Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao PDF

Preview

Summary

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................... CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.................................................................. 1- Mô hình sản xuất thông minh.......................................................

Description

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI..................................................................3 1.1-

Mô hình sản xuất thông minh.................................................................3

1.2-

Lí do chọn đề tài.......................................................................................5

1.3-

Giới thiệu sản phẩm băng tải..................................................................7

1.3.1-

Khái niệm và lịch sử ra đời.................................................................7

1.3.2-

Ưu nhược điểm cảu hệ thống băng tải.................................................9

1.3.3-

Quy mô và phạm vi áp dụng..............................................................10

1.4-

Phương pháp phân loại sản phẩm phổ biến........................................13

1.5-

Các thiết kế băng tải hiện nay..............................................................17

1.5.1-

Băng tải dây Belt...............................................................................18

1.5.2-

Băng tải xích......................................................................................19

1.5.3-

Băng tải con lăn.................................................................................22

1.5.4-

Băng tải xoắn ốc................................................................................24

1.5.5-

Băng tải đứng....................................................................................27

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ......30 2.1-

Thiết kế hệ thống cơ khí........................................................................30

2.1.1-

Kết cấu chung của một hệ thống băng tải..........................................30

2.1.2-

Các thông số kỹ thuật của băng tải....................................................33

2.1.3-

Nguyên lí hoạt động của hệ thống băng tải.......................................35

2.1.4-

Lựa chọn hệ thống băng tải dây belt.................................................35

2.2-

Lựa chọn nguồn động lực......................................................................39

2.3-

Lựa chọn phương án thiết kế phần điều khiển...................................44

2.4- Xây dựng mô hình kết cấu cơ khí…………………………………….…48 2.4.1- Thiết kế hệ thống băng tải phân loại sản phẩm……………………….48 2.4.2- Thiết kế hệ thống xy lanh khí nén và bộ giá đỡ………………………51

2.4.3- Các chi tiết phụ trợ khác……………………………………………...53 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ KHÍ VÀ KẾT CẤU PHẦN ĐIỀU KHIỂN............................................................................................56 3.1-

Tính toán, lựa chọn kết cấu cơ khí.......................................................56

3.1.1-

Lựa chọn động cơ hệ thống băng tải.................................................56

3.2-

Tính toán bộ truyền băng tải dây belt.................................................60

3.3-

Các linh kiện và kết cấu mạch điều khiển...........................................64

3.3.1-

Kit điều khiển Arduino Nano............................................................64

3.3.2-

Cảm biến hồng ngoại.........................................................................69

3.3.3-

Màn hình LCD 16x2..........................................................................72

3.3.4-

Chiết áp đơn 10K...............................................................................72

3.3.5-

Mạch công suất MOSFET IRF840....................................................74

3.3.6-

Xy lanh khí nén.................................................................................75

3.3.7-

Van điện từ khí nén............................................................................77

3.3.8-

Bộ nguồn...........................................................................................79

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN....................................81 4.1-

Sơ đồ khối của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.............81

4.2-

Thiết kế mạch điều khiển......................................................................81

4.3-

Lập trình điều khiển hệ thống..............................................................85

4.3.1-

Phần mềm Arduino IDE....................................................................85

4.3.2-

Lưu đồ thuật toán...............................................................................87

4.3.3-

Code điều khiển.................................................................................87

LỜI KẾT................................................................................................................88 TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................90

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1- Mô hình quy trình sản xuất thông minh....................................................4 Hình 1.2- Băng tải hiện nay.......................................................................................7 Hình 1.3- Hệ thống băng tải vận chuyển đá những năm 90......................................8 Hình 1.4- Băng tải vận chuyển muối.......................................................................12 Hình 1.5- Phân loại sản phẩm trong nhà máy.........................................................13 Hình 1.6- Mã vạch, mã QR sản phẩm.....................................................................14 Hình 1.7- Phân loại cam và cà chua theo màu sắc quả chin....................................16 Hình 1.8- Dây chuyền phân loại trứng, cà chua theo kích thước............................17 Hình 1.9- Dây belt...................................................................................................18 Hình 1.10- Băng tải xích nhựa................................................................................20 Hình 1.11- Băng tải xích inox.................................................................................21 Hình 1.12- Băng tải con lăn dạng cong và thẳng....................................................23 Hình 1.13- Hệ thống sản xuất sử dụng băng tải xoắn ốc.........................................25 Hình 1.14- Vận chuyển hàng bằng băng tải xoắn ốc...............................................26 Hình 1.15- Một dạng băng tải đứng........................................................................28 Hình 2.1- Sơ đồ kết cấu của một hệ thống băng tải.................................................30 Hình 2.2- Hệ thống con lăn đỡ của băng tải............................................................32 Hình 2.3- Sơ đồ các chi tiết đi kèm.........................................................................33 Hình 2.4- Sơ đồ nguyên lý hoạt động......................................................................35 Hình 2.5- Băng tải cao su đen.................................................................................37 Hình 2.6- Dây đai băng tải PVC..............................................................................38 Hình 2.7- Động cơ truyền động gắn trên hệ thống băng tải....................................40 Hình 2.8- Hệ thống xy lanh khí nén trong ngành công nghiệp thực phẩm.............42 Hình 2.9- Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại...........................................................45 Hình 2.10- Nguyên lí hoạt động của cảm biến hồng ngoại.....................................45

Hình 2.11- Vi điều khiển ATEMEGA 328P.............................................................47 Hình 2.12- Kit Arduino............................................................................................48 Hình 2.13- Nhôm định hình……………………………………………………….49 Hình 2.14- Bản vẽ băng tải………………………………………………………..50 Hình 2.15- Bản vẽ giá đỡ băng tải………………………………………………...50 Hình 2.16- Bản vẽ xy lanh khí nén………………………………………………..51 Hình 2.17- Bản vẽ giá nối với băng tải……………………………………………52 Hình 2.18- Bản vẽ giá đỡ xy lanh…………………………………………………52 Hình 2.19- Bản vẽ đế trạm phân loại……………………………………………..53 Hình 2.20- Bản vẽ máng trượt 1………………………………………………….54 Hình 2.21- Bản vẽ máng trượt 2………………………………………………….55 Hình 3.1- Kích thước động cơ.................................................................................58 Hình 3.2- Nguyên lý hoạt động phần cảm và phần ứng..........................................59 Hình 3.3- Động cơ giảm tốc JGB37-520.................................................................60 Hình 3.4- Những phiên bản Arduino.......................................................................64 Hình 3.5- Arduino Nano..........................................................................................65 Hình 3.6- Arduino Nano Pinout...............................................................................66 Hình 3.7- Giao diện lập trình cho Arduino..............................................................67 Hình 3.8- Cảm biến hống ngoại..............................................................................68 Hình 3.9- Sơ đồ cảm biến hống ngoại....................................................................68 Hình 3.10- Màn hình LCD......................................................................................70 Hình 3.11- Chiết Áp Đơn 10K................................................................................72 Hình 3.12- MOSFET IRF840..................................................................................73 Hình 3.13- Sơ đồ chân IRF840................................................................................74 Hình 3.14- Xy lanh khí nén.....................................................................................75 Hình 3.15- Cấu tạo xy lanh khí nén.........................................................................75 Hình 3.16- Xy lanh tròn MAL tác động kép hành trình 50mm...............................76

Hình 3.17- Van khí nén điện từ................................................................................77 Hình 3.18- Nguồn Adapter 12V-2A 5.5*2.1mm.....................................................78 Hình 4.1- Sơ đồ khối hệ thống phân loại sản phẩm chiều cao................................80 Hình 4.2- Phần mềm thiết kế mạch Altium.............................................................81 Hình 4.3- Sơ đồ mạch nguyên lí của mạch điều khiển............................................82 Hình 4.4- Mạch 2D PCB (mặt trên, mặt dưới)........................................................83 Hình 4.5- Mạch 3D PCB.........................................................................................85 Hình 4.6- Giao diện lập trình trên phần mềm Arduino IDE....................................85 Hình 4.7- Lưu đồ thuật toán....................................................................................86

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và trong dân dụng. Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã dần thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng. Vi điều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần to lớn vào việc phát triển thông tin. Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện mà đặc biệt là chuyên ngành kỹ thuật điện-điện tử phải hết sức quan tâm. Đó chính là một nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với mỗi sinh viên, đề tài này được thực hiện chính là đáp ứng nhu cầu đó. Để góp phần đáp ứng nhu cầu trên và đóng góp thêm giải pháp thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp, sau một thời gian dưới sự giảng dạy của các thầy cô trường Đại học, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy và các bạn cùng khoa, tôi đã thiết kế, chế tạo "Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng Arduino." Trong khuôn khổ Đồ án ….. với đề tài thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm, em tin tưởng rằng với những kết quả có được từ việc tìm hiểu và tính toán trong bài tiểu luận này sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều hơn nữa những ý tưởng trong tương lai về tính toán và thiết kế các hệ thống phân loại và sản xuất tự động trong công nghiệp. Với bố cục gồm: 1- Tổng quan về đề tài Phần này sẽ là cái nhìn sơ qua về hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng và hệ thống sản xuất tự động nói chung bao gồm lịch sử phát triển, phân loại và ứng dụng hiện nay giúp chúng ta hình dung tính quan trọng cũng như sự hữu dụng của nó tới cuộc sống. 2- Tính toán thiết kế mô hình phân loại sản phẩm 1

Bao gồm các bước tính toán thiết kế hệ thống cơ khí, hệ thống điều khiển mô phỏng để kiểm chứng tính đúng đắn của quá trình thiết kế sẽ cung cấp các quá trình cơ bản để có thể xác định cách có thể một sản phẩm phân loại được đưa vào ứng dụng trong cuộc sống. Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy …, cảm ơn thầy vì những đóng góp qua những bài giảng và những hướng dẫn trong quá trình trao đổi ở các buổi gặp mặt. Những góp ý, sửa chữa của thầy sẽ phần nào giúp em tự tin hơn trong cách thức tiếp cận với nền công nghiệp hiện nay. Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của tôi còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài. Em rất mong có được sự bổ sung, sửa chữa đó. Em chân thành cảm ơn và chúc thầy thật nhiều sức khoẻ !

2

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1- Mô hình sản xuất thông minh Trạm phân loại sản phẩm là một phần của hệ thống mô hình sản xuất thông minh. Vậy thì mô hình sản xuất thông minh có vai trò và những đặc điểm gì, chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát về nó sau đây. Mô hình sản xuất thông minh là hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động như hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System) được áp dụng rộng rãi vào sản xuất hàng loạt có thể đạt được các yêu cầu về năng suất và chất lượng của sản phẩm. Các FMS sẽ kích hoạt các hoạt động tự động bằng các chương trình được lập trình trước đó. Do đó, các FMS này gặp khó khăn để đạt được các yêu cầu về tính khả dụng, khả năng thích ứng và độ tin cậy. Các hệ thống sản xuất do con người vận hành với khả năng nhận thức như nhận thức, học hỏi và lý luận để đưa ra quyết định có thể đáp ứng các yêu cầu này. Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của các hệ thống này thấp do chi phí sản xuất cao cũng như chỉ thích hợp để sản xuất nguyên mẫu hoặc quy mô lô nhỏ. Vì vậy, cần phải tích hợp khả năng nhận thức vào các FMS để đạt được các hệ thống FMS với các đặc tính tiên tiến lấy cảm hứng sinh học. Smart-CPMS (Cyber Physical Manufacturing System) có các đặc điểm nâng cao như sau: 1. Mỗi yếu tố trong Smart-CPMS là một thực thể tự trị được trang bị các khả năng mới như nhận thức, lý luận để đưa ra quyết định, giao tiếp và hợp tác. Mỗi CPS có khả năng đưa ra quyết định một cách tự chủ; 2. Cải thiện hệ thống về tính thông minh và tính tự chủ của FMS, Smart-CPMS có khả năng thích ứng với những thay đổi trong sản xuất trong thời gian ngắn và tức thì.

3

Hệ thống sản xuất vật lý không gian mạng thông minh (Smart-CPMS) được thể hiện trong Hình 1. Một trong những xu hướng lớn hơn của sản xuất là các sản phẩm được cá nhân hóa. Smart-CPMS có khả năng trả lời nhanh chóng và chính xác những thay đổi của môi trường sản xuất mà không cần can thiệp từ bên ngoài.

Hình 1.1- Mô hình quy trình sản xuất thông minh Ở cấp độ quản lý, khách hàng đặt mua bằng cách lựa chọn sản phẩm trên màn hình kĩ thuật số. Sau đó, thông tin sản phẩm được gửi đến bộ phận lập kế hoạch và quy trình thiết kế trên sàn cửa hàng. Các thuật toán lấy cảm hứng từ sinh học như thuật toán di truyền, thuật toán bầy đàn, v.v. được sử dụng để lập ra quy trình thực hiện. Nhờ đó mà nhiều phương pháp tối ưu hóa được đưa ra. Như Smart-CPMS, Internet of Service (IoS) được sử dụng hiệu quả để phân công các nhiệm vụ từ thiết kế đến lập kế hoạch. 4

Ở cấp độ cửa hàng, Smart-CPMS được coi là sự hợp tác trong IoT giữa các thiết bị thông minh để thực hiện các nhiệm vụ. CPS là một tổ chức tự quản có thể tự kiểm soát trong việc thích ứng với những thay đổi cũng như hợp tác với các CPS khác để hoàn thành việc lập kế hoạch. Giao diện người - máy (HMI), Smart-Phone và trợ lý kỹ thuật số cá nhân (PDA) được sử dụng để giao tiếp giữa máy với con người. Cơ sở hạ tầng CNTT-TT như hệ thống thực thi sản xuất (MES), hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) , mạng không dây, hệ thống RFID và mạng cảm biến cho phép CPS nắm bắt trạng thái của nó cũng như giao tiếp với các CPS. Phần không gian mạng đưa ra quyết định tùy theo trạng thái được giao. Cơ chế lập luận dựa trên tri thức từ trí tuệ nhân tạo để đưa ra quyết định, lập kế hoạch mới, chẳng hạn như các thông số cắt mới cho quá trình gia công hoặc yêu cầu hợp tác với các CPS khác. Mô-đun giao tiếp chịu trách nhiệm tương tác với các CPS khác cũng như các thiết bị HMI và PDA. Triển khai hệ thống Smart-CPS (Cyber Physical System) CPS có thể hiểu đơn giản như một cụm kết cấu thực hiện một hoạt động trong một chuỗi các hoạt động của dây chuyền sản xuất hiện đại. Trạm phân loại sản phẩm cũng là một CPS như vậy. thực hiện quá trình phát hiện và phân loại các sản phẩm để đưa tới các CPS tiếp theo. Trạm phân loại sản phẩm là một CPS của một mô hình sản xuất thông minh trong các nhà máy công nghiệp hiện nay. 1.2- Lí do chọn đề tài 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 5

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. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà 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 em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm 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 triển của thế giới. Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo 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 chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để 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 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành ...