THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC SỬ DỤNG CARD DSPACE1104

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú
LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập tại giảng đường trường Đại học giao thông vận tải, dưới sự dậy
bảo tận tình của quý Thầy, Cô và sự giúp đỡ của các bạn trong khoa Điện - Điện tử, đặc biệt là các
Thầy, Cô trong bộ môn Điều khiển học đã chỉ dạy cho em, giúp em tích lũy được nhiều kiến thức quý
giá để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học và xa hơn nữa là ứng dụng những kiến thức đó
phục vụ cho công việc sau này.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo ThS. Trần Ngọc Tú người đã trực tiếp chỉ bảo,
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Mặc dù rất cố gắng nhưng với khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều
nên em không thế tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến bổ sung
của các thầy cô giáo đế đồ án này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chúc thầy cô và cùng toàn thể các bạn trong lớp nhiều sức khỏe và thành
công trong mọi công việc.
Em xin chân thành cảm ơn !

Nguyễn Lê Huy

1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

MỤC LỤC

Nguyễn Lê Huy

2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Nguyễn Lê Huy

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Nguyễn Lê Huy

4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

LỜI MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, chất lượng sản xuất và chất
lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. Để đạt được rất nhiều những thành tựu
khoa học tiến bộ như hiện nay chúng ta không thể bỏ qua tầm quan trọng của kỹ thuật tự động hóa
và điều khiển. Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả
trong đời sống con người ngày càng được phố biến. Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy có sự cần
thiết của tự động hoá. Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng của đời sống xã hội, của nền kinh tế
quốc dân, của khoa học kỹ thuật, của nền công nghiệp v.v Bất cứ ở vị trí nào, bất cứ một công việc gì
mỗi người trong chúng ta đều tiếp cận với điều khiển. Nó là khâu quan trọng cuối cùng quyết định sự
thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta. Hiện nay khi nhắc tới điều khiển con người dường như
hình dung đến sự chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao
hơn. Ngày nay động cơ điện một chiều được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của khoa học &
đời sống như: Trong các dây chuyền sản xuất, ô tô điện, tàu thủy, máy bay . Bài toán thiết kế và điều
khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và quen thuộc trong ngành điều khiển tự động. Có thể
thiết kế điều khiển cho đối tượng động cơ điện một chiều theo nhiều phương pháp như :dùng PLC &
biến tần, điện tử công suất, vi điều khiển Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm khác nhau nhưng
đều cùng chung mục đích là điều khiển tốc độ của động cơ.Trên cơ sở muốn tìm hiểu về các phương
pháp điều khiển động cơ điện một chiều, em xin chọn đề tài : Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm
theo kích thước sử dụng Card dSPACE
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện
nay. Với việc dùng sức người, đối với các công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, thì các
công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những khâu phân loại
dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực
tiếp tới 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 là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Khi
sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân dùng các thiết bị đo kiểm để xác định sản phẩm thuộc
loại nào. Sau đó xếp sản phẩm vào trong hộp, đếm đủ số lượng rồi dùng băng keo dán lên miệng hộp.
Việc này phụ thuộc rất nhiều vào trình độ công nhân. Hơn nữa, công nhân làm việc lâu không tránh
khỏi những sai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều. Còn đối với hoạt động phân loại tự

động thì Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng chuyền. Bên cạnh băng
chuyền có đặt các công tắc hành trình, phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm mà chúng có tác động
vào công tắc hành trình hay không, khi sản phẩm tác động vào công tắc hành trình chúng sẽ được đẩy
vào hộp nằm trên các băng chuyền khác. Các sản phẩm còn lại sẽ được băng chuyền tiếp tục mang đi

Nguyễn Lê Huy

5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

đến các thùng hàng ,thông qua hệ thống đếm tự động cho đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống
sẽ tự động dừng trong một khoàng thời gian để đóng gói sản phẩm. Hệ thống hoạt động tuần tự cho
đến khi có lệnh dừng. Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng. Qua
những đợt thực tập tại các xưởng công nghiệp, xí nghiệp, nhà máy… em đã được trực tiếp chứng kiến
rất nhiều dây chuyền phân loại sản phẩm rất hiện đại, từ đó em đã xây dựng một mô hình băng
chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng Card dSPACE1104.

2. Tính cấp thiết của đề tài
Sự kết hợp giữa ngành Điện - Điện tử và ngành Cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự
phát triển của tự động hóa trong công 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 không những đạt tiều chuẩn về chất lượng,
mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng… Cho nên từ đó các
khu công nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với
nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất, cũng như để hạ giá thành sản
xuất của sản phẩm. Chính vì vậy mỗi dây chuyền phân loại sản phẩm được thiết kế cần có sự chính
xác, nhanh gọn và đạt hiệu quả cao trong khâu phân loại. Em hy vọng đề tài có thể phát triển và ứng

dụng rộng rãi ở trong các nhà máy, xí nghiệp…

3. Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu về Card dSPACE1104 và các phần mềm lập trình đi kèm, cách thức giao tiếp Card
dSPACE với phần cứng.
-Xây dựng chương trình điều khiển tốc độ động cơ kéo băng tải trên phần mềm Matlab
Simulink.
-Xây dựng chương trình phân loại sản phẩm theo chiều cao trên phần mềm Matlab Simulink.
-Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm trên phần mềm
Control Desk.
-Thiết kế và thi công phần cứng mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao, chạy thử chương
trình và nghiệm thu kết quả.

Nguyễn Lê Huy

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú
Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
TRONG CÔNG NGHIỆP
1.1. Các hệ thống phân loại sản phẩm phổ biến hiện nay
Hiện nay có rất nhiều nhà máy, xí nghiệp sản xuất sử dụng các hệ thống phân loại sản phẩm.
Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô
lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc
biệt đối với điều kiện của Việt Nam. Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần

mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các
doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc. Bên cạnh các băng
chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân
loại sản phẩm. Trên thực tế có rất nhiều phương pháp phân loại sản phẩm và có khi sử dụng đan xen
nhiều phương pháp lại với nhau để đạt được kết quả tốt nhất. Còn rất nhiều dạng phân loại sản
phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Phân loại sản phẩm theo kích thước, Phân loại sản
phẩm theo màu sắc, Phân loại sản phẩm theo khối lượng, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân
loại sản phẩm theo hình ảnh v.v... Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nhau nên có nhiều thuật
toán, nhiều hướng giải quyết khác nhau cho từng loại sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể
đan xen, hỗ trợ lẫn nhau. Ví dụ như muốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về
nước uống (như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều
dài, khối lượng, phân loại gạch granite theo hình ảnh v.v...Sau đây em xin trình bày một số phương
pháp phân loại sản phẩm mà em biết.
- Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: Các sản phẩm di chuyển trên băng
chuyền ngang qua cảm biến quang thứ 1 nhưng chưa kích cảm biến thứ 2 thì được phân loại vật thấp
nhất, khi sản phẩm qua 2 cảm biến đồng thời thì được phân loại vật cao nhất.

Nguyễn Lê Huy

7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

Hình 1.1: Dây chuyên phân loại và đóng gói gạch men của hãng
SYSTEM(Italya)

- Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc: Sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được

đặt trên băng chuyền, khi sản phấm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc
màu nào sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó đựợc phân loại đúng. Phát hiện màu sắc
bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá cây hoặc
xanh trời) được phản xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng. Bằng cách sử
dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC phát ra màu đỏ,
xanh lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang học đon. E3MC sẽ thu ánh sáng phản chiếu của các
đối tượng thông qua các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng
để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận.

Hình 1.2: Máy phân loại gạo của hãng S.PRECISION

Hình 1.3: Màu gạo được phân loại bằng máy phân loại gạo
Nguyễn Lê Huy

8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

Hình 1.4: Dây chuyền phân loại cà chua
Phân loại sản phẩm dùng webcam: Sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm khi chạy qua và đưa
ảnh về so sánh với ảnh gốc. Nếu giống thì cho sản phẩm đi qua, còn nếu không thì loại sản phẩm đó.

Hình 1.5: Dây chuyền phân loại gạch men của hãng DEKE
Nhận thấy thực tiễn đó, trong đồ án này, em đã xây dựng một một mô hình rất nhỏ nhưng có
chức năng gần tương tự với ngoài thực tế. Đó là: tạo ra một băng chuyền vận chuyển sản phẩm, phân
loại sản phẩm theo chiều cao đã được đặt trước. Tùy vào khối lượng tải trên băng chuyền mà tốc độ
băng chuyền sẽ thay đổi để có thể kéo băng tải một cách hợp lý nhất.

1.2. Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống
 Các chuyển động chính:
- Chuyển động của băng chuyền chính để mang sản phẩm đi phân loại.
- Chuyển động tịnh tiến của piston nhằm đẩy sản phẩm vào hộp trên băng chuyền phân loại.

 Các yêu cầu khi thiết kế:
Theo em nghĩ, khi xây dựng phương án bố trí cho các hệ thống tự động cần phải đảm bảo các
điều kiện như sau:

Nguyễn Lê Huy

9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

- Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và phải đáng tin cậy.
- Công nhân làm việc được thoải mái, không phải chịu áp lực lao động.
- Phải đảm bảo được tính an toàn và tính kinh tế.

1.2.1. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
Phương án 1:
Sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm, một công tắc hành trình được đặt ở phía trên băng
tải để xác định các sản phẩm có chiều cao vượt quá cho phép. Một xilanh để đẩy phế phẩm ra khỏi
băng tải. Một cảm biến đế đếm sản phẩm. Sử dụng van tiết lưu 5/2 vị trí để điều khiển xilanh bắn
mạnh hay nhẹ(tùy vào khối lượng của vật để có thể bắn nó vào hộp đựng sản phẩm)
Ưu điểm : Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử dụng ít pistong,

ít băng tải nên giá thành chế tạo thấp, ít dùng cảm biến nên dễ dàng cho việc điều khiển.
Nhược điểm : Chỉ phân loại các sản phẩm có chiều cao khác nhau, chưa có tính linh hoạt trong
khâu phân loại và đóng gói.
Phương án 2:
Xây dựng mô hình phân loại sản phẩm theo 3 mức chiều cao là cao, trung bình và thấp. Sử
dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm, Sử dụng 3 cảm biến để phát hiện 3 mức chiều cao của sản
phẩm là cao, trung bình và thấp. Cảm biến đầu tiên để ở mức cao nhất, cảm biến thứ 2 để ở mức
trung bình và cảm biến thứ 3 để ở mức thấp nhất. Khi sản phẩm cần phân loại đi qua sẽ được cảm
biến tương ứng với mức chiều cao của nó phát hiện. Sử dụng 3 xi lanh để đẩy các sản phẩm sau khi
đã phân loại vào các hộp chứa sản phẩm tương ứng. Sau khi cảm biến phát hiện vật thì xi lanh lập tức
đẩy sản phẩm vào hộp chứa sản phẩm tương ứng với chiều cao của nó. Sử dụng van tiết lưu 5/2 để
điều khiển xilanh.
Ưu điểm: Phân loại sản phẩm đa dạng hơn, có thể cùng một lúc phân loại nhiều kích thước của
sản phẩm.
Nhược điểm: Sử dụng nhiều xilanh và băng tải hơn nên tốn kém trong việc chế tạo, sử dụng
nhiều cảm biến nên khó khăng trong việc điều khiển. Tốn nhiều thời gian hơn do đó năng suất sẽ
giảm.
Dựa trên các phân tích trên em lựa chọn phương án 2 để thiết kế và chế tạo mô hình.

1.3. Kết luận chương 1
Kết thúc chương 1 của đồ án em xin tổng hợp lại những nội dung kiến thức đã được trình bày :
- Một số phương pháp phân loại sản phẩm hiện nay

Nguyễn Lê Huy

10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

- Hình ảnh một số dây chuyền phân loại sản phẩm ngoài thực tế
- Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống
- Lựa chọn được phương án thiết kế phù hợp

Nguyễn Lê Huy

11


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú
Chương 2

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG CHO HỆ
THỐNG
2.1. Các thiết bị chấp hành
a. Pitton-xi lanh khí nén.
Để đưa vật ra khỏi băng truyền ta có thể sử dụng rất nhiều cơ cấu như: tay gạt, tay đẩy, tay máy
gắp, tay máy hút chân không,...Trong những cơ cấu trên, cơ cấu pitton-xi lanh đẩy vật là cơ cấu đơn
giản và hiệu quả. Xi lanh khí có ưu điểm là đáp ứng nhanh, hành trình pitton dài. Lực, tốc độ điều
chỉnh dễ dàng.
Trong hệ thống của em sử dụng xi lanh khí nén tác động kép có cần piston một phía và không
có giảm chấn. Đây là loại xi lanh được cấp khí theo cả hai chiều tiến và lùi, vì vậy ta có thể chủ động
điều khiển trong cả quá trình tiến và lùi.
Sơ đồ tiêu chuẩn hóa van xi lanh tác động kép:

Hình 2.1: Nguyên lý cấu tạo

Công thức tính lực đẩy piston:

F=P1×S1 -P2×S2

Hình 2.2: Piston

Nguyễn Lê Huy

12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

Hình 2.3: Piston được sử dụng trong mô hình
b. Van khí nén
Với hệ thống piston-xi lanh khí để điều khiển pitton tiến-lùi bằng tín hiệu điện ta cần có một
van đảo chiều. Trong đề tài em sử dụng loại van đảo chiều 5/2 điện từ điều khiển gián tiếp qua van
phụ trợ, đây là loại van rất thích hợp cho điều khiển đảo chiều xi lanh kép.
Van đảo chiều 5/2 có 5 cổng với 2 trạng thái điều khiển bằng điện.

Hình 2.4: Ký hiệu trong bản vẽ

Hình 2.5: Sơ đồ đấu nối van đảo chiều với xi-lanh khí
Khi không cấp điện cho cuộn hút của van đảo chiều. Dòng khí nén sẽ vào cửa trước của xi-lanh
đẩy cần piston ra sau.
Khi cấp nguồn cho cuộn hút trạng thái của van sẽ thay đổi, lúc này luồng khí nén đi vào cửa sau
của xi lanh, khí nén trong buồng xi lanh ở trạng thái trước sẽ qua cửa xả thoát ra ngoài, cần piston
được đẩy về phía trước

Nguyễn Lê Huy

13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

Hình 2.6: Van khí nén dùng trong mô hình
2.2. Động cơ điện 1 chiều
Để kéo băng tải chúng ta cần phải có động cơ kéo. Với một mô hình nhỏ và đơn giản em đã
chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập để kéo băng tải.
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong hệ điều chỉnh tự
động truyền động điện, nó được sử dụng rộng trong hệ thống đòi hỏi có độ chính xác cao vùng điều
chỉnh rộng và qui luật điều chỉnh phức tạp.

2.2.1. Khái niệm
a. Khái niệm
Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay,làm việc theo
nguyên lý điện từ,khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì
trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động.Động cơ
điện biến đổi điện năng thành cơ năng.

Hình 2.7: Động cơ điện 1 chiều

Nguyễn Lê Huy

14

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

b. Cấu tạo
Gồm hai phần:
- Phần đứng yên (gọi là phần tĩnh)
- Phần chuyển động (gọi là phần quay)

2.2.2. Cấu tạo động cơ điện 1 chiều
a. Phần tĩnh hay stator
- Cực từ chính:
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ.
Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán
chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các
bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc
cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ
được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.
- Cực từ phụ:
Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ
phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây
quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
- Gông từ
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ
và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong
động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
- Các bộ phận khác bao gồm :
+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho

người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong
trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
+ Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi
than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá
chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng
chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.

Nguyễn Lê Huy

15


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

b, Phần quay hay Rôto
- Lõi sắt phần ứng:
Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở
hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh
để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia
thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm
việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt
phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng
giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
- Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn
phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw
thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật.
Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở

miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
- Cổ góp:
Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có
được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn.
Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện
bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.

Hình 2.8: Cấu tạo động cơ điện một chiều

Nguyễn Lê Huy

16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

2.2.3. Nguyên lý làm việc
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng.
- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ
- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phần ứng.
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn
có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay. Chiều của lực được xác định
bằng qui tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E u, chiều của suất điện động
được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều suất điện động E u ngược chiều dòng điện Iu
nên Eu được gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp:

U=E u +R u Iu +Iu

di
dt

2.2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay của động
cơ:

= f(M) hoặc n = f(M)
Trong đó:
- tốc độ góc(rad/s)
n – tốc độ quay (v/ph)
M – momen(Nm)

Nguyễn Lê Huy

17


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

Hình 2.9a: Đặc tính cơ tự nhiên

Hình 2.9b: Đặc tính cơ nhân tạo

2.2.5. Phân loại

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại
theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại:
Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
- Đông cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.

a, Kích thích độc lập
Khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai
nguồn một chiều độc lập nhau nên:
I = Iu

b, Kích thích song song
Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp ko đổi, mạch kích từ được mắc song
song với mạch phần ứng nên:
I = Iu + It

Nguyễn Lê Huy

18


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

c, Kích thích nối tiếp
Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số
vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có:

I = Iu =It

d, Kích thích hỗn hợp
Ta có:
I = Iu + It
Với mỗi loại động cơ trên là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển và ứng
dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện
một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.

2.3. Các thiết bị cảm biến
Để xác định vị trí và độ dịch chuyển của vật ta có 2 phương pháp:
+ Tín hiệu trả về từ cảm biến là hàm phụ thuộc vị trí của một phần tử của cảm biến, đồng thời
phần tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển.
+ Ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến sẽ phát ra một xung. Việc xác định vị trí và độ dịch
chuyển của vật được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra.
Nguyên lý đo: Có một số cảm biến không đòi hỏi có liên quan cơ học giữa cảm biến với vật cần
đo vị trí, độ dịch chuyển. Mà mối liên hệ giữa cảm biến và vật dịch chuyển được thực hiện thông qua
vai trò trung gian của điện trường, từ trường hoặc điện từ trường, ánh sáng…

2.3.1. Một số loại cảm biến thông dụng:
a. Cảm biến điện trở
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Cảm biến gồm một điện trở cố định, trên đó có một tiếp xúc
điện có thể di chuyển gọi là con chạy. Con chạy được liên kết cơ học với vật chuyển động cần khảo sát

Nguyễn Lê Huy

19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú
Hình 2.10: Cảm biến điện trở

Cảm biến điện trở chuyển động thẳng

Rx =

l
L

Rn

Cảm biến điện trở chuyển động tròn hoặc xoắn:

Rα =

α
Rn
αn

α M <360o
α M >360o

(tròn)

(xoắn)

Hình 2.11a: Chuyển động tròn

Hình 2.11b: Chuyển động xoắn

b. Cảm biến điện dung
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Cảm biến điện dung thực chất là một tụ điện gồm 2 điện cực,
giữa chúng chứa chất điện môi.

Nguyễn Lê Huy

20


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

Hình 2.12: Cảm biến điện dung
Giả sử cảm biến là một tụ phẳng có tiết diện bản cực S, khoảng cách giữa 2 bản cực

chất điện môi

ε

, điện dung của tụ điện là : C =

δ

và chứa

εS
δ

Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên sự thay đổi của các thông số S,

δ ε
,

làm C thay

đổi. Cảm biến thực hiện ở dạng đơn hoặc dạng kép (vi sai).
Cảm biến điện dung được chia thành 2 nhóm lớn:
- Cảm biến máy phát: đại lượng ra là điện áp U, loại này dùng đo các đại lượng cơ.
- Thông số: có đầu vào là độ dịch chuyển của bản cực, tín hiệu ra là điện dung C.

δ ε

Khi một trong ba thông số S, ,

thay đổi điện dung của tụ điện C sẽ thay đổi. Với sự thay đổi

nhỏ ta có các phương trình:

Sε0
ε +S
Δε+ 0 ΔS- 0 0 Δδ
δ0
(δ 0 +Δδ)
ΔC= δ0

C0 =

∆C ∆ε ∆S
1
∆δ
=
+
−
C0
ε 0 S0 (1 + ∆δ ) 2 δ 0
δ0
=>

ε 0S0
δ0

Độ nhạy của cảm biến điện dung là tuyến tính khi điện môi

khoảng cách giữa 2 bản cực

δ

và S thay đổi và phi tuyến khi

thay đổi. Mạch đo thường là các mạch cầu không cân bằng cung cấp

bẳng nguồn áp xoay chiều với tần số lớn (MHz)

Nguyễn Lê Huy

ε

21


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

c. Cảm biến điện cảm
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Cảm
biến điện cảm là một cuôn dây bằng đồng có đường kính từ 0.02mm 0.1mm được quấn trên lõi

thép có khe hở không khí ( mạch từ hở)
Dưới tác động của đại lượng đo phần ứng dịch chuyển làm cho khe hở không khí khó thay đổi
kéo theo từ trở của mạch từ thay đổi và điện cảm L cũng thay đổi.

d. Cảm biến loại transistor quang
- Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Hình 2.13: Cấu tạo cảm biến transitor quang
Ba lớp n-p-n tạo nên 2 tiếp giáp p-n. Một trong nhưng lớp ngoài có kich thước nhỏ để quang
thông có thể chiếu vào giữa lớp nền. Lớp nền này đủ mỏng để đưa lớp hấp thụ lượng tử quang đến
gần lớp tiếp xúc p-n.

Hình 2.14a: Mạch tương đương

Hình 2.14b: Ký hiệu

Transistor quang chỉ có thể làm việc ở chế độ biến đổi quang điện ( có điện áp ngoài đặt vào).
Trị số điện áp này khoảng 3V đến 5V.
Theo hình vẽ, mối nối BC được phân cực ngược làm việc như một diode quang. Khi quang

thông chiều vào nó tạo ra dòng điện dùng để làm tác động transistor, dẫn đến dòng I c tăng lên nhiều

Nguyễn Lê Huy

22


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

lần so với dòng diode quang.
Dòng Ic được tính như sau:
Ic= (Ip +Ib) ( hfe + 1)
Trong đó
hfe: độ lợi DC
Ip: dòng quang điện khi có ánh sáng chiếu vào mối nối BC
Ib: dòng cực B khi có phân cực ngoài
Khi cực B được phân cực bên ngoài. Độ lợi bị thay đổi theo trở kháng vào của transistor được
tính :
Zin = Rin + hfe
Dòng rò I ceo = hfe + Icbo
Icbo : dòng rò cực BC
Độ lợi càng cao đáp ứng càng nhanh.

e. Cảm biến quang
- Cấu tạo và ứng dụng: Cảm biến quang là tổ hợp của các linh kiện quang điện. 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. Cảm biến quang có những ứng dụng hết sức mạnh mẽ và

linh hoạt trong ngành công nghiệp nói riêng và điện tử nói chung.
- Phân loại : Cảm biến quang gồm có 3 loại
+ Cảm biến quang thu phát riêng
+ Cảm biến quang phản xạ qua gương
+ Cảm biến quang thu phát chung
- Nguyên lý hoạt động của từng loại cảm biến quang :
+ Cảm biến quang thu phát chung: Cảm biến quang thu phát chung được cấu tạo gồm một led
hồng ngọai thu và một led hồng ngọai phát.Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xạ

Nguyễn Lê Huy

23


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

lại ánh sáng tác động vào led thu. Lúc này led thu sẽ tác động vào Transistor để out tín hiệu.
+ Cảm biến quang thu phát riêng: Cảm biến quang thu phát riêng, Lọai này led hồng ngọai phát
và led hồng ngọai thu được đặt riêng biệt ở hai phía đối xứng,khi có vật thể đi qua giữa hai led làm
gián đọan ánh sáng, led phát không nhận được ánh sáng sẽ tác động out tín hiệu.
+ Cảm biến quang phản xạ qua gương: Cảm biến quang thu phát qua gương,led phát sẽ phát
tia hồng ngọai vào gương phản xạ, ở trạng thái không có vật thể đi vào vùng tia thì ánh sáng sẽ được
gương phản xạ về led thu, khi có vật thể đi vào vùng phát tia sẽ làm gián đọan tia sáng về led thu, lúc
này led thu không còn nhận được ánh sáng nữa sẽ kích họat transistor out tín hiệu.
- Ưu điểm của từng loại cảm biến quang:
Cảm biến quang nhìn chung luôn có nhiều ưu điểm hơn so với các loại cảm biến khác( cảm biến
từ, cảm biến điện dung ….)
Cảm biến quang không tiếp xúc trực tiếp với vật cần phát hiện cho nên tuổi thọ, độ bền sẽ cao

hơn.
Khoảng cách phát hiện của Cảm biến quang khá xa, việc này cũng giúp ít không nhỏ cho việc
thiết kế cũng như lắp đặt.
Một ưu thế không thể bỏ qua của cảm biến quang đó là phát hiện hầu hết các loại vật thể, vật
chất.
+ Cảm biến quang thu phát chung: Cảm biến quang loại thu phát chung dễ dàng trong việc
thiết kế và lắp đặt vì chỉ cần một vị trí. Do có một thiết bị nên việc đấu dây cho hệ thống cũng dễ dàng
hơn. Cảm biến quang thu phát chung dùng để kiểm tra sản phẩm có ngã đổ hoặc có đủ bộ phận chưa
( ví dụ: chai có ngã trên băng truyền hay không, đã có nắp chai hay chưa) trong phạm vi hẹp.
Ngoài ra, cảm biến quang thu phát chung còn được sừ dụng phổ biến trong việc xác định vị trí vật thể
trong các băng chuyền tự động…
+ Cảm biến quang thu phát riêng: Có khoảng cách phát hiện xa nhất trong các loại cảm biến
quang. Loại này có thể hoạt động trong những môi trường khắc nghiệt (như bụi, ẩm, độ nhiễu cao,
….). Cảm biến quang thu phát riêng phát hiện chính xác vị trí vật thể, độ tin cậy cao. Cảm biến quang
thu phát riêng thích hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác cao, môi trường làm việc khắc nghiệt và
khoảng cách xa. Cảm biến này thường được sử dụng để phát hiện xe trong các bãi giữ xe, rửa xe. Cảm
biến quang thu phát riêng còn được ứng dụng làm sensor an toàn cho các máy kéo sợi, máy dệt ….
+ Cảm biến quang phản xạ qua gương: Cảm biến loại này lắp đặt dễ dàng, có khả năng điều

Nguyễn Lê Huy

24


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Ngọc Tú

chỉnh, định vị đơn giản hơn so với các loại cảm biến quang khác. Cảm biến quang phản xạ qua gương
luôn là lựa chọn thích hợp và tối ưu cho khách hàng. Đây là loại cảm biến quang có công dụng lớn và

độ tin cậy cao. Cảm biến này thường được dùng để phát hiện người và vật đi qua cửa ( giới hạn ở
khoảng cách 5m nếu muốn xa hơn có thể dùng loại thu phát riêng), xác định vị trí vật thể trên các
băng tải, đếm sản phẩm…

Hình 2.15: Cảm biến quang thực tế
Qua phân tích và so sánh các loại cảm biến, em nhận thấy để phát hiện được vị trí của vật thì
tùy từng hệ thống, từng vật thể mà ta chọn những loại cảm biến khác nhau. Ví dụ như với ô tô, tay
máy ta có thể sử dụng công tắc hành trình, với các vật thể như piston, sắt thép ta có thể sử dụng cảm
biến điện dung, với những vật thể dễ vỡ, mềm, dễ hỏng như gốm sứ, giấy, thức ăn ta có thể sử dụng
cảm biến quang… Trong hệ thống này em sẽ sử dụng con cảm biến quang E3F10C4 để phát hiện vật di
chuyển qua băng chuyền. Cảm biến này có dải điện áp từ 6V-36V. Cảm biến này có 3 chân ra, chân
xanh là chân âm ký hiệu BU, chân nâu là chân dương ký hiệu BN, chân đen là chân tín hiệu ký hiệu BK
để tiện cho việc kết nối với các thiết bị phần cứng khác. Cảm biến này rất thuận tiện trong việc đấu
nối, cố định vị trí và giá thành lại khá hợp lý nên phù hợp với mô hình đồ án của em.

Hình 2.16: Cảm biến quang E3F10C4 sử dụng trong mô hình
2.4. Băng chuyền phân loại sản phẩm
2.4.1. Giới thiệu chung
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

Nguyễn Lê Huy

25