Thiết kế mô hình hệ thống cấp phôi và phân loại sản phẩm

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, và trường Cao Đẳng Công Nghệ Đà Nẵng cũng không ngoại lệ.
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. Ngành Cơ-Điện tử là một trong những nghành như thế.
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 phổ biến. Hầu như trong mọi lĩnh vực đều
thấy có cần thiết của tự động hoá.
Từ những thực tế trên là sinh viên của ngành Cơ-Điện tử sau 3 năm học, em đã
tích lũy được một số kiến thức về tự động hoá. Và để cũng cố và bổ sung thêm những
kiến thức đã học và để áp dụng những kiến thức đó vào thực tế em đã được nhận và
thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống cấp phôi và phân
loại sản phẩm”. Như đã nói ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con
người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết. Với phạm vi đồ án em sẽ tạo ra một
mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm.
Việc hoàn thành đề tài của 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.


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

MỤC LỤC

2.3.1 CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ VẬN TẢI

11

2.3.1.1 BĂNG CHUYỀN....................................................................................11
3.4.1 CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH

18

4.1 KẾT QUA.............................................................................................................25

Trang 2


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ SAN XUẤT TỰ ĐỘNG
1.1.Giới thiệu về hệ thống sản xuất tự động
1.1.1. Tóm tắt lịch sử phát triển của tự động hóa quá trình sản xuất.
Đã từ xa xưa, con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho
mình trong các quá trình sản xuất và các công việc thường nhặt khác. Vì thế, mặc dù
tự động hoá quá trình các quá trình sản xuất là một lĩnh vực đặt trưng của khoa học kỹ
thuật hiện đại của thế kỷ 20, nhưng những thông tin về cơ cấu tự động, làm việc không
cần có sự trợ giúp của con người đã tồn tại từ trước công nguyên. Các máy tự động cơ
học đã được sử dụng ở Ai Cập cổ và Hy Lạp khi thực hiện các màn múa rối để lôi kéo
những người theo đạo. Trong thời trung cổ người ta đã biết đến các máy tự động cơ
khí thực hiện các chức năng người gác cổng của Albert. Một đặc điểm chung của các

máy tự động kể trên là chúng không có ảnh hưởng gì tới các quá trình sản xuất của xã
hội thời đó.
Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do một thợ
cơ khí người Nga, ông Pônzunôp chế tạo vào năm 1765. Nhờ nó mà mức
nước trong nồi hơi được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi
nước. Để đo mức nước trong nồi, Pônzunôp dùng một cái phao. Khi mức
nước thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van, thực hiện điều chỉnh nước trong
nồi. Nguyên tắc điều chỉnh của cơ cấu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, nó được gọi là nguyên tắc điều chỉnh
theo sai lệch hay nguyên tắc Pôdunôp - Giôn Oat. Đầu thế kỷ 19, nhiều công
trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi
nước đã được thực hiện. Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều chỉnh cho tuabin hơi
nước bắt đầu xuất hiện. Năm 1712 ông Narrtôp, một thợ cơ khí người Nga đã
chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép
hình theo mẫu đã được thực hiện. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh
răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 ông Henry Nandsley người
Anh mới thay thế chuyển động này thành chuyển động của vitme - đai ốc.
Trang 3


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục
phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng trên thế
giới như Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện
rơvônve dùng phoi thép thanh. Năm 1887 Đ.G Xtôlepôp đã chế tạo được
phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trọng
nhất của kỹ thuật tự động hoá. Cũng trong giai đoạn này, các cơ sở của lý

thuyết điêù khiển và điều chỉnh hệ thống tự động bắt đầu được nghiên cứu,
phát triển. Một trong những công trình đầu tiên về lĩnh vực này thuộc về nhà
toán học nổi tiếng P.M.Chebưsep. có thể nói, ông tổ của các phương pháp
tính toán kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động là I.A.
Vưsnhegratxki, giáo sư toán học nổi tiếng của trường đại học công nghệ thực
nghiệm Xanh Pêtecbua. Năm 1876 và 1877 ông đã cho đăng các công trình “
Lý thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh” và “ Các cơ cấu điều chỉnh tác
động trực tiếp”. Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của các
quá trình quá độ do ông đề xuất vẫn dùng cho tới tận bây giờ.
Không thể không kể tới đóng góp to lớn trong sự nghiệp phát triển lý
thuyết điều khiển hệ thống tự động của các nhà bác học A.Xtôđô người Sec,
A.Gurvis người Mỹ, A.K.Makxvell và Đ.Paux người Anh, A.M.Lapunôp
người Nga và nhiều nhà bác học khác.
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
Trang 4


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

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 hàng 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 theo chương trình logic PLC (Programmable Logic
Control), các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing
Systems), các hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Integradted
Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian
chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính
thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại.
Những thành công ban đầu của quá trình liên kết một số công nghệ hiện
đại trong khoảng 10-15 năm qua đã khẳng định xu thế phát triển của nền sản
xuất trí tuệ trong thế kỷ 21 trên cơ sở các thiết bị thông minh.
1.1.2. Vai trò và ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất.
Tự động hoá các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng
suất lao động. Trong mọi thời đại, các quá trình sản xuất luôn điều khiển theo các quy
luật kinh tế. Có thể nói giá thành là một trong những yếu tố quan trọng xác định nhu
cầu phát triển của tự động hoá. Không một sản phẩm nào có thể cạnh tranh được nếu
giá thành của nó cao hơn các sản phẩm cùng loại, có tính năng tương của các hãng
khác. Trong bối cảnh nền kinh tế luôn phải đối phó với các hiện tượng như lạm phát,
chi phí cho vật tư, lao động quảng cáo, và bán hàng ngày càng tăng, buộc công nghiệp
chế tạo phải tìm kiếm các phương pháp sản xuất tốt nhất để giảm giá thành sản phẩm.

Mặt khác nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ làm tăng mức phức tạp của quá
trình gia công. Khối lượng các công việc đơn giản cho phép trả lương thấp sẽ giảm
nhiều. Chi phí cho đội ngũ công nhân và đội ngũ phục vụ, giá thành thiết bị cũng tăng
theo. Đây là động lực mạnh kích thích sự phát triển của tự động hoá.

Trang 5


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Tự động hoá các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các
quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về
chất lượng gia công và năng suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành và quản
lý sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động hoá cho phép loại bỏ các nhược điểm trên.
Đồng thời, tự động hoá đã thay đổi hẳn tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc
của công nhân, nhất là các khâu độc hại, nặng nhọc có tính lặp đi lặp lại và nhàm chán,
khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và chân tay.
Tự động hoá các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ cao của sản xuất
hiện đại. Với các loại sản phẩm có số lượng rất lớn (hàng tỷ cái trong một năm) như
đinh, bóng đèn điện, khoá kéo v.v... thì không thể sử dụng các quá trình sản xuất thủ
công để đáp ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất.
Tự động hoá các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn và
hoán đổi sản xuất. Chỉ có một số rất ít sản phẩm phức tạp là được chế tạo
hoàn toàn từ một nhà sản xuất. Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà
thầu để cung cấp các bộ phận riêng rẽ cho mình, sau đó tiến hành liên kết,
lắp ráp thành sản phẩm tổng thể. Các sản phẩm phức tạp như ô tô, máy bay
v.v... nếu chế tạo theo phương thức trên sẽ có rất nhiều ưu điểm. Các nhà
thầu sẽ chuyên sâu với sản phẩm của mình. Việc nghiên cứu, cải tiến chỉ phải

thực hiện trong một vùng chuyên môn hẹp, vì thế sẽ có chất lượng cao hơn,
tiến độ nhanh hơn. Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện thành sản xuất
hàng khối. Do một nhà thầu tham gia vào quá trình sản xuất một sản phẩm
phức tạp nào đó có thể đóng vai trò như một nhà cung cấp cho nhiều hãng
khác, nên khả năng tiêu chuẩn hoá các sản phẩm là rất cao. Điều này cho
phép áp dụng nguyên tắc “hoán đổi” - một trong các điều kiện cơ bản dẫn tới
sự hình thành dạng sản xuất hàng khối khi chế tạo các sản phẩm phức tạp, số
lượng ít. Tuy nhiên, cũng không nên đề cao tầm quan trọng của tiêu chuẩn
hoá. Không có tiêu chuẩn hoá trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở cho việc
hoán chuyển ở một mức độ nhất định, làm tăng tiêu tốn thời gian cho các quá
trình sản xuất các sản phẩm phức tạp chứ không làm cho các quá trình này
không thể thực hiện được. Có thể nói tự động hoá giữ một vai trò quan trọng
trong việc thực hiện tiêu chuẩn hoá bởi chỉ có nền sản xuất tự động hoá mới

Trang 6


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

cho phép chế tạo các sản phẩm có kích cỡ và đặt tính không hoặc ít thay đổi
với số lượng lớn một cách hiệu quả nhất.
Tự động hoá quá trình sản xuất cho phép thực hiên cạnh tranh và đáp
ứng điều kiện sản xuất. Nhu cầu về sản phẩm sẽ quyết định mức độ áp dụng
tự động hoá cần thiết trong quá trình sản xuất. Đối với các sản phẩm phức
tạp như tàu biển, giàn khoan dầu, và các sản phẩm có kích cỡ, trọng lượng
rất lớn khác, số lượng sẽ rất ít. Thời gian chế tạo kéo dài vài tháng đến vài
năm. Khối lượng lao động rất lớn. Việc chế tạo chúng là không hiệu quả và
không nên. Mặt khác các sản phẩm như bóng đèn điện, ô tô, các loại dụng cụ

điện dân dụng thường có nhu cầu rất cao, tiềm năng thị trường lớn, nhưng lại
được rất nhiều hãng chế tạo. Trong nhiều trường hợp, lợi nhuận cận biên của
một đơn vị sản phẩm là rất bé. Chỉ có sản xuất tập trung với số lượng lớn
trên các dây chuyền tự động, năng suất cao mới có thể làm giá thành sản
phẩm thấp, hiệu quả kinh tế đạt được cao. Sử dụng các quá trình sản xuất tự
động hoá trình độ cao trong những trường hợp này là rất cần thiết. Chính yếu
tố này là một tác nhân tốt kích thích quá trình cạnh tranh trong cơ chế kinh tế
thị trường. Cạnh tranh sẽ loại bỏ các nhà sản xuất chế tạo ra các sản phẩm có
chất lượng thấp, giá thành cao. Cạnh tranh bắt buộc các nhà sản xuất phải cải
tiến công nghệ, áp dụng tự động hoá các quá trình sản xuất để tạo ra sản
phẩm tố hơn với giá rẽ hơn. Có rất nhiều ví dụ về các nhà sản xuất không có
khả năng hoặc không muốn cải tiến công nghệ và áp dụng tự động hoá sản
xuất nên dẫn tới thất bại trong thương trường.
* Với những vai trò và ý nghĩa hết sức to lớn như vậy cho nên việc ứng dụng tự
động hoá vào các quá trình sản xuất đang ngày càng được nhiều công ty, nhà máy
trong nước sử dụng rộng rãi. Nó giữ một vai trò quan trọng trong việc thực hiện tíêu
chuẩn hoá bởi chỉ có nền sản xuất tự động hoá mới cho phép chế tạo ra các sản phẩm
có kích cỡ, đặc tính không hoặc ít thay đổi với số lượng lớn một cách hiệu quả nhất.
Đồng thời cạnh tranh bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng tự
động hoá vào các quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm tốt hơn, số lượng nhiều hơn
với giá thành rẽ hơn.
* Khâu phân loại là công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất sản phẩm, nó
trực tiếp quyết định sự đồng đều của mỗi loại sản phẩm. Không những vậy quá trình
Trang 7


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

phân loại còn phải đáp ứng được yêu cầu năng suất của dây chuyền thiết bị sản xuất
khác, do đó việc ứng dụng tự động hóa vào quá trình này là thật sự cần thiết.

Một số hình về hệ thống sản xuất tự động trong công nghiệp

a) Băng tải nạp liệu cầu cảng

Trang 8


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

b)Chiết rót định lượng bán tự động

c) Hệ thống phân loại sản phẩm

Hình 1.3: Hệ thống sản xuất bia
1.2 GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
Trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, cơ khí nói chung đóng
một vai trò rất quan trọng. Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ,
cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh tế thị trường.
Chính vì vậy đã xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp giữa
cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới.
Lĩnh vực Cơ khí tự động hóa. Trên thế giới, cơ khí tự động hoá để xuất hiện từ khá
lâu và phát triển rất mạnh, nhưng tại Việt Nam đây vẫn là một lĩnh vực mới và đang
trong quá trình hình thành và phát triển Một trong những sản phẩm của cơ điện tử - tự
động hoá là những hệ thống phân loại và đếm sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong
công nghiệp. Bên cạnh đó nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng. Nắm được tầm quan

trọng của hệ thống nhóm thực hiện nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mô hình hệ
thống phân loại và đếm sản phẩm. Sản phẩm cũng như kết quả đạt được ngày hôm nay
tuy không có gì lớn lao nhưng đó là những thành quả bước đầu trước khi chúng em ra
trường bước vào một cuộc sống mới.

Trang 9


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI VÀ PHÂN LOẠI SAN PHẨM
2.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN
a)Các phương án nạp liệu:
-Phương án 1:Băng chuyền di chuyển phôi
-Phương án 2:Pittông đẩy hộp đến và hệ thống rót nạp liệu
Chọn phương án 1
b)Các phương án vận chuyển:
-Phương án 1:Vận chuyển bằng bằng chuyền
-Phương án 2:Vận chuyển bằng Pittông
-Phương án 3:Vận chuyển bằng cánh tay Robot
Chọn phương án 1
c)Các phương án phđn loại:
-Phương án 1:Phân loại theo tính từ
-Phương án 2:Phân loại theo màu sắc
-Phương án 3:Phân loại theo khối lượng
-Phương án 3:Phân loại theo kích thước
Chọn phương án 1

2.2 SƠ ĐỒ TOÀN HỆ THỐNG

Trang 10


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

2.3 LẬP CHU TRÌNH LÀM VIỆC HỆ THỐNG
2.3.1 CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ VẬN TAI
2.3.1.1 BĂNG CHUYỀN
Băng chuyền là thiết bị vận tải dùng để chuyên chở các vật thành phẩm hay bán
thành phẩm trong các phân xưởng, nhà máy sản xuất theo dây chuyền theo phương
nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớn lắm). Kết cấu của
một băng chuyền cố định như hình vẽ:

Trang 11


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Băng chuyền

Trục tang

2.3.1.2 BỘ TRUYỀN ĐAI
Bộ truyền đai có kết cấu đơn giản gồm hai bánh đai. Bánh đai dẫn D1 và bánh

đai bị dẫn D2 và mộ dây đai
Nguyên lí làm việc: cơ năng được truyền bán đai dẫn sang bánh đai bị dẫn nhờ
vào dây đai và bánh đai

Bộ truyền đai hoạt động theo nguyên lí ma sát: công suất truyền cho bánh chủ
động (1) truyền cho bánh bị động (2) nhờ vào ma sát dây đai (3) và bánh đai (1), (2)
Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt được xác định công thức: F=n*f
Các thông số bộ truyền đai
-Lực căng dây ban đầu Fo
-Khoảng cách trục A
-n1, n2 tốc độ banh quay dẫn và bị dẫn
-d1, d2 đường kính trục dẫn và bị dẫn
Tùy theo loai mà ta chia các loại sau:

Trang 12


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Ưu nhược điểm của bộ truyền đai
Ưu điểm
-Cấu tạo đơn giản
-Giá thành rẻ
-Chuyển động êm
-Dễ chế tạo
Nhược điểm
-Kích thước cồng kềnh khi tỉ số truyền lớn
-Không đảm bảo chính xác về tỉ số truyền

-Do có lực căng đai ban đầu nên tạo áp lực lên trục và gối đỡ
2.4 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG
2.4.1 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA HỆ DẪN ĐỘNG
Trong quá trình vận chuyển sản phẩm, do yêu cầu về năng suất vận chuyển khác
nhau do đó ta cần phải tính toán và lựa chọn.
- Số liệu ban đầu.
+ Năng suất vận chuyển Q= 3Kg/Giờ.
+ Vận tốc di chuyển sản phẩm v=0.05 m/s.
+ Chiều dài vận chuyển băng tải chính L = 600 mm (L = 0.6m)
+ Chiều dài vận chuyểnbăng tải phụ là L = 500mm (L =0.5m)
+ Mỗi chi tiết có trọng lượng tối đa là 0.02kg.
+ Góc đặt băng tải β = 0o
+ Bề rộng băng tải là 750mm
F= Kb . b2
Trang 13


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

2.4.2PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN CỦA BỘ HỆ THỐNG.
2.4.2.1 TÍNH LỰC KÉO BĂNG TAI.

6

7

1 2 3
5

4

Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động băng tải.
Trong đó:
1. Động cơ.
2. Phanh thường đóng.
3. Khớp nối.
4. Bộ truyền đai
5. Bộ truyền trục vít-bánh vít.
6. Trục tang dẫn.
7. Con lăn.
Lực kéo băng tải phải khắc phục được các lực căng do ma sát gây ra giữa băng
tải với các con lăn và ma sát trong ổ trục con lăn. Nếu gọi q là trọng lượng của 1 đơn
vị dài vật liệu trên băng. Ta có:
q=

Q
(Theo trang 112-16.5[2]).
0,36.v
3

q= 0,36.0,05 = 167 (N/m).

Trang 14


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Lực kéo băng tải: Khi chuyển động, băng tải chịu tác động của rất nhiều lực như
lực ma sát lăn, tải trọng …nên:
Wc = Wkt + Wt = K (q + 2qb + qc, 1 + qc,,1 ) L.ω , . cos β + L.q. sin β ( N )

Trong đó:
q : Trọng lượng phân bố trên 1m dài của vật liệu.
qb : Trọng lượng phân bố trên 1m dài của vật liệu tấm băng cao su.
qc′1 : Trọng lượng phần quay của con lăn phân bố trên 1m dài nhánh có tải.
qc′′1 : Trọng lượng phần quay của con lăn phân bố trên 1m dài nhánh không tải.

L: Chiều dài băng tải.
ω ′ : Hệ số cản chuyển động.

Wkt: Lực cản chuyển động trên nhánh không tải.
Wt: Lực cản chuyển động trên nhánh có tải.
Wc : Lực cản khi băng tải đi qua đoạn căng.
Gcl , Gcl′′ : Trọng lượng phần quay của con lăn trên nhánh có tải, không tải.
lc′1 , lc′′1 : Khoảng cách giữa hai con lăn trên nhánh có tải, không tải.

Vì β = 0  Wc = K (q + 2qb + qc′1 + qc′′1 ).L.ω ′
Trong đó:
q = 167( N )
qb = (10 → 12) N . Chọn qb = 12( N ).
qcl′ =

Gc,1 120
=
= 120( N ). Với lc,1 = 1m; Gc,1 = qb .g.lc′1 = 120( N )
,

lc1
1

qc′′1 =

Gc′′1 1509
=
= 1509( N ) .Với lc′′1 = 1m;
lc′′1
1

Gc′′1 = (q + qb ).g .lc′1 = 1509( N )

Theo trang 123-B16.7[2] ta chọn: ω ′ = 0.25
Theo trang 120-B16.5[2] ta chọn: K=1,1
Vậy lực kéo băng tải : P = Wc = 1,1 / 2.(167 + 2.3).0,42.0,05 = 20( N )
Chọn hiệu suất băng tải là n = 0,75
Công suất băng tải N = (20.0,05)/(0,75.1000) = 1,3W
Ta chọn động cơ 2W
2.4.3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐAI
Trang 15


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

2.4.3.1 CHỌN LOẠI ĐAI
Do yêu cầu làm việc êm và độ bền cao nên chọn lại đai thang cho thiết kế.
Giả sử vận tốc truyền V ≥ 5m / s . Với công suất truyền động tính được ở phần

trước là 0,6(kw). Theo trang 92-B5[1] ta chọn tiết diện đai có kích thước như sau:
Loại đai O

Loại đai A

a0 = 8,5

a0 = 11

h=6
a=10

h=8
a=13

h0 = 2,1

h0 = 2,8

F = 47(mm 2 )

F = 81(mm 2 )

Với F là diện tích mặt cắt ngang của đai.
a

h

0

h

a0

r

så âäö
tiãú
t diãû
n dai thang

Hình 5.2. Sơ đồ tiết diện đai hình thang
4.2.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG CỦA ĐAI ĐỐI VỚI ĐAI LOẠI O
1. ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH D1 BÁNH ĐAI NHỎ
Đường kính D1 bánh đai nhỏ :
D1 =20(mm).(Theo trang 93-B5.14[1])

Kiểm nghiệm vận tốc của đai:
V=

π .D1 .n1
≤ Vmax = (25 ÷ 30)(m / s) ).(Theo trang 93-B5.18[1])
60.1000

V =

3,14.20.1000
= 1.1 ≤ Vmax = (25 ÷ 30)(m / s )
60.1000

Ta có:

Hình 5.3. Sơ đồ bộ truyền động đai
2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH D2 BÁNH ĐAI LỚN
Trang 16


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Đường kính bánh đai lớn: Theo trang 84-5.4[1] ta có:
D2 = i đ .D1 (1 − ξ )

Trong đó:
i đ =8 : Tỷ số truyền của bộ truyền đai.

ξ =0,02: Hệ số trượt của đai hình thang.

Vậy:
D2 =8.20(1-0,02) = 157(mm)

Ta chọn lại giá trị đường kính bánh đai hình thang. Theo trang 93-B5.15[1] ta có:
D2 = 200(mm)

3. ĐỊNH LẠI SỐ VÒNG QUAY
Với đường kính đã có ta xác định lại số vòng quay thực n ′2 của bánh bị dẫn trong 1
phút.
n ′2 = (1 − ξ )

D1
.n1 (Theo trang 85-5.8[1])
D2

Với n1 là số vòng quay của trục dẫn.
Ta có :
n ′2 = (1 − 0,02).

20
.1000 = 490(V / ph)
40

Trang 17


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

CHƯƠNG III:
BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
3.1 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
Phôi được chuyển trên băng tải chính, khi đến nơi chuyển tiếp công tắc hành
trình và nam châm xác định được vật làm băng chuyền ngưng hoạt động. Phôi sẽ được
công tắc hành trinh xác định vật kim loại và phi kim rồi chuyển đến vi điều khiển. sau
đó piston 1 đẩy sang băng chuyền phụ để tiến hành phân loại. Nếu phôi là phi kim
piston 2 sẽ đẩy vào thùng chứa phi kim rồi dừng lại. Nếu phôi là kim loại sẽ đến vị trí
piston 3 đẩy vào thùng chứa kim loại.
3.2 HỆ THỐNG ĐIỆN
3.2.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MÔT CHIỀU

3.3 HỆ THỐNG KHÍ NÉN
3.3.1 TRONG LĨNH VỰC ĐIỀU KHIỂN
3.3.2 TRONG LĨNH VỰC TRUYỀN ĐỘNG
3.3.3 MẠNG ĐƯỜNG ỐNG KHÍ NÉN
3.3.4 VAN ĐAO CHIỀU
3.3.5 PISTON
3.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.4.1 Công tắc hành trình
Công tắt hành trình là công tắc có chức năng đóng mở mạch điện, được đặt trên
đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác
động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình
được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc
khởi động cho một thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các
mục đích như:
− Giới hạn hành trình: (Khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ

làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu → nó không thể vượt qua vị trí giới hạn).
− Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, PLC hay vi điều khiển để khi cơ cấu
đến vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ
cấu đó).

Trang 18


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Một số loại công tắc hành trình
Từ những phân tích trên ta thấy ta thấy so với cảm biến quang, công tắc hành

trình có độ nhạy kém hơn, phạm vi tác động cũng bị hạn chế.
Tuy nhiên, nó có ưu điểm là khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, có
độ ổn định cao, khả năng chống nhiễu tốt so với cảm biến quang dễ bị ảnh hưởng bởi
nhiễu. Để sát với thực tế sản xuất của một nhà máy Nhóm đồ án chọn công tắc hành
trình làm thiết bị nhận dạng, phân loại sản phẩm.
3.4.2 NAM CHÂM
3.4.3 KHỐI NGUỒN ( NGUỒN MÁY TÍNH)
3.4.4 TỔNG QUAN PLC, NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BAN
Hiện nay nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy
sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control). Hệ
thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong
hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương
pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng
điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản,
ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những tác vụ khác, như làm tăng khả năng cho
những hoạt động phức tạp.

Trang 19


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

Bộ nhớ chương
trình.

Panel
lập trình.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Đơn vị

Khối ngõ
vào.

điều khiển.

Bộ nhớ dữ
liệu.

Khối ngõ
ra.

Mạch giao tiếp
cảm biến.

Mạch công suất & cơ
cấu tác động.

Sơ đồ khối bên trong PLC.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ
quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu
điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào
và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động
(actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers)
ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên, cần
phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công
suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có sự
thay đổi nào về mặt kết nối dây; sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển

trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm
là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền
thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có các đặc
điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
− Khả năng chống nhiễu tốt.
− Cấu trúc dạng module do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm
module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm module chuyên dùng).
− Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá.
− Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat dể hiểu và
dể sử dụng.
− Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các
máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.

Trang 20


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kĩ sư hãng General Motors. Vào
năm 1968 họ đã đề ra các chỉ tiêu kĩ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển
trong công nghiệp:
− Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà
máy.
− Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
− Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp.
− Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơle chức năng tương

đương.
− Giá thành cạnh tranh.
Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kĩ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu
về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra
thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: tập lệnh từ các lệnh logic
đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó là các lệnh
xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu số thực 32
bit, xử lý thời gian thực đọc mã mạch, vv...
Đồng thời sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả, như bộ nhớ
lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều moduel chuyên dùng hơn. Vào những
năm 1976 PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra bằng kĩ thuật truyền thông,
khoảng 200 mét .
Các họ PLC của các hãng sản xuất phát triển từ loại hoạt động độc lập chỉ với 20
ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước đến các PLC có cấu trúc
module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và các chức năng chuyên dùng khác .
−
−
−
−
−

Xử lý tín hiệu liên tục (analog).
Điều khiển động cơ servo, động cơ bước.
Truyền thông.
Số lượng ngõ vào/ra.
Bộ nhớ mở rộng.

Với cấu trúc module cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều
khiển dùng PLC với chi phí và công sức ít nhất.
3.4.5 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN, NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BAN

3.4.5.1 SO SANH CÁC HỆ THÔNG ĐIỀ KHIỂN

Bảng1.1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển.
Chỉ tiêu so sánh
Giá thành từng

Rơle
Khá thấp

Mạch số
Thấp
Trang 21

Máy tính
Cao

PLC
Thấp


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.
chức năng
Kích thước vật lý
Tốc độ điều khiển
Khả năng chống
nhiễu
Lắp đặt

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

Lớn
Chậm

Rất gọn
Rất nhanh

Khá gọn
Khá nhanh

Rất gọn
Nhanh

Xuất sắc

Tốt

Khá tốt

Tốt

Mất nhiều thời gian

Lập trình và lắp

lập trình

đặt đơn giản

Mất thời gian
thiết kế lắp đặt

Mất thời
gian thiết
kế

Khả năng điều
khiển tác vụ phức
tạp
Để thay đổi điều
khiển
Công tác bảo trì

Không

Có

Có

Có

Rất khó

Khó

Khá đơn giản

Rất đơn giản

Kém, có rất
nhiều công tắc

Kém, nếu
IC được
hàn

Kém, có nhiều mạch
điện tử chuyên dùng

Tốt, các modul
được tiêu chuẩn
hóa

Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho
nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi.
3.6 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
=============================================================
;chương trình điều khiển hệ thống phân loại kim loại phi kim
;người viết: nhóm 2
;người hướng dẩn: ThS. Nguyễn Thế Tranh
;
===================================================
=================
org 000h
ljmp main
;***************************khai bao bien******************************
loop equ 20h
delay_T1 equ 21h
delay_T2 equ 22h
delay_T3 equ 23h
delay_s1 equ 24h

delay_s2 equ 25h
delay_s3 equ 26h
;--------------------------khai báo đầu vào---------------------------start bit p3.0;phím khởi động hệ thống
cb1 bit p3.1;cảm biến vật thể 1
klpk bit p3.2 ;cảm biến kim lại
ptnc bit p3.3 ;cảm biến piston ở vị trí ngoài cùng
cb2 bit p3.4; cảm biến vật thể 2
Trang 22


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

ledkt bit p2.0 ;led báo xác nhận vật kim loại
;-------------------------khai bao dau ra-----------------------------dc1 bit p1.0 ;động cơ băng chuyền chính
pit1 bit p1.1; piston 1
dc2 bit p1.2; động cơ băng chuyền phụ
pit2 bit p1.3; piston 2
pit3 bit p1.4; piston 3
;*************************chuong trình chính***************************
org 0003h
ljmp phanloaikimloai
reti
org 30h
main:
mov p1,#00h
mov p2,#0ffh
mov p3,#0ffh
mov loop,#20

;------------------------kiểm tra phím ấn---------------------------;kiểm tra phím khởi động có ấn không
chongrung1:
jb start,quaylai1
acall delay_50us
djnz loop,quaylai1
kt1:
chongrung2:;kiểm tra cảm biến vật thể 1
setb dc1;cho động cơ băng chuyền chính chạy
acall delay_50us
jb cb1,qkt1
djnz loop,qkt1
kt2:
setb dc1
acall delay_1s
clr dc1;dừng động cơ băng chuyền chính
chokiemtra:
mov IE,#10000001b;dùng ngắt ngoài(p3.2)
acall delay_50us
djnz loop,chokiemtra
jmp phanloaiphikim
ret
;phân loại vật phi kim
phanloaiphikim:
acall delay_1s
dayvat1:;đẩy vật vào băng tải phụ
setb pit1
acall delay_5ms
jb ptnc,dayvat1
sjmp chaybtp
chaybtp:

Trang 23


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

clr pit1
acall delay_1s
setb dc2
acall delay_50us
;kiểm tra vật tới vị trí đẩy vật vào thùng chưa
chongrung3:
jb cb2,qkt2
djnz loop,qkt2
ljmp dayvat2
ret
;đưa vật kim loại vào thùng chứa phi kim
dayvat2:
setb dc2
acall delay_1s
clr dc2
setb pit2
acall delay_4s
clr pit2
ljmp main
ret
;phan loai kim loai
phanloaikimloai:
clr ledkt

acall delay_1s
dayvat3:;đẩy vật vào băng chuyền phụ
setb pit1
acall delay_5ms
jb ptnc,dayvat3
sjmp chaybtp1
chaybtp1:
clr pit1
;kiểm tra vật tới cảm biến chưa
chongrung4:
setb dc2
jb cb2,qkt3
acall delay_50us
djnz loop,qkt3
ljmp dayvat4
ret
;đưa vật vào thùng chứa kim loại
dayvat4:
setb dc2
acall delay_4s
clr dc2
acall delay_1s
setb pit3
acall delay_4s
clr pit3
Trang 24


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.

GVHD: Ths. Nguyễn Thế Tranh

ljmp main
ret
quaylai1: ljmp chongrung1
qkt1: ljmp chongrung2
qkt2: ljmp chongrung3
qkt3: ljmp chongrung4
;các chương trình delay
delay_4s:
mov delay_s1,#28h
s1: mov delay_s2,#200
s2: mov delay_s3,#250
s3: djnz delay_s3,s3
djnz delay_s2,s2
djnz delay_s1,s1
ret
delay_50us:
mov r1,#25
djnz r1,$
ret
delay_5ms:
mov r2,#10
a1: mov r3,#250
a2: djnz r3,a2
djnz r2,a1
ret
delay_1s:
mov delay_T1,#10
set1: mov delay_T2,#200

set2: mov delay_T3,#250
set3: djnz delay_T3,set3
djnz delay_T2,set2
djnz delay_T1,set1
ret
end

CHƯƠNG IV:
KẾT LUẬN

4.1 KẾT QUA
Sau khi hoàn thành đề tài này, chúng em đã nắm bắt được những kiến thức cơ
bản về các lĩnh vực điều khiển lập trình, cảm biến - đo lường, các thiết bị vận tải, cơ
cấu truyền động, cơ cấu chấp hành. Nắm vững các công cụ hỗ trợ vẽ và thiết kế.
Trang 25