Báo cáo hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng

MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH, BẢNG: Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống 4 Hình 2.1 Cảm biến tiệm cận loại điện dung CR30-18DN 5 Hình 2.2 Loadcell UWE dạng thanh 7 Hình 2.3: Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A 7 Bảng 2.1:Thông số kỹ thuật KM02A 8 Hình 2.4: Modul analog EM 231 9 Hình 2.5: Động cơ băng tải 12 Hình 2.6: Xylanh AIRTAC MA 14 Hình 2.7: Van đảo chiều 5/2 14 Hình 2.8: Van tiết lưu 15 Hình 2.9: CPU 221 16 Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 với bộ khuếch đại 17 Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây cho modul EM231 17 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối PLC 19 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạch động lực. 19 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG: 1.1.1 Yêu cầu: Trang bị điện cho Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng. 1.1.2 Tên hệ thống: Trang bị điện cho Hệ thống Phân loại Bưởi. 1.1.3 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống: Hệ thống phân loại bưởi nhằm chọn ra những quả bưởi đạt yêu cần về khối lượng để phân phối cho các siêu thị, những sản phẩm không đạt yêu cần sẽ được giữ lại phân phối cho các lái thương bán ra các chợ đầu mối. Hệ thống gồm 2 băng tải, 1 băng tải được trang bị cảm biến tiệm cận nhằm phát hiện sản phẩm đã vào vị trí định lượng hay chưa. Bên dưới băng tại được bộ trí 1 bàn cân, bàn cân này được đặt trên 1 cảm biến khối lượng loadcell để xác định khối lượng sản phẩm. Băng tải thứ 2 được bố trí 2 xi lanh khí nén dùng để phân loại bưởi, kèm theo đó là 2 cảm biến tiệm cận giúp phát hiện bưởi. Khi bưởi vào khu vực bàn cân, cảm biến tiệm cận sẽ phát hiện có vật, loadcell xác định khối lượng vật và đưa tín hiệu về bộ xử lý, nếu sản phẩm đạt khối lượng yêu cầu thì bộ xử lý sẽ tác động xy lanh khí nén 1 để chuẩn bị phân loại sản phẩm, khi băng tải di chuyển vật đến vị trí của xy lanh khí nén 1 thì cảm biến tiệm cận ứng với xy lanh 1 phát hiện và tác động xy lanh 1 đẩy vật ra thùng chứa. Đối với sản phẩm không đạt yêu cầu thì qui trình cũng tương tự như sản phẩm đạt yêu cầu. Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống 1.2 Yêu cầu hệ thống: Hệ thống xác định được khối lượng bưởi dao động từ 0.5 kg đến 2 kg. Chiều dài của 2 băng tải: 1m Vận tốc di chuyển của vật: 10 m/phút Phân loại được sản phẩm trên trên 1 kg và dưới 1 kg Có khả năng chịu quá tải đến 6 kg Cảm biến nhận dạng được bưởi ( phi kim) Xy lanh có hành trình 250 mm CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ LỰA CHỌN CẢM BIẾN TIỆM CẬN: 2.1.1 Yêu cầu: - Phát hiện được nông sản: bưởi. - Có thời gian đáp ứng nhanh. - Có điện áp ngõ ra phù hợp với điện áp ngõ vào của PLC là 24 VDC. - Có thể phát hiện vận có kích thước nhỏ nhất là 12x12x12 cm. - Thích hợp ở nhiệt độ môi trường tại Việt Nam từ 15oC đến 40oC. - Thích hợp ở độ ẩm môi trường ở các trang trại trồng nông sản từ 50 đến 90 % RH. Lựa chọn cảm biến phù hợp. * Từ những yêu cầu trên ta chọn cảm biến tiệm cận loại điện dung CR30-18DN. Hình 2.1 Cảm biến tiệm cận loại điện dung CR30-18DN * Thông số kỹ thuật: - Có thể phát hiện sắt, kim loại, nhựa, nước, đá, gỗ, v.v. - Tuổi thọ dài và độ tin cậy cao. - Có mạch bảo vệ nối ngược cực nguồn, quá áp. - Dễ dàng điều chỉnh khoảng cách phát hiện với biến trở điều chỉnh độ nhạy bên trong. - Có thể kiểm tra trạng thái hoạt động bằng chỉ thị LED Đỏ. - Dễ dàng để điều khiển mức và vị trí. - Khoảng cách phát hiện: 15 mm ± 10 % - Kích thước của vật: 50x50x1mm - Nguồn cấp: 12 – 24 VDC - Dòng điện tiêu thụ: Max. 15mA - Tần số đáp ứng: 50 Hz - Hiển thị: Chỉ thị hoạt động bằng LED vàng - Nhiệt độ môi trường: -25oC đến 70oC - Độ ẩm môi trường: 35 đến 95%RH - Mạch bảo vệ: Mạch bảo vệ quá áp, mạch bảo vệ chống nối ngược. LỰA CHỌN CẢM BIẾN KHỐI LƯỢNG LOADCELL 2.2.1 Yêu cầu: Khối lượng tối đa của loadcell phải lớn hơn tổng khối lượng bàn cân cộng với khối lượng đối tượng. + Khối lượng bàn cân: 2 kg + Khối lượng đối tượng cần đo: từ 0.4 kg đến 2 kg + Tổng khối lượng tối đa = 2 kg + 2kg = 4kg Lựa chọn loadcell: * Từ yêu cần trên, ta chọn loadcell UWE dạng thanh. Hình 2.2 Loadcell UWE dạng thanh * Thông số kỹ thuật: + Tải trọng : 0,22 – 6 kg. + Bảo vệ quá tải: 9 kg. + Điện áp ngõ ra: 2 mV/V. + Điện áp kích thích: 10 – 12 VDC + Điện áp kích thích tối đa: 15 VDC + Mức tuyến tính: 0.02 %FSO + Điện trở vào: 410 ± 10 Ohms + Điện trở ra: 350 ± 3 Ohms + Dãy nhiệt độ hoạt động: -20 to + 60 oC + Cấp bảo vệ: IP66 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CÔNG NGHIỆP: Hình 2.3: Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A Trong thực tế và trong sản xuất công nghiệp nếu liên quan đến định lượng dung loadcell thì thiết bị thường đi kèm với bộ khuếch đại chuẩn cho loadcell. Hoặc có thể sử dụng bộ đầu cân chuẩn có tích hợp bộ khuếch đại cho loadcell, thông thường giá của bộ đầu cân rất đắt tiền, nếu có ngõ ra analog thường giá rất cao, thích hợp dung cho công nghiệp như: đầu cân MP30, XK3190-A9, FS1200a, FS8000a, Bộ khuếch đại loadcell thường có 2 loại: khuếch đại cho ra dòng hoặc áp, và loại chỉ cho ra áp như MKcells KM02, KM02A, Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại MKcells loại KM02A Thông số Giá trị Dãy đầu vào 0-1mV/V, 0-2mV/V, 0-3mV/V, 0-4mV/V, 0-10mV/V, 0-20mV/V, 0-30mV/V, 0-40mV/V. Dãy tín hiệu đầu ra 0-5V, 0 -10V, 1 -5V Điện áp nguồn nuôi 12 – 24 VDC Điện áp nguồn nuôi loadcell 10VDC, 100mA Bảng 2.1:Thông số kỹ thuật KM02A 2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231 2.4.1 Cấu tạo Trong thực tế model analog được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy dây chuyền sản xuất hiện đại, trong công nghiệp, trong các lĩnh vực điều khiển liên tục. Ví dụ như điều khiển biến tần, điều khiển lưu lượng, nhiệt độ, áp suất,Trong đề tài này, nhóm ứng dụng modul analog EM 231 vào việc đo khối lượng, lấy tín hiệu khuếch đại từ loadcell, biến đổi AD và truyền dữ liệu về CPU 224 xử lý sau đó xuất kết quả lên giao diện WinCC. Hình 2.4: Modul analog EM 231 2.4.2 Thông số kỹ thuật Mã code :EM231 Module Analog Ngõ vào Ngõ vào Analog :4  Loại ngõ vào : 0-10VDC Loại 12 bit chuyển đổi ,dùng cho CPU S7-200 2.5 ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU * Động cơ xoay chiều có các loại sau: + Động cơ xoay chiều vạn năng. + Động cơ không đồng bộ. + Động cơ đồng bộ. + Động cơ cảm ứng. Do yêu cầu của bài toán và những đặc điểm nổi bật của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ nên trong đề tài băng tải này chúng em chọn động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ rôto lồng sóc làm động cơ kéo băng tải. * Những đặc điểm của động cơ điện không đồng bộ: + Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ điện không đồng bộ, vì loại động cơ này có những đặc điểm như: cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, bảo quản dễ dàng và giá thành hạ. + Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công nghiệp nhỏ, trong các hệ thống băng truyền, băng tải. + Tuy nhiên máy điện không đồng bộ còn một số nhược điểm như: Cosφ không cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nhưng ngày nay với bộ biến tần thì vấn đề đã được giải quyết. + Máy điện không đồng bộ thích hợp hơn so với máy đồng bộ khi những ứng dụng cần thường xuyên mở máy và điều chỉnh tốc độ Do chế độ làm việc của động cơ kéo băng tải là liên tục, chế độ dài hạn. Theo yêu cầu công nghệ thì hầu như các loại phụ tải này không yêu cầu điều chỉnh tốc độ ở nhiều cấp khác nhau. Hệ truyền động các thiết bị liên tục đảm bảo khởi động đầy tải. Mômen khởi động của động cơ Mkđ = (1,6 ÷ 1,8) Mđm. Bởi vậy, nên chọn động cơ truyền động là động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stator sâu để có mômen mở máy lớn. Nguồn cấp cho động cơ truyền động các thiết bị này phải có dung lượng đủ lớn, đặt biệt là đối với công suất động cơ ≥ 30 kW, để mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động của động cơ được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn. Việc tính chọn công suất động cơ truyền động cho băng tải theo công suất cản tĩnh. Chế độ quá độ không tính đến vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ tảo của động cơ truyền động. Phụ tải của truyền động băng tải thường ít thay đổi trong quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá tải. trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy. Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường tính theo các thành phần sau: + Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu. + Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy. + Công suất P3 để nâng tải (nếu là băng tải nghiêng) * Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu: F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L’.σ.k1.g Với β = 0 (băng tải nằm ngang). → F = 1. 2000. 10. 0,05 = 1000 (N) Với L = 1 (m); σ = 2000(g); g = 10 Vì thành phần pháp tuyến Fn tạo ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và ma sát giữa băng tải và con lăn. Trong đó: β = Góc nghiêng của băng tải. L = Chiều dài băng tải. σ = Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải. k1 = Hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu, k1 = 0,05. Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu: P1 = F1.v = σ.L’. k1.v.g → P1 = 1000. 1 = 1000 (W) Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải: F2 = 2.L.σb.k2.g. cosβ → F2 = 2.1.5000.10.0,005=1000 (W) Trong đó: k2 = là hế số tính đến lực cản khi không tải. k2 =0,005 σb = khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng. Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát: P2 = F2.v = 2.L’.σb .k2 . g → P2 =1000.1 = 1000 (W) Lực cần thiết để nâng vật: F3 = ±L.σ.g.sinβ Trong đó dấu (+) là khi tải đi lên, ( - ) khi tải đi xuống. Công suất nâng bằng: P3 = F3.v = ±σ.H.v.g Công suất tĩnh của băng tải: P = P1 + P2 + P3 = (σ.L’.k1 + 2.L’.σb. k2 ± σ.H).v.g → P = P1 + P2 + P3 = 1000 + 1000+ 0 = 2000 (W) = 2 (kW) Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau: Pđc = k3. → Pđc = 1,2 = 2,56 (kW) Trong đó: k3 = Hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25). η = Hiệu suất truyền động. Kết luận: Như vậy em sẽ chọn động cơ không đồng bộ 3 pha có thông số kỹ thuật như sau: Thông số kỹ thuật: Dãy Kw Hp Vg/ph V A Ŋ% Cosα Mmax/ Mmin Mxd/ Mdd Lkđ/Ldd Khốilượng Số cực 3k132S6 3,0 4,0 945 220/380 12,8/7,4 81 0,76 2,2 2,0 6,0 71,5 6 Hình 2.5: Động cơ băng tải XYLANH KHÍ NÉN 2.6.1 Yêu cầu: Hành trình xylanh Lxl=25cm = 250 mm Thời gian dẫn động T=0.5s Tải trọng đáp ứng F=50 N 2.6.2 Tính toán thông số xylanh phù hợp: - Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là: P = 6bar = 6,1183 kgf/cm2 - Tải trọng đáp ứng là: F=50 N = 5 (kg) - Chọn đường kính xi lanh: D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((665.4*4)(6.1183*3.14)) = 3.72 cm - Chọn đường kính: Dxl = 40 mm - Hành trình xy lanh: Lxl = 250 mm 2.6.3 Chọn xylanh khí nén: * Chọn xylanh AIRTAC MA * Thông số lỹ thuật: - Nhiệt độ chịu được : - 50 ~ 700 C - Áp suất chịu được  : 1 ~ 9 Bar ( kg/cm2) - Piitông Ø              : 40 mm - Hành trình            : 250 mm Hình 2.6: Xylanh AIRTAC MA 2.6.4 Chọn van khí nén Trong mô hình đề tài sử dụng 2 van khí nén 5/2. Có tác dụng tác động lên hành trình của xy lanh. Đặc điểm loại van trên: Van đảo chiều 5/2 tác động trực tiếp bằng dòng khí nén vào từ hai phía của nòng van, đây là loại van 5 cửa 2 vị trí. Hình 2.7: Van đảo chiều 5/2 Van tiết lưu: Trong mô hình sử dụng 2 van tiết lưu, có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng khí tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy vào ra của pittong trong xylanh. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng khí qua van phụ thuộc vòa sự thay đổi tiết diện. Hình 2.8: Van tiết lưu CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH 2.7.1 Đặc điểm: Thiết bị chống nhiễu tốt Kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra. Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hoặc máy tính Độ tin cậy cao, kích thước gọn. Bảo trị dễ dàng. 2.7.2 Chọn loại PLC S7-200 * Thông thường S7-200 được phân ra làm hai loại chính dựa vào nguồn điện áp cấp cho CPU hoạt động + Loại cấp điện áp 220 VAC: Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC ( Từ 15 VDC – 30 VDC) Ngõ ra: Relay Ưu điểm: ngõ ra là relay do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau. Nhược điểm: Do ngõ ra relay nên thời gian đáp ứng không được nhanh cho output tốc độ cao. + Loại cấp điện áp 24 VDC Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24 VDC ( 15 VDC – 30 VDC) Ngõ ra: Transistor Ưu điểm: Ngõ ra là transistor do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biến điệu độ rộng xung, output tốc độ cao. Nhược điểm: Do ngõ ra là transistor nên chỉ có thể sử dụng một cấp điện áp duy nhất là 24 VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện áp ra khác nhau. Trong trường hợp này phải thông qua một relay đệm 24 VDC. * Từ những phân tích trên tao cho loại cấp điện áp 24 VDC với ngõ ra Transistor để đảm bảo tốc độ cao trong phân loại sản phẩm. + Vậy ta chọn CPU 221 DC/DC/DC với thông số sau: Mức logic 1: 24 VDC Mức logic 0: 5 VDC Ngõ ra: Transistor Số ngõ vào: 6 Số ngõ ra: 4 Hình 2.9: CPU 221 CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI 3.1: ĐẤU NỐI PLC S7-200 CPU221 VỚI MODUL ANALOG EM231 - Modul EM231 có 4 ngõ vào Analog RA, A+, A-, RB, B+, B-, RC, C+, C-, RD, D+, D-. Do đề tài chỉ sử dụng duy nhất 1 loadcell nên nhóm chỉ sử dụng ngõ vào Analog RA, A+, A-. - Cách đấu nối như sau: L+ và M của EM231 đấu trực tiếp từ nguồn 24VDC trên board thí nghiệm hoặc có thể lấy nguồn từ CPU 221 trên board thí nghiệm. Hình 3.1: Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 với bộ khuếch đại Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây cho modul EM231 3.2 ĐẤU NỐI MODUL ANALOG EM231 VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI, LOADCELL VỚI BỘ KHUẾCH ĐẠI - Loadcell có 4 dây: đỏ ( Exc+), vàng ( Exc-), xanh lá ( Sig+), xanh dương ( Sig-) - MKcell có 8 dây gồm: 5 dây đấu nối với loadcell lấy tín hiệu dương từ loadcell, trắng kí hiệu số 4 lấy tín hiệu âm từ loadcell và dây nối đất màu đen kí hiệu số 5 nối với dây nối đất của loadcell, 3 dây đấu nối với modul analog EM231 cấp nguồn 24VDC cho bộ khuếch đại, dây đen kí hiệu số 8 tín hiệu ra âm và cũng là dây nối max chung với EM231. - Ta đấu nối EM231 với MKceells như sau: 5 dây ra của loadcell lần lượt đấu nối với 5 dây đầu vào của MKcell theo trình tự: Đỏ - đỏ, vàng – đen, xanh lá – xanh lá, xanh dương – trắng, dây max nối chung. Sau đó 3 dây ra của MKcells nối với EM231 theo trình tự: Dây đỏ nối với nguồn 24VDC từ PLC hoặc nguồn L+ của Em231, dây đen nối với chân 0 VDC của ngồn hoặc max chung với EM231, dây xanh từ 0-10VDC nối với A+ của EM231, RA thì cẫn nối với A+, còn A- thì nối với dây đen của MKcells.Như vậy dây đen của MKcells sẽ là dây tham chiếu chung cho nguồn cấp và tín hiệu A-. Hình 3.3: Cách đấu nối dây bộ khuếch đại loadcell 3.3 KẾT NỐI PLC VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC: 3.3.1 Kết nối PLC Hình 3.4: Sơ đồ kết nối PLC 3.3.2 Mạch động lực Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạch động lực.