đề tài THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

MỤC LỤC
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
LỜI MỞ ĐẦU
Hà Nội, ngày 00 tháng 00 năm 2021
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG
Giới thiệu chung
Các vấn đề đặt ra
Phương pháp nghiên cứu
* Phương pháp tuần tự và đồng thời
* Phương pháp thực nghiệm
Phạm vi giới hạn
CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm
Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Cấu tạo:
Nguyên lý hoạt động:
Ứng dụng:
Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Cấu tạo:
Nguyên lý hoạt động:
Ứng dụng:
Phân loại sản phẩm theo hình dạng
Cấu tạo:
Nguyên lý hoạt động:
Ứng dụng:
Nguyên lý hoạt động:
Ứng dụng:
Vật liệu chế tạo
Một số ưu điểm của gỗ tấm:

Một số ưu điểm của thép định hình:
Một số ưu điểm của nhơm ống hình hộp:
Một số ưu điểm của trục ren thép:
Ưu điểm của các phần tử ghép nối:
Hệ thống truyền động
Cấu tạo động cơ điện một chiều
Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13): Thơng tin chi tiết về động cơ [1]
Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Phân loại động cơ điện một chiều
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm Rp
Điều chỉnh từ thông của phần ứng
Điều khiển điện áp phần ứng
Giới thiệu chung về băng chuyền
Ưu điểm của băng chuyền
Cấu tạo chung của băng chuyền


Phân loại Piston xylanh
Lựa chọn piston xylanh dùng trong hệ thống
Cấu tạo của xylanh tác động kép (Hình 2.20).
Nguyên lý hoạt động:
Định nghĩa van đảo chiều
Van đảo chiều sử dụng trong mơ hình hệ thống
Định nghĩa:
Ký hiệu:
Cơng dụng:
Ngun lý hoạt động:
Van điện từ 5/2 sử dụng trong mơ hình hệ thống (Hình 2.23).
Thơng tin chi tiết cảm biến quang [3].

Vai trò và ứng dụng của cảm biến quang
Cấu trúc của cảm biến quang
Bộ phát ánh sáng
Bộ thu ánh sáng
Mạch xử lý tín hiệu ra
Cảm biến sử dụng trong mơ hình hệ thống
Đặc điểm của cảm biến:
Thông số định mức và đặc tính kỹ thuật:
Thơng tin chi tiết về rơ le [4].
Phân loại rơ le
Rơ le trung gian
Cấu tạo của rơ le trung gian (Hình 2.28).
Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:
Khái niệm
Cấu tạo và nguyên lý làm việc
CHƯƠNG 3 - GIỚI THIỆU VỀ PLC. PLC – S7 1200. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13.
Khái quát chung về PLC.
Lịch sử hình thành
Các loại PLC thơng dụng.
Ngơn ngữ lập trình.
Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC.
Ứng dụng PLC.
3.2. PLC – S7 1200.
Cấu trúc.
Phân vùng bộ nhớ.
Tập lệnh S7 – 1200.
Sơ đồ đấu dây.
Phần mềm Tia – Portal v15.
Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic.
Các bước tạo một project.

CHƯƠNG 4 – THIẾT KẾ MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
3.
Tính tốn thiết kế hệ thống
Tính tốn cơng suất động cơ
Tính tốn tốc độ của động cơ điện một chiều
Tính cơng suất trên các trục
Phương pháp tính chọn [6]
Tính tốn lựa chọn piston


4.1.1. Tính chọn cảm biến màu sắc.
THƠNG SỐ CẢM BIẾN MÀU GY-31
SƠ ĐỒ ĐẤU VỚI VỚI ARDUINO (VÍ DỤ)
Mạch điều khiển hệ thống
Sơ đồ đấu nối PLC
Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây.
Tính chọn rơ le trung gian.
Mạch điều khiển xi lanh khí nén.
CHƯƠNG 5 – THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
5.
Sơ đồ khối chung tồn hệ thống
Lập trình điều khiển PLC S71200
Xác định đầu vào ra
Cấu hình phần cứng
Lập trình PLC S71200
Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada
Cấu hình thiết bị
Kết quả mơ phỏng
Tải chương trình xuống PLC
Chạy runtime Scada

TÀI LIỆU THAM KHẢO


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

08

Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

12

Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

14

Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng

15

Hình 2.4 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

17


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................


.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Hà Nội, ngày… tháng…năm 2021
Giáo viên phản biện

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước
ta đang đổi mới và bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng cơ sở
vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước. Điều đó đòi hỏi phải nghiên cứu và
áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, có khả năng tự động
hóa cao để đưa cơng nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong đó ngành ĐIỆN TỰ
ĐỘNG HĨA đóng một vai trị rất quan trọng trong quá trình phát


triển của đất nước. Để đáp ứng nhu cầu to lớn của việc phát triển ngành Cơ điện tử nói
chung, địi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực và
trình độ chuyên môn để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí,
điện-điện tử và kỹ thuật phần mềm.

Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử,
từ những kiến thức đã được học, nhóm tác giả chúng tơi đã lựa chọn và thực hiện đồ án
tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”. Việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế
con người trong công việc là vấn đề hết sức cần thiết.
Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã nhận được sự giúp đỡ của quý
thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Vũ Tuấn Anh để
nhóm có thể hồn thành đề tài này một cách tốt nhất. Nhóm tác giả xin chân thành cảm
ơn! Việc hồn thành đề tài này sẽ khơng tránh được những sai lầm thiếu sót. Nhóm rất
mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cơ để nhóm có thể rút ra được kinh nghiệm
cũng như phát triển thêm đề tài.
Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 00 tháng 00 năm 2021
Nhóm tác giả thực hiện:
Trần

Văn

Trần Văn B

A


CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu chung
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điệnđiện tử và điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa
học, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt
và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa
học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói
riêng. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào

lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp
ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình
đã được thiết lập trước.
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện
năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành cơng nghiệp ngày càng phát triển các
cơng ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền
và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được
nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm tác giả
đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc (Hình 1.1).

Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.


Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác
định màu sắc của sản phẩm. Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác
nhau.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những
chuyển động cần thiết:
-

Chuyển động của băng chuyền. Để truyền chuyển động quay cho trục của

băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ răng
thẳng trung gian.
-

Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác

nhau. Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén.

Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được xylanh
đẩy vào băng chuyền. Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phân
loại với màu sắc khác nhau. Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyển đến
thùng hàng để đóng gói. Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ
thể như:
●

Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được

điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học
kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
●

Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm,

cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
●

Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó khơng

những thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số lượng cơng nhân
đến mức tối đa…
1.2. Các vấn đề đặt ra
Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và hệ
thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC. Ngồi ra cịn có các
vấn đề khác như là: vật liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết...

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
-

Vấn đề cơ khí: phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của

các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao,
dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị
hỏng.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài “Phân loại sản phẩm theo màu sắc” đã được nhiều sinh viên của các
trường nghiên cứu và thực hiện. Đồng thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những mơ
hình đơn giản. Mơ hình này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số nhà máy
và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm tác giả đã
áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:
* Phương pháp tuần tự và đồng thời
Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể là việc đầu tiên là nghiên
cứu mơ hình cụ thể sau đó xây dựng mơ hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong thiết
kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản. Từ đó, áp
dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài.
* Phương pháp thực nghiệm
Mơ hình hóa phần cơ, mơ phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế
tạo hồn thiện.
Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa có
trên thị trường. Sau đó chế tạo thật mơ hình.
Cho chạy thử hết cơng suất, sau khi đã vận hành hết các chức năng cũng như công
suất của hệ thống để rút ra giới hạn của hệ thống từ đó đưa ra phương án cải tiến hay thay
thế từ đó đưa ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệ thống, vận tốc của

băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số cơ khí và điện năng, năng suất của hệ
thống...).
1.4. Phạm vi giới hạn
Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu.
Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất


lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài nghiên cứu, với những giới hạn về
kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới hạn bởi những tính năng sau:
- Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 1700 x 700 x 400 (mm)
- Khối lượng: 30 Kg
- Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén.
- Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston.
- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều.
- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.
- Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V.


CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
2.1. Giới thiệu về các loại phân loại sản phẩm
2.1.1. Các loại hệ thống phân loại sản phẩm đang hiện hành
Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản
phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong cơng việc phân loại,
nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cơng việc. Một hệ thống hồn chỉnh có thể phân
loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hỗn
hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những cơng việc địi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần
hồn, nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng việc. 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 nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong

các nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sản
phẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo màu sắc.
a) Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1).

Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.


Cấu tạo:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1) có cấu tạo chính gồm:
- Một băng chuyền.
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Cảm biến nhận biết màu sắc.
- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Các van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,
truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm
ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu
sắc khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý
sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản
phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.
Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây
chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm
nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất

tốn ít nhân cơng lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động.

b) Phân loại sản phẩm theo màu sắc


Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.2).

Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Cấu tạo:
- Hai băng chuyền.
- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Ba cảm biến nhận biết màu sắc.
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Hai van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
-

Nút nhấn.

Ngun lý hoạt động:


Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất
hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên băng
chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau. Khi
sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra
tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào
khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền và được phân loại

vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền
chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương
ứng.
Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các
ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả...
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.
c) Phân loại sản phẩm theo hình dạng
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng (Hình 2.3).

Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng.
Cấu tạo:


- Một băng chuyền.
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại.
- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera).
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,
truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Trên băng chuyền sẽ thiết kế
cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giác
nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ
bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.

Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất nhiều ngành
công nghiệp:
-

Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình

dáng khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.
- Ứng dụng kết hợp với Robot thơng minh.
Như vậy, ngồi ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta cịn thấy có hệ
thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ như phân loại sản phẩm
theo trọng lượng, kích thước... Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá
tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh piston
hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu
sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình
dạng vật thể).


2.1.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọng trong
sự phát triển của tự động hóa trong cơng nghiệp. Hiện nay, Đất nước ta đang trong quá
trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra khơng những đạt
tiêu chuẩn về chất lượng, mà cịn địi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích
thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu cơng nghiệp được hình thành với nhiều dây
chuyền thiết bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao
hơn trong quá trình sản xuất. Một trong những thiết bị, máy móc hiện đại đó phải kể đến
hệ thống phân loại sản phẩm. Chính vì vậy, nhóm tác giả đã quyết định thiết kế và thi
cơng mơ hình với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm”
(Hình 2.4). Mơ hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt

động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng
PLC vào việc điều khiển hệ thống.

Hình 2.4 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.
(1) – Nguồn cấp 24VDC.

(2) – PLC.

(3) – Động cơ một chiều.

(4) – Nút nhấn.

(5) – Rơ le trung gian.

(6),(8),(14) – Cảm biến.

(7),(9) – Piston phân loại.

(10),(11),(12) – Van đảo chiều 5/2.

(13) – Dây dẫn khí.

(15) – Sản phẩm.

(17) – Khay đựng sản phẩm.

(18) – Khung đỡ cơ khí.

(19) – Hộp cấp sản phẩm.

(20) – Piston cấp sản phẩm.

(16) – Băng chuyền.


Nguyên lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, động cơ một chiều quay truyền chuyển động cho băng chuyền
thông qua dây đai. Nguyên lý hoạt động được chia thành hai quá trình:
-

Q trình cấp sản phẩm vào băng chuyền: Khi có sản phẩm trong hộp, cảm

biến quang nhận biết và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác
động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm vào băng chuyền. Hai
cảm biến quang thu phát được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự
lần lượt cao và trung bình tính từ hộp cấp phơi (Hình 2.4).
-

Q trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: tùy thuộc vào độ cao của

từng sản phẩm để có thể phân loại. Nếu sản phẩm cao trên băng chuyền đi qua sẽ che cảm
biến cao, lập tức gửi tín hiệu về PLC, bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động
điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vào khay chứa tương ứng.
Sản phẩm có màu sắc trung bình sẽ không che cảm biến cao và khi đi qua cảm biến trung
bình, cảm biến sẽ nhận biết và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử lý và xuất tín hiệu đến
đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm trung bình vào
khay chứa tương ứng. Sản phẩm thấp nhất sẽ được đi hết băng chuyền và được phân loại
vào khay chứa cuối cùng.
Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động.
Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng để phân loại các sản
phẩm có màu sắc khác nhau với độ chính xác cao. Hệ thống được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành công nghiệp như:
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả...
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.


2.2. Vật liệu chế tạo
● Đế đỡ tồn bộ mơ hình: Sử dụng gỗ tấm (Hình 2.5).
Kích thước (Dài x Rộng x Cao) : 1700 x 700 x 20 (mm)

Hình 2.5 Gỗ tấm.
Một số ưu điểm của gỗ tấm:
- Gia công đơn giản.
- Giá thành vừa phải.
- Khối lượng nhẹ hơn nhiều so với vật liệu khác.
- Không bị ăn mịn.
- Thuận tiện cho việc thiết kế và bắt vít cố định cho tồn bộ mơ hình hệ thống.
● Khung đỡ: Sử dụng thép định hình (Hình 2.6). Thép định hình được sử dụng
rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp và xây dựng dân dụng, kết cấu bộ phận…

Hình 2.6 Thép định hình.
Một số ưu điểm của thép định hình:


- Độ cứng vững cao.
- Chống ăn mòn tốt.
- Khả năng chịu nhiệt tốt.
- Chi phí sản xuất thấp.

● Bộ phận đỡ băng chuyền, xylanh và cảm biến: Sử dụng nhơm ống hình hộp (Hình
2.7). Trong mơ hình, nhơm ống hình hộp có chức năng vừa làm khung đỡ kết cấu băng
chuyền vừa làm cột đỡ xylanh và cảm biến. Nhơm ống hình hộp được sử dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp cũng như xây dựng, kết cấu dân dụng, khung cửa…
Hình 2.7 Nhơm ống hình hộp.

Một số ưu điểm của nhơm ống hình hộp:

- Gia cơng đơn giản hơn thép ống hình hộp.
- Khối lượng nhẹ hơn so với nhiều vật liệu khác.
- Giá thành vừa phải, tiết kiệm chi phí.
- Khả năng chống ăn mịn tốt.
● Vịng bi: Sử dụng ổ bi có kích thước Φ16 mm (Hình 2.8). Ổ bi dùng để dẫn trục
quay nhẹ và giảm ma sát.


Hình 2.8 Ổ bi.
● Trục dẫn kéo băng chuyền: Sử dụng trục ren bằng thép có kích thước Φ8 mm,
dài 160mm (Hình 2.9):

Hình 2.9 Trục dẫn kéo băng chuyền.
Trục ren nằm ở hai đầu băng chuyền, vừa là trục dẫn động cho băng chuyền, vừa có
chức năng tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo của băng chuyền.
Một số ưu điểm của trục ren thép:
- Chống ăn mịn tốt.
- Đảm bảo độ cứng, vững cho tồn hệ thống.
- Trục rất phổ biến trên thị trường nên giá thành vừa phải.
- Khả năng ăn khớp với ổ bi và bánh răng dẫn động cao.
● Phần tử ghép nối cơ khí: Sử dụng bulong-đai ốc, vít bắn, vít xốy, thép chữ V,
… (Hình 2.10). Các phần tử này có chức năng ghép nối các phần tử cơ khí với nhau.

Hình 2.10 Các phần tử ghép nối cơ khí.
Ưu điểm của các phần tử ghép nối:
- Chi phí sử dụng phù hợp.
- Khả năng ghép nối cao.
- Chống ăn mòn tốt.
- Đảm bảo độ cứng, vững cho toàn hệ thống.
● Sản phẩm: Sử dụng gỗ khối hình hộp với màu sắc khác nhau (Hình 2.11).

Hình 2.11 Sản phẩm cần được phân loại.


2.3. Hệ thống truyền động
2.3.1. Động cơ điện một chiều
Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng chuyền dây đai và không yêu cầu tải
trọng lớn nên không cần động cơ có cơng suất lớn. Với u cầu khá đơn giản của băng
chuyền như là:
- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có cơng suất nhỏ, khoảng 20-30 W, điện
áp một chiều 24 V.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động
cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều
chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động.
Động cơ một chiều trong dân dụng thường là các 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 moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và
trong phạm vi rộng. Động cơ điện một chiều trong thực tế (Hình 2.12).

Hình 2.12 Một số loại động cơ trên thực tế.
a) Cấu tạo động cơ điện một chiều


Hình 2.13 Cấu tạo động cơ điện một chiều.
1- Cổ góp điện.

2- Chổi than.

3- Rotor.

4- Cực từ.

5- Cuộn cảm.

6- Stator.

7- Cuộn dây phần ứng.

Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13):
Thơng tin chi tiết về động cơ [1]
- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy.
Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
-

Rotor (phần động): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ,

làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Mỗi
phần tử của dây quấn phần động có nhiều vịng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai cạnh

tác dụng của phần tử dây quấn trong hai rãnh dưới hai cực khác tên.
-

Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình

trụ, gắn ở đầu trục rotor.
-

Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và

giá chổi điện gắn trên nắp máy.

b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều


Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có dịng
điện. Các thanh dẫn có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho Rotor
quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa
vịng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiều dịng điện,
giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ
cảm ứng sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động
cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dịng điện nên còn gọi là sức phản điện
động.
c) Phân loại động cơ điện một chiều
Tùy theo 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 dịng điện kích từ và từ thơng

động cơ khơng phụ thuộc vào dòng điện phần ứng. Nguồn điện mạch kích từ riêng biệt so
với nguồn điện mạch phần ứng.
-

Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi nguồn điện một chiều có cơng

suất vơ cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng khơng thì điện áp nguồn sẽ là
khơng đổi, khơng phụ thuộc vào dịng điện trong phần ứng động cơ. Loại động cơ một
chiều kích từ song song cũng được coi như kích từ độc lập.
-

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch

phần ứng.
-

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai 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.

d) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều