ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG
VÀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC
1.1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG.
1.1.1Giới thiệu chung.
1.1.1.1Đặt vấn đề.
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà
trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học
kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin....do đó chúng ta phải nắm
bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học
kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản
phấm sản xuất ra được các băng tải vận chuyến và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại
sản phẩm.Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức
mà chúng em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần,
đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước. Nên chúng em đã quyết
định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phấm vì nó
rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phấm được sản xuất ra đòi hỏi phải
có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em, góp
phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triến của
thế giới.
1.1.1.2. Tự động hóa và vai trò của tự động hóa.
1.1.1.2.1. Tự động hóa.
Tự động hóa là dùng để chỉ một công việc được thực hiện mà không có sự giúp đở của
1
SVTH:


- Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia công theo quy trình công
nghệ đã định, chỉ cần người theo dõi và kiểm tra.
2
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

- Nguyên liệu hay bán thành phẩm lần lượt dời chỗ theo nhịp sản xuất từ vị trí gia công
này đến vị trí gia công khác theo một cơ cấu chuyển động nào đó(khó thay đổi nhịp thời
gian và nhịp không gian).
Theo lịch sử phát triển tự động hóa,các dây chuyền tự động đã có trong thực tế là :
1-Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến.
2-Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng.
3-Dây chuyền gồm các máy tổ hợp.
4-Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hóa.
5-Dây chuyền gồm các máy NC, CNC.
1.1.2.2. Cơ cấu vận chuyển phôi trên dây chuyền.
Để vận chuyển loại phôi không quay lúc gia công,người ta thường dùng các cơ cấu sau:
- Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy.
- Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy.
- Cơ cấu tay đòn có má kẹp nâng kiểu khớp.
- Cơ cấu đẩy thủy lực.
- Băng tải, tải xích.
1.1.3. Các hệ thống sản xuất tự động và phân loại sản phẩm hiện nay.
1.1.3.1. Một số ví dụ về hệ thống sản xuất tự dộng.
1.1.3.1.1. Hệ thống sản xuất sữa.




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

- Ứng dụng: được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu
sắc trong thực tế để tăng khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm với màu sắc khác
nhau như phân loại màu thuốc…
1.1.3.2.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước.

Hình 1.4- Hệ thống phân loại cam theo kích thước.
- Nguyên lí hoạt động: sử dụng cảm biến quang để phân biệt các sản phẩm có các kích
thước khác nhau.
* Nhận xét: Tùy thuộc vào kích thước khác nhau của sản phẩm mà hệ thống sẽ tự động
phân loại sản phẩm một cách chính xác.
- Ứng dụng: Mô hình có thể ứng dụng vào thực tế để như phân loại các loại bánh, trái
cây, phân loại thùng chứa.
1.1.3.2.3. Hệ thống phân loại tính chất sản phẩm.

Hình 1.5- Hệ thống phân loại tính chất của sản phẩm.
5
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

- Nguyên lí hoạt động: sử dụng cảm biến từ trường để phát hiện các vật thể có tính kim

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

+ Giảm được chi phí sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm…..
Trước những yêu cầu thực tế đó, chúng em đã chọnvà làm đề tài “Thiết kế mô hình
hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước”. Trong việc thiết kế và chế tạo, tự
động hóa được thể hiện qua 2 quá trình sau:
+ Tự động hóa đưa sản phẩm và thùng chứa vào vị trí định trước.
+ Tự động hóa phân loại các sản phẩm theo các kích thước khác nhau.
1.2.1.2.Mục tiêu thiết kế hệ thống.
1.2.1.2.1. Mục tiêu kinh tế.
Hệ thống tự động phân loại sản phẩm một cách tự động theo các kích thước khác
nhau(cao, trung bình, thấp). Năng suất làm việc đạt hiệu quả cao.Mô hình có thể ứng
dụng trong sản xuất.
1.2.1.2.2. Mục tiêu kĩ thuật.
- Hệ thốnghoạt động ổn định, đạt độ chính xác gia công. Phải đạt được các giải pháp thiết
kế tổng hợp về cơ khí-truyền động, cơ điện tử.
- Đảm bảo an toàn lao động và thay thế tốt cho người công nhân.
1.2.1.2.3. Yêu cầu của hệ thống.
- Có kích thước phù hợp, không gian làm việc làm việc hiệu quả.
- Hệ thống dễ điều khiển, làm việc tin cậy.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động.
- Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn.
- Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, có khả năng cải tiến công nghệ.
- Vốn đầu tư phù hợp, chi phí vận hành thấp, phải mang tính thẩm mĩ.
1.2.1.2.4. Phạm vi và nội dung thiết kế hệ thống.
* Phạm vi.
Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành như: Điện tử công suất, Điều khiển
logic PLC, Kỹ thuật điện tử 3, Kỹ thuật xung số…Trên tình hình thực tế hiện nay, đưa ra

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

 Cơ cấu đẩy sản phẩm thấp và ngăn chứa sản phẩm cao, trung bình.

9
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Hình 1.7- Cơ cấu đẩy sản phẩm thấp và ngăn chứa sản phẩm thấp
* Cơ cấu đẩy sản phẩm thấp.
- Cơ cấu gồm PITTONG1và thùng chứa sản phẩm
- Cơ cấu có nhiện vụ đẩy các sản phẩm thấp có kích thước 60x60x50 mm ngăn chứa sản
phẩm thấp.

Hình 1.8- Ngăn chứa sản phẩm.
* Ngăn chứa sản phẩm cao và trung bình.
- Ngăn chứa sản phẩm được thiết kế gồm hai tầng. Tầng thấp nhất sẽ chứa sản phẩm
trung bình. Còn tầng cao nhất sẽ chứa sản phẩm cao.
- Kích thước của ngăn chứa là 220x150x40 mm .

10
SVTH:



động ->Băng tải đưa các sản phẩm có các kích thước khác nhau lần lượt đi vào. Cảm biến
(S1) sẽ phát hiện sản phẩm cao, cảm biến (S2) sẽ phát hiện sản phẩm trung bình, cảm
biến ( S3) đếm sản phẩm thấp.
+ Sản phẩm cao đi qua cảm biến ( S1) có tín hiệu -> cánh tay robot gắp ->
Đặt sản phẩm vào ngăn chứa sản phẩm cao.
+ Sản phẩm trung bình đi qua cảm biến ( S2) có tín hiệu -> cánh tay robot
12
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

gắp -> Đặt sản phẩm vào ngăn chứa sản phẩm trung bình.
+ Sản phẩm thấp sẽ được cho qua và chạy đến cảm biến (S3)-> pittong sẽ đẩy vật
vào ngăn chứa đối diện.
- Hệ thống tự động hoạt động theo chu kì như trên cho đến khi nhấn STOP thì dừng toàn
bộ hệ thống. Khi nhấn STOP đồng thời ta RESET lại toàn bộ hệ thống làm việc.

CHƯƠNG II:
GIỚI THIỆU PLC S7-200
4.1. GIỚI THIỆU PLC S7-200.

Hình 4.1- PLC hãng SIEMENS.
4.1.1. Cấu hình cứng PLC S7-200.
PLC Step S7-200 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC đa
khối. Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản (chỉ đổ xử lý) sau đó ghép
thêm các module mở rộng về phía bên phải, có các module mở rộng tiêu chuẩn.
Những module mở rộng này bao gồm những đơn vị chức năng mà có thể là hợp lại


ý đèn STOP) nếu đèn vàng nháy nhiều lần là xong, nếu không thì phải làm lại.
* Các kiểu module:
Tuỳ theo quá trình tự động hoá đòi hỏi sổ lượng đầu vào và đầu ra mà phải lắp thêm
bao nhiêu module mở rộng cũng như loại module cho phù hợp. Tối đa có thể gá thêm
32 module vào ra trên 4 panen (rãnh), trên mỗi panen ngoài module nguồn, CPU và
module ghép nối còn gá được 8 các module về bên phải. Thường Step 7- 200sử dụng
các module sau:
+ Module nguồn PS.
+ Module ghép nối IM (Intefare Module).
+ Module tín hiệu SM (Signal Module).
Vào số các loại: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
Ra số các loại: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh.
Vào ra sổ các loại: 8 kênh vào 8 kênh ra, 16 kênh vào 16 kênh ra.
Vào tương tự các loại: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh.
4.1.2. Phân loại PLC.
PLC được phân loại như sau:
- Hãng sản xuất: Siiemens, Omron, Schneider, GE Fanuc,…
- Version:
+ Siemens có các họ: LOGO!, S5, S7-200, S7-300, S7-400….
+ Mitsu có các họ: FX0, FX2N……
+ Omron có các họ: Zen, CPM1, CQM1, CJM1,…
15
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:



Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có cách gán địa chỉ
giống nhau.Địa chỉ phụ thuộc vào vị trí gá của module trên panen.Chổ gá modulePancn
gọi là khe (Slot) các khe đều có đánh số, khe số 1 là khe đầu tiên của và cứ thế tiếp tục.
Các loại khối :
* Khối tổ chức.
Khối tổ chức quản lý chương trình điều khiển và tổ chức việc thực hiện chương trình.
* Khối hàm FB
Khối hàm là loại khối đặt biệt dùng để lập trình các phần chương trình điều khiển tái
diễn thường xuyên hoặc đặt biệt phức tạp.Có thể gán tham số cho các khối đó và chúng
có một nhóm lệnh mở rộng.Người sử dụng có thể tạo ra các khối hàm mới cho mình, có
thể sử dụng các khối hàm sẵn có của SIEMENS.
* Khối dữ liệu: có hai loại là.
- Khối dữ liệu dùng chung DB (Sllared Data Block).
Khối dữ liệu dùng chung lưu trữ các dữ liệu chung cần thiết cho việc xử lý chương trình
điều khiển.
- Khối dữ liệu riêng DI (Instance Data Block).
Khối dữ liệu dùng riêng lưu trữ các dữ liệu riêng cho một chương trình nào đó trong việc
xử lí chương trình điều khiển.
Ngoài ra trong PLC S7-200 còn hàm hệ thống SFC (System Function) và khối hàm hệ
thống SFB (System Function Block).
4.1.6. Lập trình một số lệnh cơ bản.
* Nhóm lệnh logic.
17
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:



Thiết kế các cảm biến để phát hiện sản phẩm.



Thiết kế cánh tay robot để gắp sản phẩm đặt vào thùng sản phẩm.

 Thiết kế hệ thống điều khiển.
 Thiết kế cơ cấu đẩy sản phẩm.
2.2.PHÂN TÍCH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
2.2.1. Hệ thống băng tải.
2.2.1.1. Giới thiệu băng tải.

Hình 2.1- Băng tải.
Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo
19
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được
sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyến các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng
luyện kim dùng đề vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì
dùng vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc một
số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất

21
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

* Lựa chọn băng tải.
- Đối với sản phẩm là chất lỏng ta dùng băng tải kênh dẫn.
- Đối với sản phẩm rời rạc thì ta dùng băng tải con lăn hoặc băng tải đai con lăn hoặc
băng tải đai.

Hình 2.3- Băng tải đai.

Hình 2.4- Băng tải con lăn.

Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, băng tải có nhiệm vụ cung cấp sản
phẩm và thùng chứa để phân loại. Do yêu cầu là sản phẩm và thùng ở dạng rời rạc nên ta
chọn phương án dùng băng tải đai là phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Ưu điểm khi dùng băng tải đai trong hệ thống:
22
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

- Sản phẩm, thùng được dẫn trực tiếp trên băng tải.

thành rẽ, dễ điều khiển ta chọn động cơ điện một chiều dễ dẫn động cho băng tải. Động
cơ được chọn yêu cầu phải có moment lớn do yêu cầu làm của băng tải có tải trọng. Và
băng tải chuyển động với vận tốc nhỏ nên ta chọn động cơ có tốc độ thấp nhưng phải
đảm bảo yêu cầu về tốc độ cũng như tải. Vì thế chọn động cơ KM-3448 là thích hợp nhất
(Hình 2.5). Động cơ KM-3448 được thiết kế tích hợp bộ giảm tốc bên trong nên có thể tải
trọng khá lớn.
Động cơ có các thông số như sau: Nguồn 24VDC, n = 220(vòng/phút), công suất
0,009 kW. Moment xoắn cực đại 7,5 N.m; khối lượng 250g, đường kính trục 6mm. Hệ số
giảm tốc là 50:1. Nhông bằng thép, tuyệt đối không có hiện tượng bị bể nhông, không có
hiện tượng bị gãy cùi.
2.2.1.6. Chọn bộ truyền dẫn động cho băng tải.
Các loại bộ truyền có khí thường gặp như:
- Bộ truyền bánh răng.
- Bộ tuyền trục vít-bánh vít.
24
SVTH:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

- Bộ truyền vít me-đai ốc.
- Bộ tuyền xích
- Bộ truyền đai.
Với yêu cầu của đề tài, ta chọn bộ truyền đai để truyền động kéo băng tải bởi vì bộ
truyền đai có những ưu điểm sau:
+ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (