Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Mục lục

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 1


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Lời giới thiệu
Hiện nay với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng,cùng với
quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa dất nước với sự ra đời hàng loạt những sản
phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát triển. Đặc biệt trong những
năm gàn đây kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiều công nghệ điều khiển
mới được ra đời để thay thế cho những công nghệ đã lỗi thời. Để bắt kịp với tiến bộ
khoa học kỹ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng nhu cầu trong nước đảm bảo quá
trình sản xuất một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại
tiện lời về kinh tế. Các công ty xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình
PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyển sản xuất tự động PLC giảm sức
lao động của của công nhân mà sản phẩm lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho
đời sống xã hội. Qua bài tập đồ án môn học này em xin giới thiệu về lập trình và ứng
dụng của nó vào sản xuất phân loại sản phẩm, cũng như các phần tính toán thiết kế cụ
thể hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
Sau đây em xin trình bay chi tiết về đề tài: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo
chiều cao” qua việc sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC S7-300 do Ts.Lê Giang
Nam hướng dẫn .
Đề tài gồm những nội dung sau:
Chương1:Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước
Chương 2: Khảo sát hệ thống đã có

Chương 3: Động học di chuyển vật thể
Chương 4: Xây dựng mô hình, mô tả lại hệ thống và trạng thái của hệ thống
phân loại sản phẩm
Chương 5: Tổng quan về bộ điều khiển PLC S7-300, lập trình PLC cho hệ thống
phân loại sản phẩm
Phụ lục: Các bản vẽ (mô hình , vật thể), logic, hệ thống giải thuật, chương trình
PLC
Trong quá trình thực hiện đồ án này nhóm em còn nhiều khó khăn như: tài liệu
tham khảo về vấn đề này rất ít và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề như phần cơ
GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 2


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng với khả năng, thời gian cũng như cũng
nghiệm của nhóm em có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong sự góp
ý của các thầy cô giáo cho bài thiết kế của chúng em trở nên hoàn thiện hơn.

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 3


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Chương 1 Tổng quan về hệ thống tự động phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại sản phẩm
Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà

trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cùng cấp thong tin .v.v..
Do đó cần phản nắm bắt và vận dụng một cách hiệu quả nhằm phát triển nền
khoa học kỹ thuật và kỹ thuật điều khiển tự động
- Một trong những ứng dụng của điều khiển tự động hóa là
ứng dụng vào
trong các khâu tự động trong dây chuyển sản xuất tự động hóa có số lượng sản
phẩm sản xuất ra lớn được băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp
phân loại sản phẩm một cách tự động.
- Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong
thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có
tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.
Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt
thường khó long có thể nhận ra.
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 là một
sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu này.
- Hệ thống tự động phân loại sản phẩm là quá trình tự động hóa sản xuất, vì vậy
nó mang những đặc điểm của tự động hóa sản xuất
±
Tự động hóa quá trình sản xuất là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền
sản xuất cơ khí, nghĩa là tự động hóa sử dụng năng lượng phi sinh vật để thực
hiện và điều khiển toàn bộ hoặc một phần của quá trình sản xuất. Tóm lại: tự
động hóa là sự ứng dụng hệ thống cơ khí, điện, điện tử, myas tính,… để thực
hiện và điều khiển quá trình mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người.
±
Nhiệm vụ của con người là kiểm tra hoạt động của máy móc, khắc phục
các hỏng hóc sai lệch, lập trình và điều chỉnh máy để phù hợp với các sản phẩm
khác nhau. Người công nhân không tham gia vào quá trình gia công chi tiết
hoặc lắp ráp, do đó có thời gian để phục vụ nhiều myas. Xuất hiện công nhân

trình độ cao: thợ điều chỉnh.
±
Để tự động hóa quá trình sản xuất cần phải có và ứng dụng các cơ cấu
hoặc thiết bị tự động phù hợp với từng yêu cầu và mức độ tự động hóa khác
nhau
II.
Cấu tạo chung của hệ thống phân loại sản phẩm
1. Hệ thống vận chuyển sản phẩm
1.1.
Các loại băng chuyền
1.1.1. Giới thiệu chung
I.
-

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 4


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Băng chuyền thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo
phương ngang, phương nghiêng. Trong cá dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được
sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các
ưởng để vận chuyển phôi, linh kiện…
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các hàng hóa bưu kiện, vật liệu hạt hoặc
một số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm,
hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa
các công đoạn, phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng
được.

1.1.2. Băng chuyền con lăn
Hệ thống gồm nhiều con lăn được xếp liên tiếp và có khả năng quay tròn quanh 1 trục
cố định (quay tự do hoặc không tự do)
Hàng được đặt trên nhiều con lăn và khi con lăn quay tròn hàng sẽ được di chuyển
1.1.2.1.

Băng chuyền con lăn tự do

Con lăn có khả năng quay tự do, quá trình di chuyển của hàng trên băng chuyền
là nhờ lực đẩy lên hàng hóa, con lăn chỉ có vai trò đường dẫn định hướng di
chuyển cho hàng hóa.
Ưu điểm:
Tải trọng lớn
Cấu tạo đơn giản
Nhược điểm:
Nguồn lực dịch chuyển hàng hóa không chủ động
Khả năng hãm của băng chuyền là không có
1.1.2.2.

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Băng tải con lăn truyền động xích

Page 5


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Các con lăn được nối liến với nhau bằng xích, nên khả năng quay của các con lăn là
như nhau.

Nguồn động lực để con lăn chuyển động được cấp từ bên ngoài thông qua các xích
Ưu điểm:
Chủ động nguồn lưc để quay của con lăn
Có khả năng tự hãm của băng truyền
Nhược điểm:
Không tận dụng được khả năng dịch chuyển nhờ quán tính
1.1.3.

Băng tải xích

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 6


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Ưu điểm:
Khả năng tải trọng lớn
Chủ động trong nguồn lực để di chuyển hàng
Nhược điểm:
Không tận dụng được khả năng di chuyển tự do của hàng
Cấu tạo phức tạp
Mất công bảo dưỡng
1.1.4.

Băng chuyền gàu

Ưu điểm:
Dùng để chuyển hàng từ thấp lên cao tránh trơn trượt

Khả năng tải trọng lớn
Nhược điểm
Cấu tạo phức tạp
1.1.5.

Băng tải đai

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 7


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Cấu tạo gồm:
2 (hoặc nhiều) trục có vai trò truyền động cho băng tải và tạo lực căng cho băng tải
được nối với nguồn động lực từ bên ngoài tới trục quay để kéo băng tải chạy
Đai băng truyền : là nới để hàng hóa lên,

Ưu điểm của băng tải
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo hướng nằm
ngang nằm nghiêng hoặc ngang nghiêng kết hợp.
Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, đảm bảo
dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận
chuyển khác không lớn lắm
a. Cấu tạo chung của băng tải

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 8

Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

1.
2.
3.
4.

Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
Trạm dẫn động, truyền huyển động cho bộ phận kéo.
Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
Hệ thống đỡ(con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố
làm việc
1.1.6. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay:
Loại băng tải
Tải trọng Phạm vi ứng dụng
Bẳng tải dây đai <50kg
Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công
hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ
lắp ráp
Băng tải lá
25 – 125 Vận chuyển chi tết trên vệ tinh trong gia công
kg
chuẩn bị phôi và trong lắp ráp
Băng tải thanh 50 – 250 Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận
đẩy
kg
trên khoảng cách >50m
Băng tải con lăn 30 – 500 Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các

kg
nguyên công với khoảng cách <50M
-

-

-

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi
vận chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ
chính xác cao, giá thành khá đắt.
Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụng, năng suất băng tải tải loại
này có thể đạt 1.5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0.2m/s. Chiều dài của
băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo:
± Băng tải 1 buồng xoắn: băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn
phoi vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm
± Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhua, 1 có chiều
xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các
buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển đọng.

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 9


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
-

Có 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới mạng bằng thép hoặc bằng

xi măng
1.2.
Các loại hình vận chuyển khác
1.2.1. Hệ thống cần gạt phân loại sản phẩm

1.2.2.

Ưu điểm:
Cấu tạo hệ thống đơn giản
Chuyển động động học không phức tạp
Hướng chuyển động được xác định cụ thể
Nhược điểm:
Phù hợp với vận chuyển ở khoảng không gian nhỏ
Để vận chuyển xa gây tốn kém và cấu tạo phức tạp
Hệ thống rung động

Cấu tạo chung: Qúa trình vận chuyển sản phẩm là rung động của hệ
thống tạo ra quán tính để sản phẩm dịch chuyển
Ưu điểm:
• Vận chuyển nhiều sản phẩm cùng một lúc
Nhước điểm:

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 10


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

Chỉ vận chuyển các sản phẩm có kích thước nhỏ (thường là

viên thuốc)
• Gây ảnh hưởng đến sản phẩm do bị rung động
• Cấu tạo phức tạp
1.2.3. Hệ thống xi lanh đẩy
Nguồn lực để dịch chuyển sản phẩm là từ lực đẩy của xilanh tác
dụng lên sản phẩm tạo ra chuyển động cho sản phẩm
Ưu điểm:
• Lực tác dụng lớn di chuyển sản phẩm nặng
• Qúa trình diễn ra ổn định
Nhược điểm:
• Qúa trình vận chuyển không lien tục
• Chỉ thực hiện trong khoảng không gian nhỏ trong phạm vi di
chuyển của xilanh
• Cấu tạo hệ thống phức tạp
2. Hệ thống động cơ
Động cơ là nguồn động lực của tất cả quá trình lao động sản xuất, là nguồn sinh
công chủ yếu do đó là thành phần không thể thiếu trong mọi hệ thống sản xuất.
Các loại động cơ hiện nay: động cơ nhiệt, động cơ điện, động cơ sức gió,…
2.1.
Động cơ nhiệt
Là loaitj thiết bị thực hiện việc chuyển hóa năng lượng (do quá trình đốt cháy
năng lượng ở dạng hóa năng( sang cơ năng để đẫn động máy công tác
Sơ đồ nguyên lý động cơ nhiệt:
Hóa năng - Nhiệt Năng  Cơ năng
Dựa vào đặc điểm biến đổi năng lượng từ dạng hóa năng sang nhiệt năng mà
người ta quyết định động cơ đốt trong hay đốt ngoài.
Động cơ đốt ngoài: Động cơ này nhiên liệu được đốt cháy bên ngoài động cơ.
Dùng hơi nước làm môi chất công tác, nhiên liệu được đốt để làm nóng nước
bốc hơi làm chuyển động các tua bin hay đẩy piston. Động cơ đốt ngoài gồm
có: máy hơi nước, tuabin hơi nước….

Đông cơ đốt trong: Loại động cơ này nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt
của động cơ tức là hóa năng chuyển thành nhiệt năng ngay trong buồng đốt.
Môi chất là gồm khí đã cháy có nhiệt độ và áp suất cao, có khả năng giản nở và
sinh công
2.2.
Động cơ điện
Động cơ điện là máy điện chuyển đổi năng lượng từ điện năng sang cơ
năng
Nguyên tắc hoạt động:
Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần
chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm
vĩnh cửu. Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện,
•

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 11


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

-

-

xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và
stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen.
Phần lớn các động cơ điện họat động theo nguyên lý điện từ, nhưng loại
động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp
cũng được sử dụng. Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào

là có một lực lực cơ học trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm
trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và
vuông góc với cuộn dây và cả với từ trường.
Phân loại:
• Động cơ không đồng bộ
• Động cơ đồng bộ
• Động cơ điện một chiều
• Động cơ điện một pha, bap h a
• Động cơ bước
• Động cơ servo
Động cơ hay dùng là động cơ điện một chiều
2.3.
Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng 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 momen mở máy lớn hoặc yêu cầu
điều chỉnh tốc độ điều chỉnh bằng phẳng và trong phạm vi rộng.
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong

-

những điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, v́ vậy máy được
dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc

-

độ nh cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ, thành các động cơ kích

thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp.
Cần chú ư rằng ở động cơ kích thích độc lập Iư= I; ở động cơ kích thích song

-

song và hỗn hợp I = Iư + It; ở động cơ điện kích thích nối tiếp I = Iư = It.
Trên thực tế, đặc tính cơ của động cơ kích thích độc lập và kích thích song
song hầu như giống nhau nhưng khi cần công suất lớn ngừơi ta thường dùng
động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh ḍng điện kích thích được thuận
lợi và kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này đ ̣i hỏi phải có thêm nguồn điện phụ
bên ngoài. Ngoài ra, khác với trường hợp máy phát kích thích nối tiếp, động cơ
điện nối tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 12


Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

2.3.1. Cấu tạo của động cơ điện một 1 chiều
Kết cấu chủ yếu của động cơ điện một chiều như hình vẽ 1.1 và có thể chia
làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay.
Các thành phần :
Bearing : Vòng bi
Commutator: Cổ góp
Armature core: Cuộn dây phần ứng
Shaft: Trục quay
Magnet: Nam châm

GVHD: TS. Lê Giang Nam

Page 13


Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt ngang và dọc của động cơ điện 1 chiều

a) Phần Tĩnh (stato)

Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh gồm có các bộ phận sau:
Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lơi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lơi
sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1 mm Đp lại và tán
chặt. Trong máy 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 và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên
các cực từ này và được nối nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ: được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ
có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ
những bulông.

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 14


Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa
thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép dúc. Có khi trong
máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: Nắp máy để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào

làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Cơ cấu chổi than để đưa dòng
điện từ phần quay ra ngoài.
b) Phần Quay (Roto)
Gồm có những bộ phận sau :
Lơi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim
silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi Đp chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy
gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng răng để sau khi Đp lại thì đặt dây quấn vào. Trong những máy
cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi Đp lại thành lõi sắt có thể tạo được
những lỗ thông gió dọc trục.

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo Roto
Trong những máy điện hơi lớn thì lõi sắt thường được chia làm từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có
để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây
quấn và lõi sắt. Trong máy điện nhỏ lơi sắt phần ứng được Đp trực tiếp vào trục. Trong máy 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: là phần 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 (công suất dưới vài kilôoat )

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 15


thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ
nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với răng của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rănh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai
chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakilit.
Cổ góp: dùng để đổi chiều ddng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ góp gồm nhiều

phiến đồng có duôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0.4 đến 1.2 mm và hợp thành một
hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V Đp chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng
cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao hơn một Ưt để hàn các đầu dây của các phần tử dây
quấn vào các phiến góp dược dễ dàng.
Các bộ phận khác như: Cánh quạt để quạt gió làm nguội máy. Trục máy để đặt lơi sắt phần ứng,
cổ góp, cánh quạt và ổ bi.

Phân loại động cơ điện một chiều:
Tùy theo các 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 dòng điện kích từ và từ thông động cơ không phụ
thuộc vào dòng điện phần ứng. Sơ đồ nối dây của nó như hình vẽ trên với nguồn điện mạch
kích từ Ukt riêng biệt so với nguồn điện mạch phần ứng

Uq.

-Động cơ điện một chiều kích từ song song: Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng
lớn, điện trở trong của nguồn coi như bằng 0 thì điện áp nguồn sẽ là không đổi, không phụ
thuộc vòa dòng điện trong phần ứng động cơ. Loại động cơ điện kích từ song song cũng coi
như kích từ độc lập.
-Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng.
-Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: gồm 2 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.

2.3.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 16

Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực Fdt tác dụng
làm cho rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái.

2.3.3 Phân loại động cơ điện 1 chiều:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: có dòng điện kích từ và từ thông động cơ
không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song: Khi nguồn điện 1 chiều có công suất vô
cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như =0 thì điện áp nguồn sẽ khồng đổi không
phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng của động cơ.
- Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng
- Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp: gồm 2 dây quaanskichs từ, dây quấn kích từ song
song và kích từ nối tiếp, trong đó kích từ song song là chủ yếu.
2.3.4 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ
mắc vào hai nguồn điện độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc
lập.
Theo sơ đồ trên có thể viết phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng như sau:
Uư =Eư+(Rư + Rf)Iư

(1-1).

Trong đó: Uư- điện áp phần ứng, V.
Eư- sức điện động phần ứng, V
Rư- điện trở của mạch phần ứng, Ω
GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 17

Rf- điện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω
Iư- dòng điện mạch phần ứng, A
Với Rư = rư + rcf + rb + rct
rư - điện trở cuộn dây phần ứng
rcf - điện trở cuộn cực từ phụ
rb - điện trở cuộn bù
rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

Φω = KΦω

Eư =

(1-2).

Trong đó: p – số đôi cực từ chính
N – sè thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ - từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb
ω - tốc độ góc, rad/s

K=

là hệ số cấu tạo của động cơ

Từ (1-1) và (1-2) ta có:

ω=

-

Iư

(1-3).

Biểu thức (1-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ
Mặt khác Mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:
Mđ=KΦIư

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

(1-4).

Page 18


Suy ra: Iư =
Thay giá trị Iư vào (1-3) ta được:

ω=

-

Mđt

(1-5).

Nếu bá qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta kí

hiệu là M. nghĩa là Mđt = Mcơ = M.

ω=

-

M

(1-6).

đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phản ứng được bù đủ, từ thông Φ = const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (1-3) và
phương trình đặc tính cơ (1-6) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên là những đường
thẳng hàng.

3. Hệ thống cảm biển
3.1.

3.2.

Khái niệm chung
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi cá đại lượng vật lý và
các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có
thể đo và xử lý được.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ,
áp suất…) tác động lên cảm biển cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất
điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông
tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm
của đại lượng cần đo (m):
S=F(m)

Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m)
là đại lượng đầu vào hay kích thích
Phân loại cảm biến
Theo nguyên lý của cảm biến:
• Cảm biến điện trở
• Cảm biến điện từ
• Cảm biến tĩnh điện
• Cảm biến hóa điện
• Cảm biến nhiệt điện
• Cảm biến điện tử và ion
Theo tính chất nguồn điện:

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 19


Cảm biến phát điện
Cảm biến thông số
Theo phương páp đo
• Cảm biến biến đổi trực tiếp
• Cảm biến bù
3.3.
Các thông số đặc trưng của cảm biến
3.3.1. Độ nhạy của cảm biến:
•
•

Độ nhạy của cảm biến ở giá trị m=mo là tỷ số giữa biến thiên ở ngõ ra cửa cảm biến ∆x và

biến thiên ở ngõ vào ∆m trong lân cận của m0. Gọi s là độ nhạy của cảm biến:

3.3.2. Sai số
• Sai số hệ thống
- Là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi hoặc thay đổi chậm theo

•

-

thời gian. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống:
Do nguyên lý của cảm biến
Do đặc tính của bộ phận cảm biến.
Do chế độ và điều kiện sử dụng cảm biến.
Do xử lý kết quả đo.
Sai số ngẫu nhiên:
Là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều không xác định. Nguyên nhân gây ra sai số

-

ngẫu nhiên:
Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị.
Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên.
Do ảnh hưởng bởi các thông số môi trường như: Từ trường, nhiệt độ, độ ẩm, độ

-

rung...

Một số tiêu chí đánh giá cảm biến

3.4.

3.4.1. Phạm vi cảm nhận hoặc khoảng cách cảm nhận
Là giới hạn cảm nhận của cảm biến đối với đại lượng vật lý cần đo
VD:
• Cảm biến nhiệt có tín hiệu ra bằng điện tỉ lệ với nhiệt độ cần đo. Do đó trong khoảng
giới hạn nhiệt trên và dưới, mối quan hệ này còn được coi là tuyến tính. Vùng tuyến
•

tính được gọi là phạm vi cảm nhận.
Đối với cảm biến tiệm cận là khoảng giới hạn trên và dưới mà cảm biến có thể phát

hiện ra đối tượng, làm cho đầu ra chuyển tín hiệu một cách chắc chắn.
3.4.2. Sai số
• Sai số do mắt trễ
• Sai số về độ phân giải
• Sai số do tuyến tính hóa

4. Hệ thống nguồn động lực

Các loại nguồn động lưc để đẩy phôi: Khí nén, thủy lực…
a) Xylanh hoạt động một chiều:

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 20

b) Xylanh hoạt động hai chiều:

Thành phần cấu tạo của Xylanh gồm có : cần Piston, phết chắn dầu, Piston, vòng đệm,
phết chắn bụi.

5. Hệ thống điều khiển

Sử dụng các hình thức điều khiển cứng hoặc điều khiển mềm
Điều khiển cứng: Hệ thống rơle
Điều khiển mềm: PLC
6. Hệ thống nguồn năng lượng

Dùng nguồn năng lượng điện
7. Hệ thống nút bấm điều khiển
8. Phân loại hệ thống tự động phân loại sản phẩm
1.

Các hình thức phân loại

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 21


-

-

-

Để phân loại hệ thống tự động hóa sản xuất nói chung và hệ thống phân loại
sản phẩm nói riêng tư dựa vào các tiêu chuẩn khác nhau như: hình thức, cấp
độ, và mức độ tự động, phương pháp điều khiển tự động, cách thức nhận
biết sản phẩm….
Dự vào hình thức:
Hệ thống tự động một phần hoặc toàn phần
± Tự động một phần: là tự động quá trình công nghệ hoặc hệ thống, trong
đó một phần năng lượng của con người được thay thế bằng năng lượng
phi sinh vật trừ việc điều khiển khi tự động hóa.
± Tự động hóa toàn phần là tự động quá trình, trong đó toàn bộ năng lượng
của con người được thay thế bằng năng lượng phi sinh vật kể quá quá
trình điều khiển tự động hóa.
Dựa vào cấp độ:
Qúa trình tự động diễn ra trong 1 công đoạn hay trong nhiều công đoạn, trong
một phân xưởng hay trong nhiều công xưởng hay toàn bộ nhà máy…
Dựa vào mức độ tự động hóa:
Mức độ tự động được chia làm 7 mức: thấp, nhỏ, vừa, lớn, nang cao, vao và
toàn bộ
Hệ số tự động tính theo công thức sau
K==
Trong đó:
TM – thời gian thực hiện bằng máy
TT – Thời gian thực hiện bằng tay
Tch - Thời gian chiếc
Số mức
0
1
2
3

4
5
6
7

Tên gọi
Không
Thấp
Nhỏ
Trung
Lớn
Nâng cao
Cao
Toàn bộ

Giá trị K
0
0.01…0.25
0.26…0.45
0.46…0.60
0.61…0.75
0.76…0.90
0.91…0.98
0.99…1

Dựa vào cách thức nhận biết sản phẩm:
Căn cứ vào các yếu tố như: như kích thước, màu sắc, chiều cao, khối lượng,
chiều dài, hình ảnh …
± Phân loại sản phẩm theo kích thước ( to – nhỏ ) sử dụng cảm biển quang dựa
vào mức độ cản trở cảm biển do vật thẻ to nhỏ, cao thấp …

-

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 22


±

±

Phân loại sản phẩm theo mầu sắc: sử dụng cảm biển màu sắc. Cám biển máu
sắc phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố và tỷ lệ phản chiều của
các màu khác nhau.
Phân loại sản phẩm sử dụng webcam: sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm
khi chạy qua và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc. Nếu giống thì sản phẩm đi
qua, còn nếu không thì loại sản phẩm đó.

-

Ngoài ra còn một số cách phân loại dựa vào bộ phân điều khiển quá trình tự
động như: điều khiển bằng rơle, điều khiển bằng bộ vi xử lý, điều khển bằng
PLC, điều khiển có sử dụng máy tính .v.v…

2.

Các băng chuyền phân loại sản phẩm

9. Lợi ích của hệ thống tự động phân loại sản phẩm

Tự động phân loại là phương tiện quan trong để tang hiệu quả của sản xuất vì
nó đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định, tang năng suất lao động,g iarm giá
thành sản phẩm. Ba yếu tố trên cúng chính là ba yếu tố đặc trưng cho các lợi
ích của hệ thống tự động phân loại và giải quyết một phần nào các yêu cầu của
quá trình sản xuất.
• Đảm bảo chất lượng sản phẩm
Chất lượng sản phẩm là phạm trù rộng bao hàm nhiều yếu tố đặc trưng cho tính
chất của sản phẩm. Tự động hóa đảm bảo những tính chất một các ổn định có tính
tinh cậy cao về chất lượng: chiều cao kích thước …. Các thông số yêu cầu của bài
toán được xác định rõ rang
• Đảm bảo năng suất lao động
Hệ thống tự động đảm bảo quá trình sản xuất phân loại đúng theo như thời gian
sản xuất đã dự tính… và quá trình sẽ diễn ra suôn sẻ đảm bảo hiệu suất của toàn bộ
quá trình
• Hạ giá thành sản phẩm:
Nhờ việc đảm bảo chất lượng thời gian năng suất, giảm bớt sự phụ thuộc yếu tố
công nhân…v.v.. mà giá thành sản phẩm được hạ tang khả năng cạnh tranh .
•

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 23


Chương 2: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÃ CÓ
GIỚI THIỆU BĂNG TẢI DUNG TRONG MÔ HÌNH
Về mục tiêu của hệ thống:
Phân loại sản phẩm dựa vào phân loại hình dạng kích thước chiều cao của phôi

•

Hệ thống phân loại phôi theo chiều cao tại C10

•

•

Cấu tạo hệ thống
• Hệ thống vận chuyển sử dụng băng tải để vận chuyển phôi :
o Tải trọng băng tải không quá lớn
o Kết cấu cơ khí không quá phức tạp
o Dễ dàng thiết kế chế tạo
o Có hể dễ dàng hiểu chỉnh băng tải
Động cơ điện chạy băng tải
Động cơ điện một chiều
Hệ thống phân loại phôi theo chiều cao dựa vào hệ thống cảm biển
Sử dụng cảm biển quang để xác định chiều cao kích thước của phôi để từ
đó đưa ra phản hồi phù hợp

•

•

Hệ thống điều khiển
Sử dụng rơle hoặc PLC

GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 24


Hệ thống nguồn động lực
Sử dụng khí nén để đẩy phôi vào vị trí phù hợp
Hệ thống băng tải
Vì hệ thống dùng để phân loại các chi tiết <50kg để vận chuyển phân loại
giữa các nguyên công đơn chiếc nên chọn loại băng tải dây đai
Dùng hệ thống băng tải để vận chuyển phôi phù hợp với kích thước và trọng
lượng của phôi, cấu tạo đơn giản, điều chỉnh và dễ dàng nâng cấp, dễ bảo
dưỡng, hiệu năng tốt
•

1.

2.

Hệ thống động cơ
Sử dụng loại động cơ điện một chiều
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản
Dễ lắp đặt
Gía thành rẻ
Phù hợp với yêu cầu .

3.Hệ thống cảm biến
Cảm biến dùng trong hệ thống là cảm biến quang điện
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang. Nguồn
quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy
theo bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitro quang. Ta đặt bộ
thu phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật

xuất hiện.

4.Hệ thống nguồn động lực
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực mà ở đó có
sử nguy hiểm hay xảy ra các vụ nổ như các thiết bị phun sơn. Ngoài ra hệ thống
điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong dây chuyển rửa tự động, trong các
thiết bị vận chuyển và kiểm tra các thiết bị lò hơi, thiết bị gói trong công nghiệp.
Ưu điểm: Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí có thể truyenf tải
năng lượng xa bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên
đường dẫn thấp, khí nén không gây ô nhiễm môi trường, hệ thống phòng ngừa
GVHD: TS. Lê Giang Nam
SVTH: Đặng Đức Trung – Lớp: NUT08

Page 25