Baocaoscada-Ngokhanhduong-Hoangquangtien-1.Docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI CHÈ SỬ DỤNG PLC VÀ GIÁM
SÁT BẰNG WINCC

SINH VIÊN THỰC HIỆN

: Ngơ Khánh Dương
: Hồng Quang Tiến

LỚP

: KTĐ-ĐT K17A

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : GV Bùi Tuấn Anh

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2022

1


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 địi 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 công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong đó
ngành cơ khí tự động hóa 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 chun mơn 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 Cơng Nghệ Tự Động Hóa, từ
những kiến thức đã được học, Em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống đóng gói
chè sử dụng PLC và giám sát bằng WinCC ”.
Nội dung đề tài báo cáo của em gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG, THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ SIMATIC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM
WINCC
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ của quý thầy cô
và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Bùi Tuấn Anh em có thể
hồn thành đề tài này một cách tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn! Việc hoàn thành
đề tài này sẽ khơng tránh được những sai lầm thiếu sót. Em rất mong được sự phê
bình, đánh giá của các thầy cơ để em có thể rút ra được kinh nghiệm cũng như phát
triển thêm đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG, THIẾT BỊ ĐIỆN ĐƯỢC
SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG...................................................................................5
1.1. Tổng quan về dây truyền phân loại sản phẩm bằng cân định lượng(loadcell).....5
1.2 Nhưng thiết bị điện sự dụng trong hệ thống..........................................................8
1.2.1 Tìm hiểu cân băng tải định lượng(loadcell): Cấu tạo - nguyên lý..................8
1.2.1.1 Cân băng tải định lượng(loadcell): là gì?.................................................8
1.2.1.2 Cấu tạo của cân băng định lượng.............................................................8
1.2.1.3 Nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng........................................9

1.2.2 Cảm biến quang............................................................................................10
1.2.2.1 Cảm biến quang là gì ?...........................................................................10
1.2.2.2 Cấu tạo của cảm biến quang...................................................................11
1.2.2.3 Các loại cảm biến quang thông dụng:....................................................12
1.2.2.4 Ứng dụng của cảm biến quang...............................................................14
1.2.2.5 Các thông số của cảm biến quang..........................................................15
1.2.2.6 Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến:.......................................................16
1.2.2.7 Ưu nhược điểm của cảm biến quang:.....................................................17
1.2.2.8 Các hãng sản xuất cảm biến quang:.......................................................17
1.2.3. Động cơ không đồng bộ 3 pha.....................................................................18
1.2.3.1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha................................................18
1.2.3.2. Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ..........................19
1.2.3.3. Các phương pháp điều khiển phổ biến:.................................................20
1.2.3.4. Cơ sở phương pháp điều khiển..............................................................20
1.2.3.5. Các thơng số động cơ và tính chọn bảo vệ cho động cơ.......................22
1.2.4 Băng tải.........................................................................................................23
1.2.4.1 Khái niệm băng tải:................................................................................23
1.2.4.2 Ưu nhược điểm của băng tải:.................................................................24
1.2.4.3 Ứng dụng của băng tải...........................................................................24
1.2.2.4 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại băng tải..............................25
3


1.2.4.5 Thơng số của băng tải.............................................................................27
1.2.5 Xi lanh khí nén..............................................................................................27
1.2.5.1 Khái niệm xi lanh khí nén:.....................................................................27
1.2.5.2 Cấu tạo của xi lanh khí nén:...................................................................28
1.2.5.3 Ứng dụng của xilanh khí nén:................................................................28
1.2.5.4 Phân loại xilanh khí nén:........................................................................29
1.2.5.5 Thơng số kĩ thật của xi lanh khí nén:.....................................................31

1.2.5.6 Cách tính tốn xilanh khí nén:................................................................32
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ SIMATIC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM WINCC.34
2.1. Tìm hiểu về hệ Simatic S7-1200........................................................................34
2.1.1. Tổng quan về thiết bị điều khiển logic khả trình PLC...............................34
2.1.2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động PLC.........................................................35
2.1.4. Các đặc tính cơ bản của PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC .................38
2.2. PHẦN MỀM WIN CC RT Advanced................................................................39
2.2.1. Khái niệm cơ bản về Win CC..........................................................................39
2.2.2. Cấu trúc của Control Center........................................................................41
2.2.2.1. Control Center.......................................................................................41
2.2.2.2. Những Module chính............................................................................41
2.2.2.3. Các khái niệm thường dùng trong WinCC............................................41
2.2.3. Các đối tượng trong WinCC........................................................................46
2.2.3.1. Các đối tượng cơ bản(Basic Object).....................................................46
2.2.3.2. Thành phần(Elecment)..........................................................................46
2.2.4. Thiết kế đồ họa trong WinCC......................................................................47
2.2.4.1. Chức năng của Graphics........................................................................47
2.2.4.2. Cấu trúc của Graphics Designer............................................................48
2.2.4.3. Quan sát thuộc tính của các đối tượng tạo ra trong màn hình đồ họa...49
2.2.5. Hệ thống lưu trữ hiển thị..............................................................................49
2.2.5.1. Chức năng của PLC Tags......................................................................49
2.2.5.2. Thành phần cơ bản trong soạn thảo.......................................................53
2.2.6 Gán liên kết giữa Wincc và PLC..................................................................53
4


CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT...............................55
3.1 Sơ đồ khối của hệ thống......................................................................................55
3.1.1 Chương trình soạn thảo.................................................................................55
3.1.2. Khối sử lý trung tâm....................................................................................55

3.1.3. Khối chấp hành............................................................................................56
3.1.4 Khối giám sát...............................................................................................56
3.2 Cấu hình của PLC và WinCC..............................................................................58
3.2.1 Cấu hình của PLC.........................................................................................58
3.2.2 Cấu hình của WinCC....................................................................................61
3.3 Giao diện WinCC................................................................................................62
3.4 Nguyên lý hoạt động............................................................................................63
3.5 Sơ đồ thuật toán của hoạt động của hệ thống:.....................................................68
KẾT LUẬN...................................................................................................................70
Tài liệu tham khảo.........................................................................................................72

5


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống băng tải cân sản phẩm....................................................................7
Hình 1.2. Hệ thống cân và phân loại sản phẩm..............................................................9
Hình 1.3 Cân định lượng..............................................................................................10
Hình 1.4 Cấu trúc của băng tải định lượng..................................................................10
Hình 1.5 Các loại cảm biến quang...............................................................................13
Hình 1.6 Cấu tạo của cảm biến quang.........................................................................13
Hình 1.7 Cảm biến quang khuếch tán...........................................................................15
Hình 1.8 Cảm biến quang thu phát chung....................................................................15
Hình 1.9 Cảm biến quang phản xạ gương....................................................................16
Hình 1.10 Cấu tạo động cơ khơng đồng bộ.................................................................19
Hình 1.11 Đường đặc tính cơ của đợng........................................................................21
Hình 1.12: Đặc tính cơ của đợng cơ xoay chiều 3 pha khơng đờng bợ........................22
Hình 1.13. Các thơng số của động cơ...........................................................................23
Hình 2.14 Băng tải........................................................................................................25
Hình 1.15 Băng tải được dùng trong nhà máy sản xuất...............................................26

Hình 1.16 Cấu tạo của băng tải....................................................................................27
Hình 1.17 Băng tải cao su.............................................................................................28
Hình 1.18 Xi-lanh khí nén.............................................................................................28
Hình 1.19 Cấu tạo của xi lanh khí nén.........................................................................29
Hình 1.20 Ký hiệu xi lanh khí nén.................................................................................30
Hình 1.21 Xi lanh khí 1 chiều.......................................................................................31
Hình 1.22 Xi lanh khí 2 chiều.......................................................................................32
Hình 1.23 Thơng số kĩ thật của xi lanh khí nén............................................................33
Hình 2.1. PLC trong nhà máy điện...............................................................................35
Hình 2.2. Cấu trúc PLC................................................................................................37
Hình 2.3. Vịng qt của PLC.......................................................................................38
Hình 2.4: PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC 6ES7 214-1AG40-0XB0...................39
Hình 2.6. Phần mềm mơ phỏng Win CC.......................................................................40
Hình 2.7: Cách tạo cấu hình và chạy thời gian thời gian thực....................................44
Hình 2.8: Mô hình vận hành hệ thống..........................................................................45
6


Hình 2.9. Các thành phần cơ bản của Win CC.............................................................45
Hình 2.10. Bảng sắp xếp đối tượng..............................................................................50
Hình 2.11. Bảng Tags trong PLC.................................................................................52
Hình 2.12: PLC [CPU 1214C DC/DC/DC].................................................................53
Hình 2.13: PLC Tags....................................................................................................53
Hình 2.14: Defaulf tag table.........................................................................................53
Hình 2.15: Bảng table soạn thảo tags..........................................................................54
Hình 2.16 Chọn Properties để gấn Tag........................................................................54
Hình 2.17 Chọn General để gán Tag............................................................................54
Hình 2.18 Chọn Tag cần gán........................................................................................55
Hình 2.19 Chọn mũi tên để trở lại màn hình làm việc HMI.........................................55
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống.................................................................................56

Hình 3.2 Chương trình soạn thảo.................................................................................56
Hình 3.3 PLC S7 1200 DC/DC/DC..............................................................................57
Hình 3.4 Động cơ, cảm biến, Xi lanh, Cân Loadcell, Switch Xilanh, Bộ đếm.............57
Hình 3.5 Giao diện trang bìa của chương trình điều khiển trên WinCC......................58
Hình 3.6 Giao chương trình điều khiển........................................................................59
Hình 3.7 File PDF báo báo xuất từ Excel....................................................................59
Hình 3.8 Lựa chọn PLC................................................................................................59
Hình 3.9 PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC............................................................60
Hình 3.10 Biên dịch chương trình.................................................................................60
Hình 3.11 Bảng báo lỗi chương trình...........................................................................60
Hình 3.12 Tải dữ liệu từ chương trình tới thiết bị........................................................60
Hình 3.13 Bắt đầu mơ phỏng chương trình..................................................................61
Hình 3.14 Kiểm tra trước khi tải...................................................................................61
Hình 3.15 Trạng thái và hoạt động sau khi tải đến thiết bị..........................................61
Hình 3.16 Chọn phiên bản WinCC...............................................................................62
Hình 3.17 WinCC RT Advanced và cáp dây chuẩn Ethernet........................................62
Hình 3.18 Kết nối PLC s7 1200 với WinCC RT Advanced...........................................62
Hình 3.19 Các bước vào WinCC để thiết kế giao diện.................................................63
Hình 3.20 Bắt đầu mơ phỏng trên chương trình WinCC RT Advanced........................63
7


Hình 3.21 Giao diện phân loại sản phẩm theo cân nặng Wincc..................................63
Hình 3.22 Giao diện phân loại sản phẩm theo cân nặng Wincc..................................64
Hình 3.23 Băng tải nháy đỏ..........................................................................................65
Hình 3.24 Băng tải nháy xanh......................................................................................65
Hình 3.25 Xi lanh tác động...........................................................................................66
Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống......................................................68

8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG, THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
1.1. Tổng quan về dây truyền phân loại sản phẩm bằng cân định lượng(loadcell).
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.
Vì vậy, hệ thống cân tự động sản phẩm tự động ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu
cấp bách này. Dây chuyền cân tự động bao gồm các khâu: băng tải đầu vào cân, băng
tải đầu ra cân, cân Load cell , cảm biến quang khi cân, sử dụng cho việc phân loại chai
nhựa, đồng, sắt, thép… và chủ yếu để phân loại các loại vật phẩm và đếm các vật
phẩm.

 Cấu tạo:

Hình 1.1. Hệ thống băng tải cân sản phẩm.

Hệ thống cân sản phẩm cấu tạo chính gồm:
 Hai băng chuyền.
 Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
 Bốn cảm biến quang.
 Hai piston để đẩy sản phẩm.
 Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
 Các màn hình led hiển thị.
9

 Các rơ le trung gian.
 Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
 Nút nhấn.
 Ngun lý hoạt động:

Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:
 Ta đặt 2 giá trị định mức tiêu chuẩn để phân loại sản phẩm cho cân.
 Vật được đặt trên băng truyền trước khi vào hệ thống cân và phân loại.
 Gặp cảm biến cân, băng tải dừng hoạt động hệ thống cân hoạt động.
 Xong khi cân xong: Sẽ có 3 giá trị ứng với 3 đầu ra, sản phẩm nhẹ, sản phẩm
trung bình, sản phẩm nặng.
 Băng tải tiếp tục hoạt động:
- Sản phẩm nhẹ đi qua cảm biến nhẹ thì cảm biến nhẹ sáng và giá trị sản
phẩm nhẹ thì xi-lanh nhẹ đẩy sản phẩm nhẹ vào thùng của sản phẩm nhẹ,
đồng thời đếm sảm phẩm.
- Sản phẩm trung bình đi qua cảm biến trung bình thì cảm biến trung bình
sáng và giá trị sản phẩm trung bình thì xi-lanh trung bình đẩy sản phẩm
trung bình vào thùng của sản phẩm trung bình, đồng thời đếm sảm phẩm.
- Sản phẩm nặng đi qua cảm biến nặng thì cảm biến nặng sáng và giá trị
sản phẩm nặng thì xi-lanh nặng đẩy sản phẩm nặng vào thùng của sản
phẩm nặng, đồng thời đếm sảm phẩm.
 Sau khi sản phẩm được đưa vào thùng thì hệ thống hoạt động lặp lại để cân
và phân loại những sản phẩm khác:

10


Hình 1.2. Hệ thống cân và phân loại sản phẩm.
Do giới hạn đề tài là mơ phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những
thiết bị phần điện tự động là chính, mơ hình mơ phỏng sẽ có một số điểm khác so với

hệ thống thực để thuận tiện cho việc mô phỏng. Cụ thể là dây chuyền mô phỏng sẽ có
các khâu chính là.


Sản phẩm được đưa vào cân.

 Cân sản phẩm.
 Phân loại sản phẩm theo cân nặng.
 Đếm số lượng sản phẩm ở vị trí thùng.
 Ứng dụng:
Hệ thống cân và phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong các dây
chuyền sản xuất như giấy, sắt, thép, đồng,.. 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 và hiệu
quả nhất định trong quá trình sản xuất.
1.2 Nhưng thiết bị điện sự dụng trong hệ thống.
1.2.1 Tìm hiểu cân băng tải định lượng(loadcell): Cấu tạo - nguyên lý
1.2.1.1 Cân băng tải định lượng(loadcell): là gì?

Hình 1.3 Cân định lượng
Cân băng tải định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử. Nó có
thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên
hệ thống băng truyền cấp liệu.
11


1.2.1.2 Cấu tạo của cân băng định lượng
Cân định lượng gồm có những thành phần cấu tạo chính sau đây:

Hình 1.4 Cấu trúc của băng tải định lượng
 Hệ thống khung cơ khí

- Khung cơ khí phần giá đỡ tồn bộ hệ thống
- Phễu chứa và cấp liệu.
- Hệ thống con lăn băng tải.
- Băng tải vân chuyển nguyên liệu
- Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác
 Hệ thống cảm biến, điều khiển
- Thiết

bị cảm biến lực (loadcell cân băng định lượng)

- Thiết

bị cảm biến tốc độ

- Bộ

chỉ thị điều khiển

- Biến

tần

- Động

cơ truyền động

 Hệ thống điều khiển tự động hóa
- Hệ

thống tủ điện điều khiển trung tâm

- Phần

mềm điều khiển cân băng định lượng

Tương ứng với mỗi hệ thống cân băng định lượng sẽ có thơng số kỹ thuật riêng
của nó để phù hợp cho loại nguyên liệu, sản phẩm và dây truyền của doanh nghiệp.
1.2.1.3 Nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng
Về cơ bản, quá trình hoạt động của cân băng sẽ qua các giai đoạn sau:
- Cấp

liệu vào phiễu chứa

- Cấp

liệu lên băng tải
12


- Xác

định khối lượng/Xác định tốc độ chạy

- Phân
- Xác

định được khối lượng chuẩn

- Điều
- Hệ

tích thơng số thơ
khiển định mức chuẩn

thống hoạt động vịng lặp.

 Bộ phận cơ khí: (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và con lăn nhỏ)
Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa và cấp liệu. Tại đây, liệu được đổ vào
phễu chứa và bắt đầu quy trình của cân băng. Liệu qua cửa cấp liệu (Vít tải hoặc
cửa xả) chảy xuống băng tải..
 Bộ phận cảm biến: (Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ)
Được gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện những trọng lực tác dụng
trực tiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ phận điều khiển. Encoder cảm
biến tốc độ sẽ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được
thông số tốc độ của băng tải. Kết hợp 2 thơng số này lại sẽ có được thơng số khối
lượng trên giờ để điều chỉnh được chính xác nhất.
 Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng,
phần mềm cân băng)
Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảm biến lực, qua đầu
cân điểu khiển xủa lý thơng tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điều khiển trên máy
tính. Từ đây những thơng số thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủ điện.
1.2.2 Cảm biến quang 
1.2.2.1 Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang (tên tiếng anh là Photoelectric Sensor) là tổ hợp của các linh
kiện quang điện. Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái,
cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện
của vật thể. Khi có sự thay đổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang
sẽ cho ra tín hiệu ở ngõ OUT.

13

Hình 1.5 Các loại cảm biến quang
1.2.2.2 Cấu tạo của cảm biến quang

 Bộ phận thu sáng:

Hình 1.6 Cấu tạo của cảm biến quang

Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên
dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận
quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể
nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng
phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
 Bộ phận phát sáng:
Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh
sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến
phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng
mặt trời hoặc ánh sáng trong phịng). xanh lá. Ngồi ra thì trong một số trường hợp
chúng ta cũng có thể thấy loại LED vàng.
14


 Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu
ON/OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được
xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.
1.2.2.3 Các loại cảm biến quang thơng dụng:
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến quang khác nhau, tuy nhiên
thì theo mình thấy chỉ có 3 loại là dễ dàng bắt gặp nhất. Cụ thể đó là:

 Cảm biến quang khuếch tán (diffuse reflection sensor):
- Đặc điểm của cảm biến:
Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát
chung. Thường được dùng để phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động.
Giám sát các thiết bị đã được lắp đúng vị trí hay chưa. Đặc điểm nổi bật là bị ảnh
hưởng bởi bề mặt, màu sắc, khoảng cách tối đa 2m.
- Nguyên lý hoạt động như sau:
Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
+ Trạng thái báo phát hiện vật cản: Cảm biến phát ánh liên tục từ bộ phát đến bề
mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng
+ Trạng thái khơng vật cản: Khi khơng có vật cản đi vào, ánh sáng khơng phản
xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.

Hình 1.7 Cảm biến quang khuếch tán
 Cảm biến quang thu phát chung (through – beam sensor):
- Đặc điểm của cảm biến:
Loại cảm biến quang thu phát độc lập là cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt
động được cần một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối diện với nhau.
15


Đặc điểm của dịng cảm biến này là khơng bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc, khoảng
cách phát hiện đến 60m.
- Nguyên lý hoạt động như sau:
Loại cảm biến này cũng hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
+ Trạng thái khơng có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng.
Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau
+ Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu ánh
sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn).

Hình 1.8 Cảm biến quang thu phát chung
 Cảm biến quang phản xạ gương (retro – reflection sensor):
- Đặc điểm của cảm biến:
Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương là cảm biến có bộ phát ánh sáng và thu ánh
sáng trên cùng một thiết bị. Gương phản xạ là một lăng kính đặc biệt được trang bị
kèm với cảm biến quang.
- Nguyên lý hoạt động:
Khi cảm biến hoạt động bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường
hợp: + Khi khơng có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.
+ Khi có vật cản đi qua: thì sẽ làm thay đổi tần số của ánh sáng phản xạ hoặc bị
mất ánh sáng thu. Lúc này cảm biến sẽ xuất tín hiệu điện PNP,NPN,…

16


Hình 1.9 Cảm biến quang phản xạ gương
1.2.2.4 Ứng dụng của cảm biến quang
Khi nói về ứng dụng của cảm biến quang thì sẽ có rất nhiều nơi và lý do để
chúng ta sử dụng tới loại thiết bị này. Chúng ta có thể sử dụng cảm biến quang trong
một số ứng dụng như sau:
 Phát hiện người và vật đi qua cửa
 Phát hiện xe trong bãi giữ xe
 Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
 Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm…
 Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai… băng tải
 Xác định được mức độ cao của mực cà phê, chất lỏng.. trong lon, hộp…
 Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao
 Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa
 Đảm bảo kiểm sốt an tồn khi mở và đóng cửa nhà xe
 Bật vịi nước rửa bằng sóng của bàn tay,…

 Và cịn rất nhiều ứng dụng khác nữa, …
1.2.2.5 Các thơng số của cảm biến quang
Khơng thường thì với một cảm biến quang chúng ta sẽ có các thơng số cấu tạo cần
lưu ý như sau:
 Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
 Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz,
24-240VDC ±10%(Ripple P-P:Max. 10%)
17


 Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo
tiếp điểm: 1c
 Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ
gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
 Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)
 Vật phát hiện chuẩn: vật mờ đục Ø15 mm (thu-phát), vật mờ đục Ø60 mm
(phản xạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)
 Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại (850nm),
LED đỏ (660 nm)
 Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
 Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng (chỉ thị
hoạt động)
 Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
 Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh
1.2.2.6 Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến:
Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn trên thị trường hiện nay sẽ thường có 2 khả
năng chỉnh độ nhạy:
 Điều chỉnh ngưỡng: 
 Để có ngưỡng thích hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể.
 Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: cơng tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng

đầu ra cảm biến.
1.2.2.7 Ưu nhược điểm của cảm biến quang:
 Ưu điểm:
-

Phát hiện vật thể từ khoảng cách xa lên tới 100m mà khơng cần tiếp xúc với vật
thể đó

-

Ít bị hao mịn, tuổi thọ và độ chính xác cao, tính ổn định khá cao

-

Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau

-

Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.

 Nhược điểm:
18


-

Cảm biến sẽ hoạt động không tốt nếu như bề mặt của nó bị bẩn, nhất là sử dụng
tong các mơi trường có nhiều bụi

-

Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc nhiều về yếu tố màu sắc và hệ số phản xạ
của vật đó.

1.2.2.8 Các hãng sản xuất cảm biến quang:


Cảm biến quang Sick – Đức



Cảm biến quang IFM – Đức



Cảm biến quang Omron – Nhật Bản



Cảm biến quang Panasonic – Nhật Bản



Cảm biến quang Keyence – Nhật Bản



Cảm biến quang Yamatake – Nhật Bản



Cảm biến quang Sunx – Nhật Bản



Cảm biến quang Autonics – Hàn



Cảm biến quang Schneider – Pháp

1.2.3. Động cơ không đồng bộ 3 pha.
Khái niệm: Động cơ xoay chiều ba pha có tốc độ quay của roto (n) nhỏ hơn tốc
độ quay (n1) của từ trường dòng điện cấp cho động cơ được gọi là động cơ không
đồng bộ ba pha. Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm
nổi bật của loại động cơ này là cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ roto lồng sóc, so
với động cơ điện một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy,
chắc chắn.
Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các
q trình khó khăn. Xét về cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ ra hai loại
động cơ dây quấn và động cơ roto lồng sóc

19


1.2.3.1. Cấu tạo động cơ khơng đồng bộ ba pha



Hình 1.10 Cấu tạo động cơ không đồng bộ

Phần tĩnh: Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn.

- Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang.
- Lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn
hao: lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại.
- Dây quấn:

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi
sắt.


Phần quay (roto):
Roto có 2 loại chính: roto kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc.

- Roto kiểu dây quấn:

Roto có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của roto
thường đấu hình sao cịn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt
cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngồi.
Đặc điểm là có thể thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào
mạch điện roto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số
công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto được nối ngắn mạch.
20