Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ công tác đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp sao đỏ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (779.04 KB, 69 trang )
B GIO DC V O TO
TRNG I HC BCH KHOA H NI
-------------------------------------------
LUN VN THC S KHOA HC
Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho mô
hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động
phục vụ công tác đào tạo tại Trờng Cao
đẳng Công nghiệp Sao Đỏ
NGNH: điều khiển và tự động hoá
M S:
Trần Duy Khánh
Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Quốc Cờng
H NI 2009
-1-
Mục lục
Trang
Lời cam đoan .................................................................................................... 1
Lời cảm ơn........................................................................................................ 2
Mục lục............................................................................................................. 3
Danh mục các bảng biểu .................................................................................. 5
Danh mục các hình vẽ ...................................................................................... 6
Mở đầu............................................................................................................. 8
Chơng 1: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm trong đào tạo tại
trờng CĐCN Sao đỏ ................Error! Bookmark not defined.
1.1. Nhu cầu về tự động hóa trong doanh nghiệp.....Error! Bookmark not
defined.
1.2. Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động hóa trong đào tạo. Error! Bookmark
not defined.
1.3. Hệ thống điều khiển tự động. ..............Error! Bookmark not defined.
1.4. Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm tại trờng CĐCN Sao đỏ
....................................................................Error! Bookmark not defined.
1.4.1. Sơ đồ tổng quan mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm.. Error!
Bookmark not defined.
1.4.2. Phân loại sản phẩm.......................Error! Bookmark not defined.
1.4.3. Đóng gói sản phẩm.......................Error! Bookmark not defined.
Chơng 2: Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong đề tàiError! Bookmark not def
2.1. Tổng quát về vi điều khiển. .................Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Khái niệm. ....................................Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Lịch sử phát triển..........................Error! Bookmark not defined.
-22.1.3. Vai trò của vi điều khiển trong quá trình tự động hóa. ........ Error!
Bookmark not defined.
2.1.4. Ưu và nhợc điểm của bộ vi điều khiển ....Error! Bookmark not
defined.
2.2. Vi điều khiển MCS51..........................Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Cấu tạo..........................................Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động. ..................Error! Bookmark not defined.
2.3. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của LCD16x2............ Error!
Bookmark not defined.
2.3.1. Cấu tạo và chức năng các chân.....Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Nguyên lý làm việc và ứng dụng..Error! Bookmark not defined.
2.4. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của ICTLP621........... Error!
Bookmark not defined.
2.4.1. Cấu tạo..........................................Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Nguyên lý và ứng dụng. ...............Error! Bookmark not defined.
Chơng 3: thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản
phẩm sử dụng vi điều khiển......Error! Bookmark not defined.
3.1. Thiết kế phần cứng. .............................Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Thiết kế mạch điện. ......................Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Thiết kế mạch in...........................Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Sản phẩm sau khi thiết kế và lắp đặt ....Error! Bookmark not defined.
3.2. Thiết kế phần mềm. .............................Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Lu đồ thuật toán .........................Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Chơng trình điều khiển...............Error! Bookmark not defined.
3.3. Thực nghiệm, hiệu chỉnh hệ thống......Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Thực nghiệm.................................Error! Bookmark not defined.
-33.3.2. Hiệu chỉnh hệ thống. ....................Error! Bookmark not defined.
Kết luận và hớng phát triển ..........................Error! Bookmark not defined.
1. Kết luận. .................................................Error! Bookmark not defined.
2. Hớng phát triển của đề tài. ...................Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo..........................................Error! Bookmark not defined.
-1Mở đầu
1. Lý do lựa chọn đề tài.
Công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá mà Việt Nam tiến hành trong
hơn 20 năm qua đã đem lại nhiều thành công to lớn trong mọi lĩnh vực: đời
sống, kinh tế xã hội. Uy tín và vị thế của nớc ta trên trờng Quốc Tế ngày
càng nâng cao, ngày càng hấp dẫn đối với các nhà đầu t trong và ngoài nớc.
Sự phát triển vợt bậc của nền kinh tế, sự đầu t ồ ạt của các nhà đầu t nớc
ngoài đặt ra một thách thức to lớn đối với nền giáo dục và đào tạo của Việt
Nam là phải tạo ra nguồn nhân lực có trình độ cao đáp ứng yêu cầu phát triển
của kinh tế xã hội.
Trong xu thế phát triển và hội nhập, đứng trớc thách thức chung của nền
giáo dục và đào tạo nớc nhà, trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ trong
những năm qua đã có những nỗ lực trong việc nâng cao chất lợng đào tạo với
phơng châm đào tạo những gì xã hội cần. Một trong những biện pháp để
nâng cao chất lợng đào tạo để Đào tạo những gì xã hội cần đó là tăng
cờng cơ sở vật chất theo hớng sát với thực tế sản xuất: Các mô hình, các
thiết bị thí nghiệm, thực hành đợc đầu t mua sắm, sản xuất mô phỏng các
dây chuyền sản xuất tự động trong thực tế, các thiết bị, mô hình này mô phỏng
các dây chuyền sản xuất tự động điều khiển bằng PLC.
Là một giáo viên của Trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ sau 2 năm
tham gia nghiên cứu học tập cao học chuyên ngành Đo lờng và tin học công
nghiệp Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nhận thấy những mặt mạnh,
tính linh hoạt của vi điều khiển ứng dụng trong tự động hoá, nhất là ở những
phạm vi ứng dụng nhỏ và vừa nên tôi lựa chọn đề tài Nghiên cứu, thiết kế bộ
điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ công
-2tác đào tạo tại Trờng Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ để làm luận văn tốt
nghiệp cao học của mình. Đề tài sẽ giúp cho việc xây dựng các bộ điều khiển
bằng vi điều khiển để linh hoạt thay thế các bộ PLC điều khiển các mô hình,
thiết bị mô phỏng các dây chuyền sản xuất trong thực tế phục vụ công tác
giảng dạy.
2. Mục tiêu nghiên cứu.
- Nghiên cứu xây dựng mạch điện điều khiển mô hình hệ thống phân loại
sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ.
- Nghiên cứu xây dựng phần mềm điều khiển mô hình hệ thống phân loại
sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ.
- Thực nghiệm và hoàn thiện bộ điều khiển mô hình hệ thống phân loại và
đóng gói sản phẩm bằng vi điều khiển.
3. Nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của mô hình phân loại sản phẩm
tự động phục vụ đào tạo tại trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ.
- Nghiên cứu cấu tạo, đặc tính của các linh kiện MCS51, TLP621,..
- Thiết kế mạch điện phần cứng, xây dựng phần mềm điều khiển và giám
sát mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại trờng
Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ.
- Lắp đặt, thực nghiệm, đánh giá hiệu quả và chất lợng hệ thống.
4. Phạm vi nghiên cứu.
- Nghiên cứu mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động tại khoa ĐTTH trờng CĐ CN Sao Đỏ.
- Thiết kế, hoàn thiện bộ điều khiển mô hình hệ thống phân loại sản phẩm
tự động phục vụ đào tạo tại trờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ.
-35. Đối tợng nghiên cứu.
- Lý thuyết về vi điều khiển.
- Phơng án thiết kế và lắp đặt, thực nghiệm và kiểm tra mô hình hệ thống
tự phân loại sản phẩm tự động của trờng CĐCN Sao đỏ.
6. Phơng pháp nghiên cứu.
6.1. Phơng pháp nghiên cứu tài liệu.
- Nghiên cứu tài liệu viết về quá trình tự động hóa và điều khiển bằng vi
điều khiển để đa ra cơ sở lý thuyết về bộ điều khiển hệ thống phân loại sản
phẩm tự động.
- Nghiên cứu các đề tài, các công trình khoa học về bộ điều khiển bằng vi
điều khiển để rút kinh nghiệm và làm cơ sở phát triển đề tài.
- Nghiên cứu lý thuyết về cách thiết kế, lập trình, lắp đặt bộ điều khiển
bằng vi điều khiển...
6.2. Phơng pháp thực nghiệm.
- Lắp đặt thực nghiệm hoàn chỉnh bộ điều khiển mô hình hệ thống phân
loại sản phẩm tự động.
- Thực nghiệm kết nối, vận hành hệ thống, theo dõi và ghi lại thông tin, số
liệu khi quan sát hệ thống điều khiển phân loại, đếm sản phẩm tự động, khi
thay đổi các thông số kỹ thuật. Kiểm tra, điều chỉnh các cơ sở dữ liệu lý
thuyết rút ra các kết luận về thông số kỹ thuật điều khiển hệ thống, đảm bảo
nguyên tắc mang tính phổ biến để cho kết quả thực nghiệm đợc khách quan.
-47. Cấu trúc của đề tài.
Mở đầu
Chơng 1: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm trong đào tạo tại
trờng CĐCN Sao đỏ
Chơng 2: Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong đề tài
Chơng 3: Thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản
phẩm tự động sử dụng vi điều khiển
Kết luận và khuyến nghị.
Tài liệu tham khảo.
-5Chơng 1: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm
trong đào tạo tại trờng CĐCN Sao đỏ
1.1. Nhu cầu về tự động hóa trong doanh nghiệp.
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, công nghệ đã làm thay đổi về chất
của quá trình sản xuất. Xu thế hàng hóa cạnh tranh toàn cầu đòi hỏi chất
lợng sản phẩm, năng suất lao động là chiến lợc phát triển của các doanh
nghiệp. Do vậy, một trong những biện pháp hữu hiệu là các doanh nghiệp phải
ứng dụng khoa học kỹ thuật mới thông qua những dây chuyền tự động hóa cao
vào quá trình sản xuất.
Thực tiễn tốc độ phát triển công nghiệp ở Việt Nam rất nhanh. Chúng ta
đang phấn đấu đến năm 2010 có khoảng trên 320 nghìn doanh nghiệp tạo
việc làm cho khoảng 15 triệu lao động và đến năm 2020 Việt Nam trở thành
một nớc công nghiệp phát triển với các khu công nghiệp, khu chế xuất và các
khu kinh tế mở lớn.
Các doanh nghiệp đều nhận thức đợc tầm quan trọng tất yếu của quá
trình tự động hóa và có xu hớng đầu t mới thiết bị tự động hóa ở rất nhiều
lĩnh vực nh :
- Các dây chuyền gia công cơ khí.
- Các dây chuyền lắp ráp ôtô, xe máy, linh kiện điện tử ...
- Các dây chuyền gia công dệt may.
- Các dây chuyền chế biến thủy sản.
- Các dây chuyền đóng gói và phân loại sản phẩm.
- Các dây chuyền chế biến thực phẩm.
-6- Tự động hóa hệ thống chiếu sáng, hệ thống bán hàng ở các siêu thị,
khách sạn, công ty.
- Tự động hóa các hệ thống cung cấp nớc, khí đốt.
- Tự động hóa đóng mở cửa các sân bay, nhà ga, bãi xe.
- Điều khiển robot tự động để thay thế con ngời làm những công việc
nặng nhọc, nguy hiểm.
Nh vậy nhu cầu về thiết bị tự động ở các doanh nghiệp là rất lớn và ngày
càng trở lên cấp thiết ở tất cả các loại hình doanh nghiệp từ sản xuất, lắp ráp,
chế biến sản phẩm cho tới kinh doanh và các dịch vụ khác.
1.2. Nhu cầu sử dụng thiết bị tự động hóa trong đào tạo.
Với mục tiêu đào tạo nguồn nhân lực chất lợng cao đáp ứng nhu cầu của
các doanh nghiệp. Các trờng cần tập trung các nguồn lực và đẩy mạnh công
tác nghiên cứu khoa học để ứng dụng chế tạo những thiết bị, đồ dùng dạy học
hiện đại vào giảng dạy. Nói cách khác ngành công nghiệp, dịch vụ đã và đang
sử dụng những dây chuyền tự động nào thì học sinh, sinh viên cần phải đợc
học tập, thực tập và làm thí nghiệm trên những mô hình hoặc dây chuyền công
nghệ tơng tự.
Nội dung bài giảng phải có thiết bị, mô hình tơng tự nh yêu cầu sản
xuất của các doanh nghiệp thì chơng trình đào tạo mới không lạc hậu. Học
sinh, sinh viên đợc học tập trong điều kiện gắn lý thuyết với thực tế sản xuất
thì chất lợng đào tạo mới thực sự tốt.
Do nhu cầu tự động hóa trong công nghiệp ngày càng tăng cho nên các
trờng đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp, trung cấp nghề và cao
đẳng nghề đều có ngành học về điều khiển tự động và tự động hóa nhằm cung
cấp cho xã hội đội ngũ kỹ s, cử nhân và công nhân kỹ thuật có chuyên ngành
về điều khiển tự động.
-7Trờng Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ là một cơ sở đào tạo đang thực hiện
mục tiêu đa dạng hoá các loại hình đào tạo, đào tạo ở nhiều lĩnh vực khoa học
công nghệ, do vậy nhu cầu mua sắm, trang thiết bị tiên tiến, hiện đại là rất lớn.
Lợng học sinh, sinh viên tăng nhanh trong những năm gần đây, nên nhu cầu
thiết bị càng trở nên cấp thiết. Đặc biệt ở một số khoa có nhu cầu cao về các
thiết bị, mô hình điều khiển tự động nh khoa Điện, Điện tử-Tin học, Cơ khí,
Động lực...
Tuy nhiên việc trang bị những thiết bị, mô hình tự động kịp thời, đồng bộ
với các doanh nghiệp là việc làm khó khăn đối với các trờng. Cho nên nhà
trờng ngoài việc tăng cờng đầu t có chọn lọc những thiết bị tự động mới
đồng bộ thì việc đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học, ứng dụng lắp đặt
các mô hình, những thiết bị dạy học tự động phù hợp cho giảng dạy, gắn với
thực tế sản xuất là một bớc đi đúng, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3. Hệ thống điều khiển tự động.
Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển tự động đợc mô tả hình 1.1.
Hệ thống điều khiển
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển tự động
- Thông số môi trờng: Bao gồm thông số điện và thông số phi điện. Là
các thông tin từ các tác động điều khiển gửi tới trung tâm điều khiển.
-8- Thiết bị vào: Công tắc, nút bấm, cảm biến, bộ chuyển mức, mạch biến
đổi v.v...
- Hệ thống điều khiển: Trung tâm điều khiển các thiết bị điều khiển có thể
là mạch điều khiển Rơle, hệ vi điều khiển, hệ vi xử lý hoặc PLC. Chúng có
chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ các thiết bị vào, thực hiện các logic điều
khiển và cấp tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành:
+ Tín hiệu đầu vào: Là các đại lợng vật lý qua các sensor tiếp điểm,
sensor từ, sensor quang cho ta mức logic. Ngoài ra còn có sensor cho ta tín
hiệu tơng tự, tín hiệu ra là một dải điện áp.
+ Xử lý tín hiệu vào là bộ phận phối hợp mức tín hiệu sao cho tín hiệu đa
về có tính an toàn cao cho các khối xử lý tiếp theo.
+ Thực hiện các thuật toán logic hay bộ điều khiển: Thực hiện quá trình
thu thập và xử lý tín hiệu, điều chỉnh tham số và công nghệ đa tín hiệu điều
khiển khối công suất.
+ Khối công suất: Để điều khiển cơ cấu chấp hành, đáp ứng đợc yêu cầu
đã đề ra. Hiện nay các hệ thống giao tiếp với cơ cấu chấp hành thờng sử dụng
rơle, transistor công suất, IC công suất chuyên dụng trong giới hạn của đề tài
đã sử dụng Transistor công suất kết hợp với rơle vừ có tính chất cách ly về
điện và cung cấp đủ công suất cho cơ cấu chấp hành
- Cơ cấu chấp hành: Là các hệ thống truyền động, biến đổi tín hiệu điều
khiển thành tác động điều khiển.
- Tác nhân điều khiển: Là những yếu tố tác động trực tiếp hoặc gián tiếp
đến các thông số môi trờng.
-91.4. Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm tại trờng
CĐCN Sao đỏ
1.4.1. Sơ đồ tổng quan mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm
Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm theo chiều cao và mầu sắc tại
phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp khoa ĐT-TH trờng cao đẳng công
nghiệp Sao Đỏ có sơ đồ tổng quan đợc mô tả trên (Hình 1.2):
Hình 1.2. Sơ đồ tổng quan mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm
- Sản phẩm: Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm theo mầu sắc sử
dụng mẫu chi tiết hình trụ tròn đờng kính 20mm, chiều cao h=20mm, sản
phẩm có chiều cao vợt hoặc không đạt độ cao h = 20mm thì đợc coi là phế
phẩm. Vật mẫu có ba màu khác nhau đó là: Màu trắng, màu đỏ và màu đen.
- Hệ thống cấp phôi: Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm theo mầu
sắc sử dụng phơng pháp cấp phôi kiểu ống dẫn.
- Hệ thống điều khiển: Có rất nhiều phơng pháp để thực hiện điều khiển
cho dây chuyền phân loại, đóng gói sản phẩm nh: Sử dụng vi xử lý, vi điều
khiển, điều khiển thông qua ghép nối máy tính và điều khiển bằng PLC. Trong
đề tài này lựa chọn điều khiển bằng vi điều khiển.
-10- Hệ thống kiểm tra kích thớc: Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm
theo mầu sắc sử dụng xi lanh khí và sensor cảm biến chiều cao.
- Hệ thống phân loại màu sắc: Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm
theo mầu sắc sử dụng 2 sensor nhận biết mầu sắc KS-G22 và BZJ-211 đợc
mô tả trong (Hình 1.3)
Hình 1.3. Cảm biến mầu KS-G22 và BZJ-211
Thông số kỹ thuật của hai cảm biến mầu đợc trình bày trong (Bảng 1.1)
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của cảm biến màu
Kích thớc (Size mm)
85 x 57 x 28
Nguồn cung cấp (Supply voltage)
10 30VDC
Nhiệt độ làm việc
Thời gian trễ
Dòng định mức
Khoảng cách phát hiện
0 500C
50 s
< 200 mA
10 mm 2 mm
Cấu tạo Transistor
NPN
Chiều dài dây dẫn
2m
Nguyên lý làm việc của hai cảm biến mầu KS-G22 và BZJ-211 đợc
mô tả trong (Bảng 1.2).
-11Bảng 1.2. Trạng thái của hai cảm biến màu
Cảm biến màu
KS-G22
BZJ-211
Màu trắng
On
On
Màu đỏ
On
Off
Màu đen
Off
Off
* Hệ thống đếm và đóng gói sản phẩm: Thực hiện nhiệm vụ đếm số sản
phẩm cùng màu và đóng gói theo từng màu sắc quy ớc.
1.4.2. Phân loại sản phẩm.
a. Phân loại sản phẩm theo chiều cao.
- Cấu tạo: Gồm
1. Hệ thống cấp phôi để chuyển sản phẩm vào băng tải (hình 1.4)
Hệ thống cấp phôi gồm:
ống đặt phôi số 1; Cảm biến phát hiện có phôi - Cảm biến SS1 số 2;
Xilanh đẩy phôi - Xilanh X1 số 3; Rãnh trợt số 4.
2. Cơ cấu kiểm tra kích thớc gồm: Một xilanh khí dẫn động thẳng để dịch
chuyển cơ cấu đo, cơ cấu đo là một cảm biến kiểu biến trở dịch chuyển vị trí
thẳng (Hình 1.5) gồm: Xilanh nâng hạ đầu đo số 5; cảm biến vị trí đầu đo số
6; cảm biến dịch chuyển vị trí - cảm biến SS22 số 7; đầu đo kích thớc số 8.
-121
2
3
4
Hình 1.4. Cơ cấu cấp phôi
5
5
6
6
7
7
8
8
Hình
cấu
trath-ớckích thớc
Hình1.5.
3.10. Cơ
Cơ cấu
đo đo
kiểmkiểm
tra kích
- Nguyên lý làm việc:
Khi có sản phẩm nằm trong ống cấp phôi, cảm biến SS1 phát hiện và
chuyển tín hiệu điều khiển về hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển cấp
tín hiệu điều khiển mở van khí V1 điều khiển Xilanh X1. Xilanh X1 mở đẩy
sản phẩm vào khay chứa của băng tải. Sau khi sản phẩm vào vị trí khay chứa,
hệ thống điều khiển cấp tín hiệu mở van V2 điều khiển xilanh X2 để hạ đầu
-13đo kích thớc. Cảm biến kích thớc sẽ kiểm tra kích thớc và gửi thông tin về
hệ thống điều khiển để xác nhận kích thớc của sản phẩm. Sau khi thông tin
về kích thớc đã đợc xác nhận, hệ thống điều khiển cấp lệnh khởi động động
cơ băng tải dịch chuyển sản phẩm qua hệ thống kiểm tra kích thớc.
b. Phân loại sản phẩm theo mầu sắc.
SS3
SS4
Hình 1.6. Cơ cấu phân loại theo màu sắc
- Cấu tạo
Gồm 2 cảm biến màu SS3 và SS4 (Hình 1.6). Cảm biến SS3 kiểm tra phân
biệt mầu trắng và màu đen, cảm biến SS4 phân biệt màu đỏ, màu trắng.
- Nguyên lý làm việc
Khi băng tải vận chuyển sản phẩm qua vị trí của cảm biến SS3. Cảm biến
SS3 nhận biết đợc vật tối màu (màu đen và vật sáng màu). Nếu là vật sáng
màu đầu ra của cảm biến sẽ tác động lên mức logic cao (24VDC), (hình 1.7a).
Khi sản phẩm đi qua vị trí cảm biến SS4, cảm biến loại BZJ 211 sẽ nhận biết
-14đợc hai màu đỏ và màu trắng, nếu sản phẩm màu trắng thì đầu ra của cảm
biến SS4 sẽ tác động lên mức logic cao 24VDC, (hình 1.7b).
a)
b)
Hình 1.7. Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Bảng 1.3. Trạng thái của các cảm biến màu
Cảm biến
SS3
SS4
Màu trắng
On
On
Màu đỏ
on
Off
Màu đen
Off
Off
Màu
Căn cứ theo bảng trạng thái của cảm biến mà hệ thống điều khiển sẽ xác
nhận đợc trạng thái màu sắc của sản phẩm đề từ đó cấp tín hiệu điều khiển cơ
cấu đóng gói sản phẩm.
-151.4.3. Đóng gói sản phẩm
- Cấu tạo:
Phơng pháp đóng gói sản phẩm đợc lựa chọn là phơng pháp đóng gói
theo kiểu hộp. Mỗi vị trí đóng hộp dành cho một sản phẩm có màu sắc đợc
quy định trớc.
Cơ cấu đóng gói sản phẩm (hình 1.8a và 1.8b) gồm:
3
4
2
1- Cảm biến xác định vị trí đóng gói (SS5).
1
Hình 1.8a. Cơ cấu đếm và đóng gói sản phẩm
1. Cảm biến xác định vị trí đóng gói SS5.
2- Xilanh X3 đẩy sản phẩm từ băng tải vào vị trí đóng gói.
3- Công tắc từ SW4 báo vị trí của xilanh X3.
4- Khay chứa sản phẩm.
5- Cần gạt sản phẩm.
6- Rãnh trợt.
-167- Hộp chứa sản phẩm.
8- Cảm biến đếm sản phẩm SS6.
5
6
8
7
Hình 1.8b. Cơ cấu đếm và đóng gói sản phẩm
- Nguyên lý làm việc.
Khi băng tải vận chyển sản phẩm đi qua hệ thống cảm biến phân biệt màu
sắc, thông tin về màu sắc của sản phẩm sẽ đợc hệ thống điều khiển lu trữ
vào bộ nhớ. Sau khi sản phẩm di chuyển đến vị trí các hộp chứa, hệ thống điều
khiển sẽ nhận biết đợc vị trí các hộp dành cho các sản phẩm có màu sắc cụ
thể thông qua cảm biến SS5. Khi băng tải di chuyển đến vị trí đóng gói, hệ
thống điều khiển cấp lệnh dừng băng tải đồng thời cấp lệnh mở van V4 điều
khiển Xilanh X3 đẩy sản phẩm từ khay chứa vào rãnh trợt tới hộp chứa sản
phẩm (hình1.14b).
-17Khi có sản phẩm đi qua rãnh trợt, cặp cảm biến thu phát SS6 nhận đợc
tín hiệu và gửi tín hiệu về hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển sẽ thực
hiện lệnh đếm số sản phẩm cho mỗi gói.
Khi số lợng sản phẩm của một hộp chứa lớn hơn hoặc bằng số sản phẩm
quy định, hệ thống điều khiển sẽ cấp tín hiệu cảnh báo thùng chứa đã đầy sản
phẩm cần thay đổi hộp chứa khác
Với cấu tạo phần cứng của mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm nh
vậy, ban đầu hệ thống đợc nhập về sử dụng phầm mềm điều khiển là các
chơng trình viết cho PLC. Sử dụng các bộ PLC để điều khiển toàn bộ hệ
thống.
Trong nội dung của đề tài, tác giả nghiên cứu cấu trúc phần cứng, từ đó
nghiên cứu cấu tạo, đặc tính của các linh kiện, lựa chọn linh kiện, thiết kế
mạch in cho mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển MCS51, thiết kế mạch
lực, viết phần mềm cho vi điều khiển MCS51. Sau khi đã thiết kế xong hệ
thống sẽ thi công lắp đặt để điều khiển mô hình phân loại và đóng gói sản
phẩm.
-18Chơng 2: Giới thiệu một số linh kiện sử dụng
trong đề tài
2.1. Tổng quát về vi điều khiển.
2.1.1. Khái niệm.
Vi điều khiển là một chíp có khả năng hoạt động theo chơng trình.
Chơng trình do con ngời lập ra và có khả năng nạp vào bộ nhớ của vi điều
khiển, sau đó vi điều khiển thực hiện vai trò điều khiển theo logic và xử lý số
liệu theo hai hớng cơ bản là xử lý số thực và xử lý số nguyên. Vi điều khiển
là sự tích hợp của nhiều thành phần, mỗi thành phần có chức năng riêng và
cùng đợc tích hợp trong một chíp.
Về mặt cấu trúc của vi điều khiển đợc thiết kế dựa trên những nguyên tắc
cấu trúc máy tính. Vi điều khiển chính là một máy tính nhỏ để thực hiện một
dãy các số liệu, dữ kiện của quá trình sản xuất và thờng đợc thiết kế cùng
với một số loại IC chuyên dụng để tạo ra các ứng dụng có tính chuyên dụng
cao và thờng đợc gắn ngay tại nơi sản xuất để thuận tiện cho vận hành và
theo dõi.
Trên thế giới vi điều khiển đợc sản xuất đa dạng về chủng loại do các
hãng sản xuất nh: Intel, Philips,....
2.1.2. Lịch sử phát triển.
Trong thập niên cuối thế kỷ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán dẫn, kỹ
thuật điện tử đã có sự phát triển vợt bậc. Các IC chuyên dụng đợc tích hợp
với mật độ cao và rất cao trong một diện tích nhỏ, nhờ vậy các thiết bị điện tử
nhỏ hơn và nhiều chức năng hơn. Các thiết bị điện tử ngày càng nhiều chức
năng trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có mặt tại
khắp mọi nơi.
-19Bớc đột phá mới trong công nghệ điện tử, công ty trẻ tuổi Intel cho ra đời
bộ vi xử lý đầu tiên. Đột phá ở chỗ: Đó là một kết cấu logic mà có thể thay
đổi chức năng của nó bằng chơng trình ngoài chứ không phát triển theo hớng tạo một cấu trúc phần cứng chỉ thực hiện theo một chức năng nhất định
nh trớc đây ( Trích từ dòng 17 đến 19, trang 3, Kỹ thuật Vi Xử Lý và lập
trình Assembly cho hệ vi xử lý, tác giả Đỗ Xuân Tiến, nhà xuất bản Khoa
học kỹ thuật). Hay nói cách khác phần cứng chỉ đóng vai trò thứ yếu, phần
mềm đóng vai trò chủ đạo đối với các chức năng cần thực hiện. Nhờ vậy vi xử
lý có sự mềm dẻo hóa trong các chức năng của mình. Ngày nay vi xử lý có tốc
độ tính toán rất cao và khả năng xử lý rất lớn.
Vi xử lý có các khối chức năng cần thiết để lấy dữ liệu, xử lý dữ liệu và
xuất dữ liệu ra ngoài sau khi đã xử lý. Chức năng chính của vi xử lý chính là
xử lý dữ liệu, chẳng hạn nh cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.vv... Vi xử lý
không có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị ngoại vi, nó chỉ có khả
năng nhận và xử lý dữ liệu.
Để vi xử lý hoạt động cần có chơng trình kèm theo, các chơng trình này
điều khiển các mạch logic và từ đó vi xử lý xử lý các dữ liệu cần thiết theo các
yêu cầu. Chơng trình là tập hợp các lệnh để xử lý dữ liệu thực hiện từng lệnh
đợc lu trữ trong bộ nhớ, công việc thực hiện lệnh bao gồm: Nhận lệnh từ bộ
nhớ, giải mã lệnh và thực hiện sau khi đã giải mã.
Để thực hiện các công việc với các thiết bi cuối cùng, chẳng hạn điều
khiển động cơ, hiển thị ký tự lên màn hình... đòi hỏi phải kết hợp vi xử lý với
các mạch điện giao tiếp với bên ngoài và đợc gọi là thiết bị I/O ( Nhập/ Xuất)
hay còn gọi là các thiết bị ngoại vi. Bản thân các vi xử lý khi đứng một mình
không có hiệu quả sử dụng, nhng khi là một thành phần của máy tính thì
hiệu quả ứng dụng của vi xử lý là rất lớn. Vi xử lý kết hợp với các thiết bị
khác đợc sử dụng trong các hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý một
-20lợng các phép tính phức tạp và tốc độ nhanh. Chẳng hạn nh các hệ thống
sản xuất tự động trong công nghiệp, các tổng đài điện thoại, các robot có khả
năng hoạt động phức tạp...
Bộ xử lý có khả năng vợt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính
toán, xử lý và thay đổi chơng trình linh hoạt theo mục đích nguời dùng, rất
hiệu quả đối với các bài toán lớn. Tuy nhiên đối với các ứng dụng vừa và nhỏ
với yêu cầu tính toán không lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc. Bởi vì
hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì đòi hỏi các khối mạch điện
giao tiếp phức tạp nh nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và
chơng trình thực hiện, các mạch giao tiếp ngoại vi để nhập xuất và điều
khiển. Các khối này liên kết với vi xử lý thông qua đờng BUS để thực hiện
công việc. Để thiết kế và điều khiển các khối này đòi hỏi ngời thiết kế phải
biết tinh tờng về các thành phần của bộ vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bi ngoại vi.
Hệ thống đợc tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức
tạp. Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp
dụng cho các hệ thống vừa và nhỏ.
Vì một số nhợc điểm trên nên các nhà chế tạo đã tích hợp một ít bộ nhớ
và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất đợc
gọi là Microcontroller Vi điều khiển. Hãng Intel đã lần lợt cho ra đời các
sản phẩm nh sau:
- Năm 1976 với chíp đầu tiên trong họ MCS48.
- Đến năm 1980 hãng Intel cho ra đời họ MCS51 là chuẩn công nghệ cho
nhiều họ vi điều khiển phát triển sau này với bộ nhớ 4KB ROM, 128 byte
RAM, 32 đờng nhập xuất, một cổng nối tiếp và hai bộ định thời 16 bits.
- Năm 1981 đến 1986 hãng Intel lần lợt cho ra đời chíp 8052,8053,8055
với nhiều tính năng đợc cải tiến.
-21Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại vi điều khiển họ MCS51 nữa
và thay vào đó là các hãng sản xuất nh: ATMEL, Philips, AMD, Siemens,
Matra&Dllas, Semiconductors đợc cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho
các chíp MCS51 và đợc đổi tên chíp theo các hãng sản xuất nh :
Hãng ATMEL: Cho ra đời các loại chip AT89Cxx với các thông số kỹ
thuật cơ bản theo (Bảng2.1):
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của Chíp AT89Cxx
Tên chíp
Dung lợng RAM
Dung lơng ROM
Chế độ nạp
AT89C51
128 byte
4 Kbyte
song song
AT89C52
128 byte
8 Kbyte
song song
AT89C53
128 byte
12 Kbyte
song song
AT89C55
128 byte
20 Kbyte
song song
Trong quá trình sản xuất của hãng ATMEL đã cải tiến và đa ra dòng chíp
mang số hiệu AT89Sxx với các thông số kỹ thuật cơ bản theo (Bảng 2.2):
Bảng 2.2. Thông số cơ bản của chíp AT89Sxx
Tên chíp
Dung lợng RAM
Dung lợng ROM
Chế độ nạp
AT89S51
128 byte
4 Kbytes
Nối tiếp
AT89S52
128 byte
8 Kbytes
Nối tiếp
AT89S53
128 byte
12 Kbytes
Nối tiếp
AT89S55
128 byte
20 Kbytes
Nối tiếp
Hãng Phillips: Cho ra đời các loại chip P89C51xx với các thông số kỹ
thuật cơ bản theo (Bảng 2.3):
Bảng 2.3. Thông số cơ bản của chíp P89C51Rxx
Tên chíp
Dung lợng
Dung lợng
Dung lợng
RAM
XRAM
FLASROM
Chế độ nạp
