23


Chương 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÃ CÓ
GIỚI THIỆU BĂNG TẢI DUNG TRONG MÔ HÌNH
Về mục tiêu của hệ thống:
Phân loại sản phẩm dựa vào phân loại hình dạng kích thước chiều cao của phôi

Page 24


Hệ thống nguồn động lực
Sử dụng khí nén để đẩy phôi vào vị trí phù hợp
Hệ thống băng tải
Vì hệ thống dùng để phân loại các chi tiết