Thiết kế mô hình hệ thống phân phối gạo

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càng
đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình.
Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội,
nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp. Ngày nay, trình độ tự động hoá của một
quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì lẽ đó mà việc phát
triển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết.
Bởi vậy ngành tự động hoá đã được đào tạo kỹ lưỡng ở các trường Đại học, Cao
đẳng trên cả nước. Sinh viên được đào tạo về các dây chuyền sản xuất tự động các cơ
cấu chấp hành cũng như các thiết bị điều khiển. Việc tạo ra các sản phẩm tự động hoá
không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được
phổ biến.
Để cũng cố và bổ sung thêm những kiến thức đã học và để áp dụng những kiến
thức đó vào thực tế chúng em đã được nhận và thực hiện đồ án môn học với đề tài
“Thiết kế mô hình hệ thống phân phối gạo”.
Việc hoàn thành đề tài của chúng em sẽ không tránh được những sai lầm thiếu
sót. Em rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra được
kinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Trương Vỹ đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.

Đà Nẵng , tháng 5 năm 2016

Sinh viên thực hiện
Trần Viết Tình
Trương Huy Giáp

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG
1. Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất tự động
Ngày nay, việc tự động hoá trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng
cao năng xuất lao động. Hệ thống sản xuất tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong các phân xưởng, nhà máy. Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử, cùng với
việc ra đời của các linh kiện điện tử, chúng đã được áp dụng trong hệ thống cơ khí và
từ đó các loại máy móc tự động ra đời.
Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những thập
kỷ đầu của thế kỷ 20 chế tạo các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các
đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối.
Cũng trong thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một môn khoa
học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống
có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá các quá
trình sản xuất vào công nghiệp.
Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành
rộng rãi tự động hoá trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của nền
kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và
hàng khối thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các ngành
khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của
thế kỷ 20 đã có sự thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện hàng loạt các công nghệ mũi nhọn
như kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình

(Visual Manufacturing), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệ
Nanô đã cho phép thực hiện tự động hoá toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối
mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã
liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện hàng
loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển
số, các trung tâm gia công,các hệ thống điều khiển bằng lôgic PLC, các hệ thống sản
xuất linh hoạt FMS…

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

2. Nhu cầu tự động hóa trong sản xuất tự động
Hiện nay công việc phân loại sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên không
thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc phân loại sản phẩm theo kích
thước là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay để
nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm,
người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự
động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất.
Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã
cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm
chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa
học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế
giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng

mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá
trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá
thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng .

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

PHẦN II : PHÂN TÍCH CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Lựa chọn phương án truyền động
1 Cơ cấu sinh lực
a . Cơ cấu sinh lực bằng khí nén
Khí nén được sử dụng khá rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Khí nén là
không khí sạch được máy nén khí nén đến áp suất 6-7atm để khi đi qua các ống
dẫn đến đồ gá có áp suất làm việc 3-4 atm.
Ưu Điểm:
- Tính đồng nhất năng lượng giữa phần điều khiển và chấp hành nên bảo
dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện
- Không yêu cầu cao đặc tính kĩ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8Bar
- Khả năng quá tải của động cơ khí
- Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kĩ thuật
- Tuổi thọ lớn
- Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức
năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong điều kiện dễ nổ, và đảm bảo
môi trường làm việc sạch vệ sinh

- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ
và tổn thất áp suất trên đường dẫn thấp
- Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ,
hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc
rất cao
Nhược Điểm:
- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử
SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo
chương trình có sẵn. khả năng điều khiển phức tạp kém
- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp cồng kềnh
- Lực truyền tải trọng thấp
- Dòng khí nén thoát ra ở đưỡng dẫn gây tiếng ồn
- Không điều khiển được quá trình trung gian giữa 2 ngưỡng .

b . Cơ cấu sinh lực bằng thủy lực
Trong trường hợp cần lực lớn, cơ cấu sinh lực bằng khí nén sẽ rất cồng kềnh, không
hợp lí. Do đó có thể dùng cơ cấu sinh lực bằng dầu ép.
Ưu ĐIểm:
- Truyền động được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn
giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi ít về chăm sóc bảo dưỡng.
- Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và không cấp nhờ các thiết bị điều

khiển kỹ thuật số hóa, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hoặc chương
trình đã cho sẵn
- Kết cấu nhỏ gọn, kết nối giữa các thiết bị với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ
cho các mối nối ống dẫn
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của
cơ cấu chấp hành
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu
nên có thể sử dụng vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ
khí hay điện
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp
- Tự động hóa giản đơn dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn
Nhược Điểm:
- Mất mát trong đường dẫn ống và rò rỉ bên trong các phần tử làm giảm hiệu
suất và phạm vi ứng dụng
- Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nến được của
dầu và tính đàn hồi của các ống dẫn dầu yokoham
- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển
- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi quá

trình làm việc
- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay
đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi .

Kết luận
Ta chọn cơ cấu sinh lực bằng xylanh khí nén để tạo ra lực đẩy phôi lên băng tải
(khối cấp phôi) và lực đẩy phôi khỏi băng tải vào máng dẫn phôi (khối phân loại sản
phẩm). Ta chọn cơ cấu xi lanh vì nó có ưu điểm là:
- Giá thành rẻ.
- Sử dụng đơn giản với sinh viên.
- Dễ tìm mua trên thị trường.

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Do sử dụng xylanh khí nén nên ta dùng thanh trượt bi để hổ trợ dẫn hướng cho
xylanh hoạt động ổn định hơn trong khối máy dập. Nó có các ưu điểm sau:
- Giá thành rẻ .
- Hoạt động đơn giản, ổn định .
- Phổ biến trên thị trường .
2 Lựa chọn bộ phận nâng chuyển sản phẩm
a . Băng tải
Băng tải chủ yếu gồm dây đai, con lăn, thiết bị truyền dẫn… Đai truyền được làm từ
nylon, vải bông hoặc vải bạt. Năng lực vận chuyển cao, tiếng ồn nhỏ. Cấu trúc đơn giản,

lắp đặt thuận tiện ,duy tu bảo dưỡng tiện lợi, tiêu thụ điện năng thấp.
b . Xích tải
Xích tải là máy vận chuyển liên tục mà bộ phận kéo người ta dùng bộ truyền xích.
Các bộ phận mang vật liệu được gắn trên bộ truyền xích. Tuỳ theo bộ phận mang vật liệu
mà xích tải có 1 số dạng sau :
- Xích tải kiểu băng tải : tấm mang liệu được gắn trên mắt xích theo kiểu lợp ngói
- Xích tải kiểu treo :bộ phận mang liệu được gắn trên các con lăn di chuyển trên
ray
- Xích tải kiểu tấm cào: vậy liệu được vận chuyển nhờ các tấm cào gắn trên dây
xích.
- Xích tải kiểu gầu: bộ phận mang liệu có dạng gầu
Đặc điểm : xích tải vân chuyển được vật liệu lên các độ cao nhất định, góc vận
chuyên lớn hơn băng tải bởi vì cơ cấu mang vật đặc biệt hơn. Nhưng cơ cấu của xích tải
phức tạp hơn nhiều so với băng tải,cần lực kéo lớn hơn, phương pháp chế tạo phức tạp và
tốn kém hơn .
3 Các chi tiết máy truyền động
a . Bộ truyền bánh răng
Bộ truyền bánh răng thực hiện truyền chuyển động giữa hai trục với tỉ số truyền
xác định nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng . Bộ truyền bánh răng có thể
truyền chuyển động giữa các trục song song , cắt nhau , chéo nhau hay biến đổi
chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến .

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Ưu điểm :
- Kích thước nhỏ khả năng tải lớn .
- Tỉ số truyền không đổi do không có hiện tượng trượt trơn .
- Hiệu suất cao ( 0,97- 0,99 ) .
- Làm việc với vận tốc lớn , công suất cao .
- Tuổi thọ cao .
Nhược điểm :
- Chế tạo phức tạp .
- Đòi hỏi độ chính xác cao .
- Ồn khi vận tốc lớn .
- Khi sử dụng cần phải bảo quản tốt , bôi trơn đầy đủ .
Phạm vi sử dụng :
- Bộ truyền bánh răng được dùng nhiều nhất so với các bộ truyền khác. Nó được
dùng trong tất cả các loại máy, trong mọi nghành kinh tế.
- Bộ truyền bánh răng có thể truyền tải trọng từ rất nhỏ đến rất lớn. Tải trọng cực
đại có thể đạt đến 300 kW.
- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc từ rất nhỏ,đến rất lớn. Vận tốc lớn nhất có
thể đến 200 m/s.
- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 7. Tỷ số truyền tối đa cho một bộ truyền
thông dụng không nên quá 12.
b . Bộ truyền đai
Bộ truyền đai hoạt động theo nguyên lí ma sát : công suất từ bánh chủ động
truyền cho bánh bị động nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai và bánh đai .
Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt xác định theo công thức :
Fms = f.N
Như vậy , để có lực ma sát thì cần phải có áp lực pháp tuyến . Trong bộ truyền
đai, để tạo lực pháp tuyến thì phải tạo lực căng đai ban đầu , kí hiệu là F0 .
Ưu điểm :
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (< 15m ) .

- Làm việc êm , không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động
với vận tốc lớn .

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng
thay đổi tác động lên cơ cấu .
- Nhờ vào sự trơn trượt của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ .
- Kết cấu và vận hành đơn giản .
Nhược điểm :
- Bộ truyền đai có trượt, nếu tỷ số truyền và số vòng quay không ổn định.
- Bộ truyền có khả năng tải không cao. Kích thước của bộ truyền lớn hơn các
bộ truyền khác khi làm việc với tải trọng như nhau.
- Tuổi thọ của bộ truyền tương đối thấp, đặc biệt khi làm việc với vận tốc cao.
- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, có thể gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng.
Phạm vi sử dụng bộ truyền đai
- Bộ truyền đai được dùng nhiều trong các máy đơn giản. Khi cần truyền
chuyển động giữa các trục xa nhau. Kết hợp dùng làm cơ cấu an toàn để bảo vệ đông
cơ.
- Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình. Tải trọng
cực đại có thể đến 50 kW.
- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình. Vận tốc thường
dùng không nên quá 20 m/s, vân tốc lớn nhất có thể dùng là 30 m/s.

- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 3 cho đại dẹt, từ 2 đến 6 cho đai thang.
Tỷ số truyền tối đa cho một bộ truyền đai dẹt không nên quá 5, cho bộ truyền đai
thang không nên quá 10.
- Hiệu suất trung bình trong khoảng 0.92 đến 0.97.
Nhaù
nh daã
n

n1, T2

n1, T1
O1

O2
1

Nhaù
nh bòdaã
n

2

3

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Hình 1: Kết cấu bộ truyền đai

c . Bộ truyền xích
Bộ truyền xích thực hiện truyền động từ bánh răng chủ động sang bánh răng bị
động nhờ vào sự ăn khớp giữa răng trên đĩa xích và các mắc xích .
Ưu điểm :
- Không có hiện tượng trượt như bộ truyền đai , có thể làm việc khi có quá tải đột
ngột , hiệu suất cao .
- Không đòi hỏi phải căng xích , nên lực tác dụng lên ổ và trục nhỏ hơn .
- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu cùng công suất .
- Góc ôm không có ý nghĩa như bộ truyền đai nên có thể truyền cho nhiều bánh
xích bị dẫn .
Nhược điểm :
- Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động , ồn .
- Có tỉ số truyền tức thời thay đổi,vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay
đổi .
- Phải bôi trơn thường xuyên và phải có bánh điều chỉnh xích .
- Mau bị mòn trong môi trường có nhiều bụi hoặc bôi trơn không tốt .
Phạm vi sử dụng bộ truyền xích :
- Bộ truyền xích được dùng nhiều trong các máy nông nghiệp, máy vận chuyển
trong tay máy.
- Khi cần truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau hoặc truyền chuyển động từ
một trục đến nhiều trục.
- Bộ truyền xích thường truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình. Tải trọng cực
đại có thể đến 100 kW.
- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình. Vận tốc thường
dùng không nên quá 6 m/s. Vận tốc lớn nhất có thể dùng 25 m/s. tỷ số truyền nhỏ hơn
3.

- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 7. Tỷ số truyền tối đa không nên quá 15.
- Hiệu suất trung bình khoảng 0.96 đến 0.98.
Kết cấu bộ truyền xích

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Hình 2: Kết cấu bộ truyền xích

Ngoài ra còn sử dụng các bộ truyền khác như :
-

Bộ truyền trục vít

-

Bộ truyền bánh ma sát

-

Bộ truyền vít me – đai ốc .
Kết luận
Mỗi bộ truyền đều có ưu và nhược điểm của nó. Nhưng dựa trên kết cấu của mô hình
đã làm ta chọn bộ truyền đai. Với bộ truyền đai thì rất dễ chế tạo, giá thành rẽ, tính

toán dễ dàng…Trong khối băng tải ta sử dụng bộ truyền đai để truyền động từ động cơ
đến trục tang, ngoài những lí do đã phân tích ở trên còn có một số nguyên nhân sau:
- Phổ biến trên thị trường.
- Giá thành rẻ.
- Lắp đặt đơn giản.
4 Lựa chọn động cơ
Trong mô hình , vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu tải trọng
lớn nên không cần động cơ có công suất lớn . Với yêu cầu khá đơn giản của băng tải
như là :
- Băng tải chạy liên tục , có thể dừng khi cần .
- Không đòi hỏi độ chính xác , tải trọng băng tải nhẹ .
- Dễ điều khiển , giá thành rẻ .

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Vì vậy chỉ cần sử dụng loại động cơ 1 chiều có công suất nhỏ khoảng 20-40 W , điện
áp vào là 24V .
Động cơ điện 1 chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều . Động cơ
điện 1 chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều
chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động .
Động cơ điện 1 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 1 chiều được sử
dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng

phẳng và trong phạm vi rộng .
5 Lựa chọn cảm biến
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận , biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng
không có tính chất điện có thể đó 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 biến 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 . Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận giá trị của (m) .
Trong mô hình này chúng em dùng cảm biến quang điện . Cảm biến quang điện bao
gồm một nguồn phát quang và một bộ thu quang . Nguồn quang sử dụng LED hoặc
LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng . Một bộ thu quang
sử dụng diode hoặc transitor quang . Ta đặt bộ thu và phát sao cho các vật cần nhận
biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện .
Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính . Ở phần thu ánh sáng từ thấu kính
tác động đến transitor thu quang . Nếu có vật chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến
bộ thu sóng . Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong
phòng . Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao động . Phương
pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất
hơn .

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch điều khiển . Do
mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của cảm biến là 24VDC .

Đặc tính kĩ thuật của cảm biến :
Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt với công nghệ photo – IC .
Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch tán .
- Khoảng cách phát hiện là 100mm .
- Đặc tính trễ : tối đa 20% khoảng cách phát hiện .
- Đầu ra : DC 3 – dây NPN NO .
- Vật cảm biến nhỏ nhất : 10x10 mm .
- Chỉ số LED : red LED .
- Nguồn sáng ( bước sóng ) : LED hồng ngoại ( 880 nm ) .
- Kích thước : 22x70 mm / 0,86x2,8 (D*L) .
- Chiều dài cáp : khoảng 115 cm .
- Cung cấp điện áp : 10-30 VDC .
- Điện áp làm việc : 10-30 VDC .
- Dòng hiện tại : 300 mA .
- Tần số : 500 Hz .
- Màu : đen , vàng , xám .
- Thời gian đáp ứng : tối đa 2,5 ms .

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Nhiệt độ môi trường : từ -250C đến 550C .
- Độ ẩm môi trường từ 35% đến 85% .
- Trọng lượng (cả vỏ ) : 60g .
- Chế độ ngõ ra : Chọn lựa Light-On / Dark-ON .
6 Lựa chọn Xi-lanh
Việc xác định xylanh làm việc quyết định đến 2 yếu tố làm việc:
- Chiều dài hành trình
- Lực sinh ra
Chiều dài xilanh phụ thuộc vào không gian làm việc cho phép đồng thời phải phù
hợp với các xilanh đã được tiêu chuẩn hóa. Nếu hành trình dài quá sẽ làm cho hệ thống
cồng kềnh hoặc ảnh hưởng đến các chi tiết khác. Nếu ngắn quá sẽ không đảm bảo
thoát phôi ra khỏi băng tải.
Lực đẩy của xilanh:
Ta chọn xilanh 2 chiều một pittong khi đó lực tác động là:

Q=

π .D 2
. p.η
4

Trong đó:
D: Đường kính pittong

( mm)

P: Áp suất khí nén, kG/cm2
η

: Hiệu suất = 0,85%
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng
cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển
động quay (động cơ khí nén).
Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động cơ
thủy lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực
hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động vịng khơng lin tục. piston xylanh được
dùng rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về.
xylanh thủy lực có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn,

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

làm việc ổn định và giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So với hệ thống
thủy lực, hệ thống khí nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:
- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa
khí nén rất thuận lợi.
- Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra
ngược trở lại bầu khí quyển.
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống
dẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
- Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần

lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm
của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
- Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành
logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các máy móc phức
hợp.
* Xilanh
- Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều) : Áp lực khí nén chỉ tác
dụng vào một phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng.

Ký hiệu:

a

b

Hình 2.4- Xilanh tác dụng đơn
a- Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực
b- Chiều tác dụng ngược lại do lò xo

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Xilanh tác dụng 2 chiều (xilanh tác dụng kép): Áp suất khí nén được dẫn vào

2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra tùy thuộc vào áp
lực khí nén vào phía nào.
Ký hiệu:

Kí hiệu theo yêu cầu đặc biệt

Hình 2.5- Xilanh tác dụng kép
7 Lựa chọn van điều khiển
a ) Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở
hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.
* Ký hiệu của van đảo chiều
- Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái
o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …
a

o

b

a

b

Hình 3.6 - Ký hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van
Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào.
Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’. Đối với van có 2
vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị trí
‘không’.
- Cửa nối van được ký hiệu như sau:

ISO 5599

+ Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí)

1

+ Cửa nối làm việc 2 , 4, 6, …
+ Cửa xả khí 3 , 5 , 7…

ISO 1219

P

A , B , C, …

R , S , T…

+ Cửa nối tín hiệu điều khiển

12 , 14…

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

X,Y…

Trang


Cửa 1nối với cửa 4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Cửa 1nối vớiHỆ
cửa 2THỐNG

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Cửa nối điều khiển

a

12(Y)

b

Hình 2.6 - Kí hiệu cửa xả khí

Trường hợp a là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có
Cửa nối
khiển
mối nối cho
ốngđiều
dẫn
khí là trường hợp b.

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng
chuyển động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bị chặn thì được biểu diễn bằng dấu
gạch ngang.

14(Z)

Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn
Nối với nguồn khí nén

3(R)
4(B)
1(P)

Hình 2.7- Van đảo chiều 5/2
* Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều

5(S)

- Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 trong đó:
5 : chỉ số cửa, 2 : chỉ số vị trí
- Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:
Van đảo chiều 2/2
Van đảo chiều 4/2
Van đảo chiều 5/2

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

b) Van tiết lưu
Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi
vận tốc của cơ cấu chấp hành.
* Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi được
nhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở.
Ký hiệu:
B

A

Ký hiệu chung

Có mối nối ren

Không có mối nối ren

Hình 2.8- Van tiết lưu có tiết diện thay đổi
* Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay: Nguyên lý hoạt động tương tự
như van tiết lưu điều chỉnh bằng tay, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể đi một chiều từ
A qua B , chiều ngược lại bị chặn.
Ký hiệu :

A

B

Hình 2.9- Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay
8 Máy nén khí
a ) Khái niệm
Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ

điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Hình 2.3: Máy nén khí
* Phân loại
`-Theo áp suất:

≤

+ Máy nén khí áp suất thấp:

p

+ Máy nén khí áp suất cao:

p ≥ 15 bar

+ Máy nén khí áp suất rất cao :

p

≤

15 bar

300 bar

-Theo nguyên lý hoạt động
+Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích
+ Máy nén khí tua bin.
* Nguyên ký hoạt động
- Nguyên lý thay đổi thể tích : Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể
tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boyle-Matiotte Áp suất trong
buồng chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như kiểu máy nén
khí piston, bánh răng, cánh gạt.
- Nguyên lý động năng : không khí được dẫn trong buồng chứa và đượ gia tốc
bởi một bộ phận quay với tốc độ cao, ở đó Áp suất khí nén dược tạo ra nhờ sự chênh
lệch vận tốc, nguyên tắc này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt
động theo nguyên lý này như máy nén khí ly tâm.

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

b. Bình trích chứa khí nén
-Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận
lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ

máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
- Kích thước bình chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí vá công suất
tiêu thụ của thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp
sử dụng, Ví dụ, sử dụng liên tục hay gián đoạn.

PHẦN III : TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ KẾT CẤU MÁY
Thiết kế hệ thống truyền động
Hệ thống truyền động được chia thành 4 khối chính :
- Khối cấp lon .
SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Khối băng tải .
- Khối cấp gạo .
- Khối đẩy sản phẩm .
1 . Khối cấp lon
Phôi được cấp vào ống PVC sao đó được xi-lanh A đẩy vào băng tải . Trong
ống PVC chứa được tối đa 3 lon .
2 . Khối băng tải

Một số đặc điểm về kết cấu
- Chiều rộng băng B được tiêu chuẩn hóa theo vật liệu làm băng tải
VD: Vải cao su chọn từ 100 đến 3000 (mm)
- Đường kính D của tang

D = (16 ÷ 35)h
- Đường kính con lăn đỡ
ddh = (0.6 ÷ 0.7)D
- Khoảng cách giữa hai con lăn trên đai mang vật
dcon lăn đỡ = (0.4 ÷ 0.5)D
- Tính năng suất vận chuyển Ns

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Ns = A.Vdc.k

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
(M3/h)

Ns = A. Vdc.γ.k (Tấn/h)
Trong đó:
- A là diện tích mặt cắt ngang
- Vdc là vận tốc di chuyển của phôi
- γ Khối lượng trên đơn vị thể tích
- k hệ số giảm năng suất do di chuyển nghiêng
- Công suất của động cơ quay băng tải

Pđc =

N s H + N s LC 0
360η

= Pct

Trong đó:
H – chiều cao nâng vật liệu lên
L – Chiều dài vận chuyển
C0 – Hệ số cản
Η – Hiệu suất chuyển động
Suy ra: Lực kéo băng tải

Ft =

Pct
v dc

3 . Khối cấp gạo
Có một ống chứa phôi bên dưới có một van điều khiển theo chương trình để cấp
gạo trong một khoảng thời gian nhất định sao đó đóng lại và hoàn thành một chu
trình .
4 . khối đẩy sản phẩm
Sau khi gạo được cấp vào lon bẳng tải chuyển tới cuối băng tải . Cảm biến nhận được
tín hiệu thì xi-lanh B đẩy lon vào máng chứa sản phẩm sau đó .

PHẦN IV : CHẾ TẠO MÔ HÌNH
1 Băng tải

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

- Vật liệu băng tải: có thể làm bằng da, cao su, vải … đảm bảo độ bền, mềm, tạo được
độ căng tốt.
- Bề rộng băng tải B = 90 mm.
- Chiều dài băng tải L = 350 mm.
- Puli băng tải được làm bằng nhựa cứng có đường kính d = 40 mm.
2 Động cơ , phần tử điều khiển
Dùng một động cơ 1 chiều nguồn cấp 24V, số vòng quay tối đa từ 100 đến
200 vòng/ phút, có hộp giảm tốc.
Van điều khiển: Dùng 2 van khí nén lại 5/2
Hai xylanh khí nén, 1 xilanh hành trình 10 cm , 1 xilanh hành trình 15 cm, áp
suất 0.75 Pa
Hai cảm biến quang điện .
Một servo 24V để tính toán việc cấp gạo .
3 Hệ thống cấp lon và cấp gạo
a ) Hệ thống cấp lon
Ống cấp lon là 1 ống nhựa PVC có đường kính 90 mm , chiều cao 300 - 400 mm , có
thể chứa được 3 lon .
b ) Hệ thống cấp gạo
Ống cấp gạo là 1 ống nhựa PVC có đường kính 60 mm sao về cuối bo lại đường kính
40 mm . dưới hệ thống cấp gạo có 1 servo phân phối gạo trong một khoảng thời gian
nhất định .
Toàn bộ hệ thống được bố trí trên một tấm gỗ có kích thước 450x700mm .
Kết cấu tổng thể của mô hình :

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

4 Nguyên lý hoạt động
Khi đóng nguồn điện , động cơ băng tải hoạt động .
Lon được cấp từ ống do xi lanh đẩy vào băng tải . Lon được di chuyển trên băng tải
chạm cảm biến thì động cơ băng tải dừng lại . Servo hoạt động mở ống câp gạo trong
3,5s để cấp gạo sau đó đóng lại thì động cơ hoạt động trở lại và băng tải chuyển lon đã
được cấp gạo về cuối hành trình . Cảm biến 2 nhận được tín hiệu thì đẩy lon vao máng
chứa lon đồng thời xi lanh 1 đẩy lon tiếp theo vòa băng tải và chu trình được lặp lại .
Khi ngắt nguồn điện thì động cơ ngừng hoạt động và hệ thống ngừng làm
việc.
Ống chứa gạo

Ống chứa lon

Xilanh đẩy lon
vào băng tải

Cấp gạo vào
lon

Xilanh đẩy lon
vào máng chứa

Sản phẩm thu được

Hình 4.1 Tóm tắt chu trình hoạt động bằng sơ đồ khối

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

2

1

3

4

5

6

7

8

9 2

XL A
CB1
XL B

CB2

CB1

DC 1

DC 2

Hình 4.2 Sơ đồ trạng thái của mạch điều khiển
5 Chương trình điều khiển
//#include <avr/interrupt.h>
#include <Servo.h>
#define CB1 A1
#define CB2 A2
#define DC 3
#define XL1 4
#define XL2 5
Servo myservo;
void setup() {
myservo.attach(6);
pinMode(CB1,INPUT_PULLUP);
pinMode(CB2,INPUT_PULLUP);
pinMode(3,OUTPUT);
pinMode(4,OUTPUT);
pinMode(5,OUTPUT);

Serial.begin(9600);
digitalWrite(3,HIGH); //bat dong co
digitalWrite(4,LOW); //lui xl1

SVTH : Trương Huy Giáp – Trần Viết Tình - Lớp 12C1B

Trang