ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:
ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI

Hà Nội - 2018


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của nghiên cứu .................................................................... 1
2. Các vấn đề đặt ra ........................................................................................ 2
3. Ứng dụng.................................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2
5. Kết quả đạt được của đề tài ........................................................................ 3
6. Phạm vi giới hạn ........................................................................................ 3
CHƢƠNG 1: ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG ................ 4
1.1 Tổng quan đếm và phân loại sản phẩm.................................................... 4
1.1.1 Đếm sản phẩm.................................................................................... 5
1.1.2 Phân loại sản phẩm ............................................................................ 7
1.2 Ứng dụng đếm và phân loại sản phẩm trên băng tải............................. 12
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ
ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI ........................................................ 18
2.1 Phần cơ khí ............................................................................................. 18
2.1.1 Động cơ điện một chiều ................................................................... 18
2.1.2 Hệ thống băng tải ............................................................................. 20
2.2 Hệ thống điều khiển ............................................................................... 23
2.2.1 Giới thiệu về PLCS7-200................................................................. 23
2.2.2 Cảm biến ......................................................................................... 26

2.2.3 Piston khí nén ................................................................................... 28
2.2.4 Van điều khiển đảo chiều................................................................. 34
2.2.5 Rơ le trung gian ............................................................................... 36
2.2.6 LED 7 thanh và ghi dịch 74HC595 ................................................ 37
2.2.7 Nút nhấn ........................................................................................... 41


CHƢƠNG 3: ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BĂNG TẢI VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG.. 42
3.1 Điều khiển ổn định tốc độ băng tải ........................................................ 42
3.1.1 Hệ thống băng tải ............................................................................. 43
3.1.2 Động cơ điện 1 chiều ....................................................................... 44
3.1.2.2 Mô hình toán của động cơ điện một chiều ................................... 45
3.1.2.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ có khâu phản hồi............................. 47
3.2 Điều kiện phân loại sản phẩm ............................................................... 48
3.3 Chương trình điều khiển ........................................................................ 51
3.4 Đếm sản phẩm........................................................................................ 57
3.4 Kết quả nghiên cứu ............................................................................... 57
KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ .......................................................................... 59
1. Kết quả ..................................................................................................... 59
2 Đánh giá ................................................................................................... 59
3 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục ...................................................... 60
4 Hướng phát triển ....................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 61


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ...................................... 8
Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.................................. 10

Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng ................................. 11
Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bằng PLC ..................................... 13
Hình 2.1: Một số loại động cơ trên thực tế ..................................................... 19
Hình 2.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều...................................................... 19
Hình 2.3: Cấu tạo chung băng tải .................................................................... 22
Hình 2.4: Các thành phần cơ bản của PLC .................................................... 23
Hình 2.5: Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 ............................................. 27
Hình 2.6: Cảm biến màu sắc TCS3200 ........................................................... 27
Hình 2.7: Sơ đồ đấu chân của cảm biến màu sắc TCS3200 với Arduino....... 28
Hình 2.8a: Xylanh tác động đơn ..................................................................... 31
Hình 2.8b: Xylanh tác động kép ..................................................................... 31
Hình 2.9: Xylanh khí nén tác động kép MAL 16X 100 ................................. 32
Hình 2.10: Các ống nối với cửa của xylanh và van ........................................ 32
Hình 2.11: Hệ thống khí nén. .......................................................................... 33
Hình 2.12: Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của van điều khiển đảo chiều khí nén ... 34
Hình 2.13: Van điện từ AIRTAC 4V110-06................................................... 35
Hình 2.14: Cấu tạo của rơle trung gian ........................................................... 36
Hình 2.15: Rơle Omron MY2N DC24 ............................................................ 37
Hình 2.16: Led 7 thanh.................................................................................... 38
Hình 2.17: Sơ đồ vị trí các chân ...................................................................... 39
Hình 2.18: Ghép nối qua ghi dịch LS74HC595 .............................................. 40
Hình 2.19: Nút nhấn ........................................................................................ 41
Hình 3.1 : Hệ thống băng tải ........................................................................... 43
Hình 3.2 : Rulo chủ động ................................................................................ 44
Hình 3.3: Rulo bị động .................................................................................... 44


Hình 3.4: Dây đai ............................................................................................ 44
Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống. ....................................................................... 45
Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều........................................... 46

Hình 3.7: Mô hình mạch vòng tốc độ khi có mạch vòng dòng điện ............... 47
Hình 3.7 Sơ đồ mạch nguyên lí ....................................................................... 57
Hình 3.8 Mạch 3D ........................................................................................... 57
Hình 3.9 Mạch in............................................................................................. 57
Hình 3.10 Mô hình thực tế .............................................................................. 58


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của nghiên cứu
Trong nền kinh tế hiện nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất
và đời sống ngày càng phổ biến. Nhưng các ứng dụng sáng tạo và khoa học
kỹ thuật thuờng chỉ áp dụng được cho những nhà máy có mô hình sản xuất
tiên tiến với quy mô kinh doanh lớn.
Tuy nhiên, tại những nhà máy, xí nghiệp nhỏ hay các hợp tác xã nông
thôn ở địa phương vẫn còn sản xuất theo mô hình thủ công, chủ yếu dựa vào
sức người lao động.
Do đó, chúng em quyết định nghiên cứu về đề tài “Ứng dụng PLC điều
khiển tự động đếm và phân loại sản phẩm trên băng tải” nhằm đưa việc ứng
dụng khoa học kỹ thuật vào mô hình sản xuất thô sơ tại địa phương, các mô
hình sản xuất nhỏ. Bên cạnh mạch đếm sản phẩm thông thuờng, chúng em
còn nghiên cứu thêm cách phân loại sản phẩm (phân loại sản phẩm theo màu
sắc và chiều cao).
Chúng em sử dụng phân loại sản phẩm trên băng tải vì băng tải là một
thiết bị khá phổ biến trong các mô hình sản xuất. Đồng thời chúng em sử
dụng PLC là một bộ lập trình logic công nghiệp khá nhỏ gọn và giá thành
tương đối phù hợp.
Việc sử dụng mô hình này vào mô hình sản xuất sẽ góp phần giúp người
lao động bớt vất vả, đồng thời làm tăng chất luợng sản phẩm và lợi nhuận
kinh tế.
Trong các quá trình sản xuất, một dây chuyền không thể nào đảm bảo

là sản phẩm nào ra đời cũng đều đúng tiêu chuẩn về chiều cao, chủng loại,
cân nặng...
Vì vậy dây chuyền phân loại sản phẩm ra đời và đã đáp ứng hiệu quả các
vấn đề khó khăn đặt ra. Với nhiều tính năng ưu việt như nhiên liệu đầu vào
được đưa vào khí nén đều hoàn toàn an toàn và thân thiện với môi trường,
phòng chống được việc cháy nổ, tốc độ truyền nhanh... cùng với đó là việc kết
1


hợp với PLC là một bộ lập trình logic công nghiệp. Đặc trưng của PLC là
việc sử dụng vi mạch để xử lí thông tin và ta có thể thay đổi công nghệ, cải
tạo dựa trên công nghệ và phẩn mở rộng chứ không thay thế toàn bộ công
nghệ mới. Đó hoàn toàn là những sự kết hợp hay và hiệu quả cả về điện khí
nén và tự động.
2. Các vấn đề đặt ra
Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo
chiều cao có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ
và hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển của PLC.
Ngoài ra còn có các vấn đề khác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp,
tính toán thông số chi tiết...
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật
của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có
tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không
bị hỏng.
3. Ứng dụng
Đề tài mà chúng em thiết kế có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều

lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm.
Với hệ thống tự động hóa này thì chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi
kèm với giảm thiểu chi phí sản xuất.
Ngày nay khi khoa học công nghệ kỹ thuật phát triển thì tự động hóa đã và
đang góp phần rất lớn vào quá trình sản xuất thay thế sức lao động của con người.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài “ Ứng dụng PLC điều khiển tự động đếm và phân loại sản phẩm
trên băng tải” đã được nhiều sinh viên của các trường nghiên cứu và thực
2


hiện. Mô hình này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số nhà
máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án,
chúng em đã áp dụng phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp phân
tích nghiên cứu tài liệu kết hợp với tìm kiếm thông tin.
5. Kết quả đạt đƣợc của đề tài
Đề tài sẽ là cơ sở quan trọng để các giảng viên có điều kiện giới thiệu một
cách trực quan nhất cho sinh viên nghiên cứu, tìm hiểu về mô hình dây
chuyền sản xuất trong thực tế được thực hiện một cách tự động hóa. Bên cạnh
đó mô hình cũng đáp ứng được yêu cầu về đào tạo thực hành tại trường trong
điều kiện thực tế chưa cho phép sinh viên được đi thực tế tại cơ sở sản xuất.
Đề tài cũng là một tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn đồng nghiệp,
các bạn sinh viên trong công việc cũng như trong quá trình học tập của mình.
6. Phạm vi giới hạn
Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát
triển từ lâu. Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn
thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đề tài
nghiên cứu, với những giới hạn về kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài giới
hạn bởi:
- Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 104 x 27 x 30 (cm)

- Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén.
- Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston.
- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều.
- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.
- Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V.

3


CHƢƠNG 1: ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG

1.1 Tổng quan đếm và phân loại sản phẩm.
Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống tự động hoặc bán tự động nhằm
chia sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói
hay loại bỏ sản phẩm hỏng.
- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm:
+ Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự
động, có sự tham gia của con người hay không, mức độ đến đâu, điều khiển
bằng PLC, vi xử lí.
+ Theo màu sắc : Màu sắc sẽ được cảm biến nhận biết chuyển sang tín
hiệu điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ vi xử lí.
+ Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên ngoài.
Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác nhau tùy vào yêu cầu và sự khác
biệt của phôi với nhau.
Bên cạnh các băng tải để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn
được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm. Còn rất nhiều dạng
phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như : Phân loại sản
phẩm theo kích thước, phân loại sản phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm
theo hình ảnh...
Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nhau nên có nhiều thuật toán,

hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này
có thể đan xen, hỗ trợ nhau. Ví dụ như muốn phân loại vải thì cần phân loại
về kích thước và màu sắc, về nước uống ( như bia, nước ngọt) cần phân loại
theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân loại
gạch granitr theo hình ảnh...

4


- Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang : sản phẩm chạy trên
băng tải ngang qua cảm biến quang thứ 1 nhưng chưa kích thích cảm biến
quang thứ 2 thì được phân loại vật thấp nhất khi sản phẩm qua 2 cảm biến
đồng thời thì được phân loại vật cao nhất.
- Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm nhưng cảm biến
phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng tải, khi sản phẩm đi ngang qua nếu
cảm biến nào nhận được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự
động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng.
- Phân loại sản phẩm dùng webcam: Sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm
khi chạy qua và đưa cảnh về so sánh với ảnh gốc. Nếu giống thì cho sản phẩm
đi qua, còn nếu không thì loại sản phẩm đó.
1.1.1 Đếm sản phẩm
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khoa học kỹ
thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó kỹ thuật số đóng vao trò quan trọng trong
mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp
thông tin... do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả
nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và
trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.
Xuất phát từ những đợt đi thực tế tại nhà máy và tham quan các doanh
nghiệp sản xuất điện tử, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong
quá trình sản xuất.Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất

tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa
hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì
mà vẫn còn sử dụng nhân công.
Chúng ta có thể sử dụng đếm tự động và đếm bằng tay tuy nhiên thì đếm
sản phẩm tự động giúp chính xác, nhanh chóng và tiết kiệm nhân công.

5


Đếm sản phẩm có nhiều phương pháp đó là :
- Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại.
- Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí.
- Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển.
* Mạch đếm sản phẩm dùng IC rời có :
+) Ƣu điểm:
- Cho phép tăng hiệu suất lao động
- Đảm bảo độ chính xác cao.
- Tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao.
- Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những
sản phẩm lớn.
- Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc acquy.
- Khả năng đếm rộng.
- Giá thành hạ.
- Mạch đơn giản dễ thực hiện.
Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số
đếm. Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc lòng phải thay đổi
phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều
khi yêu cầu đó không thực hiện được bằng phương pháp này.
Với sự phát triển mạnh của ngành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ

vi xử lí và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ
thuật vi điều khiển đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp
dùng IC rời kết nối lại không thực hiện được.
* Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí :
Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì
mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau :
Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần
mềm, trong khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời không

6


thể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà
người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm.
- Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn.
- Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời và có phần
cài đặt số đếm ban đầu.
- Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất.
- Mạch có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúc
bằng phần mềm.
- Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho
những người quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua
màn hình của máy vi tính.
Nhưng trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu nhưng
kinh tế do đó chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi
điều khiển.
* Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển:
Ngoài những ưu điểm có được của hai phương pháp trên, phương pháp
này có còn những ưu điểm :
Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương

trình có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được.
Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao
tiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện
chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.
1.1.2 Phân loại sản phẩm
Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân
loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong
công việc phân loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc. Một
7


hệ thống hoàn chỉnh có thể phân loại sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động
liên tục và giảm tối đa thời gian trì hoãn hệ thống.Hơn thế nữa, đối với những
công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân
khó đảm bảo được chính xác trong công việc. 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 nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế
trong các nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là
phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo chiều cao.
a. Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
+) Cấu tạo :
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 1.1) có cấu tạo chính gồm:
- Một băng tải.
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng tải.
- Cảm biến nhận biết màu sắc.
8

- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lí tín hiệu.
- Các van đảo chiều.
- Các rơle trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn hệ thống.
- Nút nhấn.
+) Nguyên lí hoạt động :
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều
hoạt động , truyền chuyển động cho băng tải thông qua dây đai. Xylanh piston
sẽ đẩy sản phẩm ra băng tải. Trên băng tải sẽ thiết kế những cảm biến nhận
biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lí sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo
chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau
vào nơi chứa riêng biệt.
+) Ứng dụng :
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong
các dây chuyền sản xuất gạch, ngói, đá granite, trong các dây chuyền phân
loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến nông sản ( cà phê, gạo)... Hệ thống
sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm
việc, nâng cao năng suất lao động.
b. Phân loại sản phẩm theo chiều cao.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao:

9


Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
+) Cấu tạo :
- Hai băng tải.

- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng tải.
- Ba cảm biến nhận biết chiều cao.
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lí tín hiệu.
- Hai van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn hệ thống.
- Nút ấn.
+) Nguyên lí hoạt động:
Khi nhất nút Start điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ
nhất hoạt động, truyền chuyển động cho băng tải thứ nhất thông qua dây
đai.Trên băng tải này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều
cao khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ
PLC xử lí sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển
piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm

10


thấp sẽ được đi đến hết băng tải và được phân loại vào hộp chứa nằm trên
băng tải thứ hai. Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho
băng tải thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng.
+) Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành công nghiệp :
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo,
hoa quả...
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.
c.Phân loại sản phẩm theo hình dạng :

Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng :

Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng
+) Cấu tạo:
- Một băng tải
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng tải.
- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại.
- Cảm biến thị giác camera (Nhận dạng vật thể qua camera).
- Bộ PLC dùng để xử lí tín hiệu.

11


- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.
+) Nguyên lí hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp điện cho động cơ một chiều
hoạt động, truyền chuyển động cho băng tải thông qua dây đai. Trên băng tải
sẽ thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi
qua, cảm biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lí sau đó PLC
đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng sản phẩm có hình dạng khác
nhau vào nơi chứa riêng biệt.
+) Ứng dụng :
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng được ứng dụng trong rất
nhiều ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình
dạng khác nhau như : Gạch, Ngói, Thực phẩm tiêu dùng...
- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại nông sản...
- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.

Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy
có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ như
phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước...Hầu hết cấu tạo và nguyên
lí hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận sản phẩm
phân loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước ) và bộ phận nhận dạng
sản phẩm ( có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát,
cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể ).
1.2 Ứng dụng đếm và phân loại sản phẩm trên băng tải
Hiện nay có 2 hệ điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp đó
là PLC và vi điều khiển.
* Hệ thống sử dụng hệ điều khiển PLC

12


+ Sơ đồ khối.
Động cơ băng tải
và hệ thống xi
lanh khí

Cảm biến

PLC
Nút nhấn

Hiển thị qua
Led7 thanh

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bằng PLC
PLC sẽ nhận tín hiệu cài đặt từ nút nhấn và tín hiệu từ cảm biến để điều

khiển đếm và phân loại. PLC xử lý các tín hiệu đó thông qua chương trình lập
trình để điều khiển động cơ băng tải, hệ thống xylanh khí và hiển thị số sản
phẩm đã qua băng tải lên Led 7 thanh.
+Ưu, nhược điểm của PLC.
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển
cũng như các khái niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có những
ưu điểm sau:
- Giảm đến 80% số lượng dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
- Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh
chóng và dễ dàng.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không
có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng
- Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
- Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.
13


- Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều
này làm tăng tốc độ và năng suất PLC .
- Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn
giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
- Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học.
- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương
trình phức tạp.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác nhau: máy tính, kết
nối mạng Internet, các Modul mở rộng
- Giá bán cạnh tranh.

Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình
được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường
khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư
hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng
cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất
được đáp ứng trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên
cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ
thống hoạt động tự động.
* Hệ thống sử dụng vi điều khiển.

14


+ Sơ đồ khối.

Khuếch đại
hiệu chỉnh

Cảm biến

Nút nhấn

Vi điều khiển

Khối công
suất

Động cơ
băng tải

Led 7 thanh

Hình1.5: Sơ đồ khối của hệ thống sử dụng vi điều khiển
Vi điều khiển sẽ nhận tín hiệu cài đặt số sản phẩm thông qua nút nhấn.
Khi có tín hiệu từ cảm biến qua các khối khuếch đại hiệu chỉnh đưa tín hiệu
vào vi điều khiển. Vi điều khiển xử lí tín hiệu và xuất ra điều khiển trên Led 7
thanh hiển thị số sản phẩm và qua các khối công suất để điều khiển động cơ
băng tải.
+ Ưu, nhược điểm của vi điều khiển
Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần
nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu
mạch điện dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao
tiếp trực tiếp với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần
cứng dành cho người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là
khả năng xử lí bị giới hạn (tốc độ xử lí chậm hơn và khả năng tính toán ít
hơn,dung lượng chương trình bị giới hạn). Thay vào đó, vi điều khiển có giá
thành rẻ, việc sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều
ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp.

15


Kết luận: Dựa vào yêu cầu của đề tài và ứng dụng của hệ thống trong
công nghiệp nên chúng em chọn hệ thống điều khiển bằng PLC cho mô hình
đếm và phân loại sản phẩm trên băng tải kết hợp với sử dụng arduino và Led
7 thanh hiện thị số sản phẩm đếm được.
* BÀI TOÁN:
Một nhà máy sản xuất ra 4 loại sản phẩm có cùng chất lượng nhưng có
kích thước và màu sắc khác nhau:
+ Loại A: Đỏ thấp 3cm

+ Loại B: Đỏ cao 5cm
+ Loại C: Xanh lá cây thấp 3cm
+ Loại D: Xanh lá cây cao 5cm
Khi nhấn nút START thì đèn hoạt động (HĐ) sáng, đồng thời băng tải
chở sản phẩm hoạt động đưa sản phẩm lần lượt đi qua cảm biến màu và cảm
biến tiệm cận phát hiện chiều cao:
+ Nếu sản phẩm loại A thì piston I đẩy sản phẩm loại A rơi vào thùng
đựng sản phẩm A, bộ đếm đếm lên và hiển thị trên LED 7 thanh. Cứ như vậy
cho đến khi trong thùng có đủ 6 sản phẩm thì đưa số sản phẩm này sang
khâu đóng gói, bộ đếm thực hiện reset đếm lại.
+ Nếu sản phẩm loại B thì piston II đẩy sản phẩm loại B rơi vào thùng
đựng sản phầm B, bộ đếm đếm lên và hiển thị trên LED 7 thanh. Cứ như vậy
cho đến khi trong thùng có đủ 6 sản phẩm thì đưa số sản phẩm này sang
khâu đóng gói, bộ đếm thực hiện reset đếm lại.
+ Nếu sản phẩm loại C thì piston III đẩy sản phẩm loại C rơi vào thùng
đựng sản phầm C, bộ đếm đếm lên và hiển thị trên LED 7 thanh. Cứ như vậy
cho đến khi trong thùng có đủ 6 sản phẩm thì đưa số sản phẩm này sang
khâu đóng gói, bộ đếm thực hiện reset đếm lại.
+ Nếu sản phẩm loại D thì sản phẩm loại D đi đến cuối băng tải rơi vào
thùng đựng sản phầm D, bộ đếm đếm lên và hiển thị trên LED 7 thanh. Cứ
như vậy cho đến khi trong thùng có đủ 6 sản phẩm thì đưa số sản phẩm này
16


sang khâu đóng gói, bộ đếm thực hiện reset đếm lại.
Tổng số sản phẩm đưa vào băng tải được hiển thị trên LED 7 thanh. Nếu
tổng số sản phẩm bộ đếm đếm được là 96 sản phẩm thì bộ đếm dừng đếm.
Nhấn nút STOP tất cả hệ thống dừng.
* Ứng dụng của phân loại và đếm sản phẩm trong bài toán
Dựa theo bài toán thực tế:

- Sản phẩm được phát hiện về chiều cao và màu sắc thông qua các cảm
biến, PLC S7-200 nhận tín hiệu tác động vào các xylanh phân loại sản phẩm
theo 4 loại A,B,C,D.
- Sản phẩm được phát hiện khi qua cảm biến, PLC S7-200 nhận tín hiệu,
lúc này sản phẩm được đếm tự động thông qua bộ ghi dịch được hiển thị trên
Led 7 thanh,thực hiện đếm tổng số sản phẩm được đưa vào băng tải và số
lượng sản phẩm của từng loại, nếu tổng số sản phẩm đưa vào băng tải là 96
sản phẩm thì bộ đếm dừng đếm.

17


CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ
ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI
Dựa vào yêu cầu của đề tài, hệ thống phân loại và đếm sản phẩm tự động
được thiết kế gồm 2 phần chính là: phần cơ khí và hệ thống điều khiển
2.1 Phần cơ khí
2.1.1 Động cơ điện một chiều
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 cao, tải trọng băng tải nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có công suất nhỏ, khoảng 80 90 W, điện áp một chiều 24 V.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một
chiều. Động cơ điện một chiều được dùng 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 một chiều trong dân dụng thường là các 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 bằng phẳng và trong phạm vi rộng. Động cơ điện một chiều
trong thực tế (Hình 2.1).

18


Hình 2.1: Một số loại động cơ trên thực tế
a) Cấu tạo động cơ điện một chiều

Hình 2.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều
1- Cổ góp điện.

2- Chổi than.

3- Rotor.

5- Cuộn cảm.

6- Stator.

7- Cuộn dây phần ứng.

4- Cực từ.

Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.2):
- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
- Rotor (phần động): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình

trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện

19


ghép lại. Mỗi phần tử của dây quấn phần động có nhiều vòng dây, hai đầu với
hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong hai rãnh dưới hai
cực khác tên.
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng
hình trụ, gắn ở đầu trục rotor.
- Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo
và giá chổi điện gắn trên nắp máy.
b) Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng có
dòng điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác
dụng làm cho Rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay
trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho
nhau do có phiến cổ góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng
không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức
điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ
một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện nên còn gọi là sức
phản điện động.
2.1.2 Hệ thống băng tải
Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu
rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất,
các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển
các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than
đá, các loại xỉ lò và trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại bưu kiện, vật liệu hạt
hoặc một số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp

thực phẩm, công nghiệp hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã

20