ĐỒ ÁN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI, ĐẾM VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá
ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động,
linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ...). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện
tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình
PLC thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm
lớn, nhanh, chất lượng cao mà lại giảm chi phí sản xuất. Dây chuyền sản xuất tự
động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao. Đồ
án tốt nghiệp của chúng em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào sản
xuất phân loại sản phẩm theo kích thước.
Để nâng cao kiến thức về ngành điện, nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng
em được làm đồ án tốt nghiệp trước khi kết thúc khóa học. Đồ án tốt nghiệp đối
với chúng em là một sự tập dượt quý báu trước khi bước vào thực tế khó khăn. Đề
tài mang tên “ Nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển, giám sát hệ thống phân
loại, đếm và đóng gói sản phẩm trong phòng thí nghiệm.”
Trong suốt thời gian làm đồ án với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong
Khoa Điện - trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, và đặc biệt là sự hướng dẫn chi
tiết của Th.s Võ Thị Cẩm Thùy, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp được
giao, củng cố lại kiến thức chuyên ngành, mô phỏng được quá trình thực tế, hình
thành cách thức làm việc nhóm, tạo bước đệm cho thực tế sau này.
Xin gửi tới Th.s Võ Thị Cẩm Thùy cùng toàn thể các thầy cô giáo trong
khoa Điện lời cảm ơn chân thành nhất!

Hà Nội, tháng 05 năm 2016


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Võ Thị Cẩm Thùy, giảng viên
Bộ môn Đo lường- Điều khiển - trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội, người đã tận

tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Công
Nghiệp Hà Nội nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Đo lường- Điều khiển nói
riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên
ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em
trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
khoá luận tốt nghiệp.
Hà Nội, tháng 5 năm 2016


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI, ĐẾM VÀ ĐÓNG GÓI
SẢN PHẨM.
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các nghành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi
lĩnh vực khoa học kỹ thuật,quản lý,công nghiệp tự động hóa,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 của nền khoa học thế giới nói chung và trong sự phát triển điều
khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các
khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy
khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong
dây chuyền sản xuất đó là số lượng sản phầm sản xuất ra được các băng tải vận
chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp, phân loại sản phẩm.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn
toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử
dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho năng suất thấp, chưa đạt hiệu quả. Từ
những điều đã được nhìn thấy trong thực tế và những kiến thức mà em đã được

học ở trường, chúng em muốn tăng hiệu suất lao động gấp nhiều lần, đồng thời vẫn
đảm bảo được độ chính xác cao, nên chúng em đã quyết định thiết kế và thi công
một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm, mô phỏng cho quá trình
thực tế và nó thật sự có ý nghĩa khi làm tăng năng suất lao động, giảm sức lao động
của con người, giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm, góp phần chung
vào sự phát triển của xã hội.


1.2. Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm
Từ thời xa xưa con người đã biết phân loại các sản phẩm không những phục
vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho công việc buôn bán và trao đổi hàng hóa.
Nhưng sự phân biệt này còn thô sơ và dùng sức người là chính. Khi nền kinh tế
phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật thì con người đã biết áp dụng
khoa học công nghệ vào sản xuất để máy móc thay thế dần cho sức lao động.
Chính vì thế mà các loại hình phân loại sản phẩm cũng phát triển mạnh mẽ.
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều
trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và
tính lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.
Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt
thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm
và uy tín của nhà sản xuất.Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản
phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy
vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có
những quy mô lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí
cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam. Vì vậy, hiện
nay đa phần chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp,
còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực
con người để làm việc. Bên cạnh các băng chuyền sản phẩm thì một yêu cầu cao
hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm.
1.3. Các hệ thống phân loại sản phẩm

Có 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 màu sắc

•

Phân loại sản phẩm theo khối lượng


•

Phân loại sản phẩm theo mã vạch

•

Phân loại sản phẩm theo hình ảnh

•

Phân loại sản phẩm theo vật liệu

•

Phân loại sản phẩm theo mầu sắc, kích thước và vật liệu

1.3.1. Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc được đặt trên băng chuyền, khi
sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào
sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng. Phát hiện
màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỉ lệ phản chiếu của một màu chính, được
phản xạ bởi các màu khác nhau theo các màu của đối tượng. Bằng cách sử dụng
công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC
phát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang học đơn, E3MC
sẽ thu ánh sáng phản chiếu của các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ các màu xanh lá
cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận.

Hình 1.1. Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc


1.3.2. Phân loại sản phẩm theo khối lượng
Dùng cảm biến trọng lượng, khi sản phẩm đi qua thì cảm biến sẽ tác động,
nếu sản phẩm đạt yêu cầu thì sẽ cho đi, còn nếu không đạt yêu cầu thì sẽ báo sản
phẩm lỗi, cảm biến sẽ đưa tín hiệu tác động tới bộ phận điều khiển để gạt sản phẩm
lỗi.

Hình 1.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng
1.3.3. Phân loại sản phẩm dùng hình ảnh
Sử dụng một camera chụp lại sản phẩm khi chạy qua và đưa ảnh về so sánh
với ảnh gốc. Nếu giống thì cho sản phẩm qua, còn không giống thì loại sản phẩm
đó.


Hình 1.3 Phân loại sản phẩm dùng hình ảnh
1.3.4. Phân loại sản phẩm theo kích thước
Phân loại sản phẩm theo kích thước dùng cảm biến kích thước. Giả sử phân

biệt ba loại sản phẩm cao, thấp, trung bình, khi tín hiệu điều khiển chạy trên băng
chuyền nếu là sản phẩm cao thì cảm biến mức thấp tác động đẩy sản phẩm vào ô
thứ 2 của băng chuyền.

Hình 1.4 Mô hình phân loại sản phẩm theo kích thước
1.3.5. Phân loại sản phẩm theo vật liệu
Thiết bị cho phép phân loại với 2 loại vật liệu cơ bản: kim loại và phi kim.
Các vật mẫu khác nhau chạy trên băng tải sẽ được nhận biết bằng cảm biến tiệm


cận loại điện từ và điện dung, sau đó được đẩy ra các khay tương ứng bằng các
xylanh khí và cảm biến định vị trí khay. Thiết bị vừa phân loại vừa đếm số lượng
sản phẩm, hiển thị LED 7 đoạn.

Hình 1.5 Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu


CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI,ĐẾM
VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
2.1 Tổng quan về mô hình.
Mô hình phân loại đếm, đóng gói sản phẩm trong phòng thí nghiệm được thiết
kế đơn giản gồm: băng tải; pit-tông; các cảm biến quang; van khí nén; động cơ; bộ
điều khiển lập trình PLC, mô phỏng gần giống thực tế trên các dây chuyền tại các
nhà máy sản xuất công nghiệp.
Thuyết minh hoạt động: Khi sản phẩm trên băng tải chạy, tới vị trí cảm biến
loại sản phẩm dài sẽ được cảm biến quang phát hiện đưa tín hiệu mức thấp để điều
khiển pit-tông đẩy sản phẩm ra vị trí sản phẩm dài (cao). Còn ứng với sản phẩm
ngắn (thấp) cảm biến sẽ tác động đẩy sản phẩm tới vị trí sản phẩm thấp (ngắn). Với
những sản phẩm vừa (đạt tiêu chuẩn) thì cảm biến nhận dạng không tác động để

sản phẩm đi thẳng.
Sau khi nghiên cứu thiết kế chúng em đã xây dựng được mô hình như sau:

Hình 2.1.Mô hình của hệ thống


2.2. Giới thiệu các thiết bị có trong mô hình
2.2.1. Băng tải
2.2.1.1. Giới thiệu chung
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,
trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt
hoặc một số sản phẩm khác. Trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp
thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa
hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ
các sản phẩm không dùng được.
2.2.1.2. Ưu điểm của băng tải
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các
hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng.
Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ
dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận
chuyển khác không lớn lắm.


2.2.1.3 Cấu tạo chung của băng tải.

Hình 2.2.Cấu tạo chung băng chuyền

1.

Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.

2.

Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.

3.

Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.

4.

Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và

các yếu tố làm việc.
2.2.1.4 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay.
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có
thể lựa chọn một số loại băng tải sau:
Bảng 2.1: Danh sách các loại băng tải.
Loại băng tải
Băng tải dây đai

Tải trọng
<50 kg

Phạm vi ứng dụng
Vận chuyển từng chi tiết giữa các
nguyên công hoặc vận chuyển thùng

Băng tải lá

25-125 kg

Băng tải thanh đẩy 50-250 kg

chứa trong gia công cơ và lắp ráp.
Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong
gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp
Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ


Băng tải con lăn

30-500 kg

phận trên khoảng cách >50m.
Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa
các nguyên công với khoảng cách <50m.

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận
chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, độ chính xác cao, giá
thành khá đắt.
•

Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn, năng suất của băng

tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chiều dài của
băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là l0 kN.

•

Băng tải xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo :

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi
vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều
xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn
được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng
xi măng.
2.2.1.5. Giới thiệu băng tải trong mô hình.
Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên
trong mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống
dây chuyền trong phòng thí nghiệm với những lý do sau đây:
•

Tải trọng băng tải không quá lớn.

•

Kết cấu cơ khí không quá phức tạp.

•

Dễ dàng thiết kế chế tạo.

•

Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải.

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có một vài nhược điểm như độ chính xác
khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu
tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thời
gian...
2.2.2 Nút ấn
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điện điều khiến bằng tay,
dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều,
điện 1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều
khiển, tín hiệu liên động bảo vệ ...
Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điện
bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở,thường đóng
và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi
không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Các loại
nút ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp định mức là 400V, tuổi
thọ điện đến 200 000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt. Nút ấn màu
đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.


Hình 2.3 Nút ấn Stop và Start.
Trên hình là một số loại nút ấn có trên thị trường và có thể dùng trong mô hình
phân loại sản phẩm.
2.2.3 Động cơ sử dụng trong mô hình.
2.2.3.1 Giới thiệu về động cơ
Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu
tải trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản

của băng tải như là :
•

Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần.

•

Không đòi hỏi độ chính xác, tải trọng băng tải nhẹ.

•

Dễ điều khiển, giá thành rẻ.

Dựa trên những yêu cầu đơn giản như trên, nhóm chúng em chọn động cơ
bước để sử dụng trong mô hình đồ án.
Trong hệ thống tự động và trong máy tính điện tử ngày càng sử dụng rộng
rãi hệ thống truyền động rời rạc.
Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành
đặc biệt gọi là động cơ bước. Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng phổ
biến các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện áp thành các chuyển động


góc quay hoặc chuyển động của rotor và có khả năng cố định rotor vào những vị
trí cần thiết.
Động cơ bước làm việc nhờ có bộ chuyển mạch điện tử để đưa tín hiệu điều
khiển vào các cuộn dây stator, theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số
góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch cũng như chiều quay với tốc
độ của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển và tần số chuyển đổi.
2.2.3.2

Cấu tạo của động cơ bước.

Về cấu tạo, động cơ bước có thể coi là tổng hợp của 2 động cơ:
•
•

Động cơ 1 chiều không tiếp xúc.
Động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.

2.2.3.3 Phân loại.
Xét về cấu tạo, động cơ bước có 3 loại chính:
•
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
•
Động cơ bước biến trở từ.
•
Động cơ bước lai ( động cơ bước hỗn hợp).
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu gồm 3 loại:
•
Động cơ bước đơn cực.
•
Động cơ bước lưỡng cực.
•
Động cơ bước nhiều pha.
Ở đề tài nhóm chúng em chọn động cơ bước nam châm vĩnh cửu loại lưỡng
cực.




Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu loại lưỡng cực:

Hình 2.4: Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu loại lưỡng cực.
Động cơ lưỡng cực thường có 4 đầu ra. Về cấu tạo đơn giản hơn nhưng
khó cho điều khiển vì phải đảo chiều dòng điện cho cuộn dây a, b.
2.2.3.4 Nguyên lý hoạt động và điều khiển.
A, Nguyên lí hoạt động.
•

Động cơ bước hoạt động dựa trên việc cấp xung, nó không có bộ chuyển
mạch bên trong nên tất cả bộ đảo mạch được điều khiển bên ngoài bằng bộ

•

điều khiển.
Tại mỗi thời điểm sẽ chỉ có một hay hai cuộn dây có điện ( tùy vào phương
pháp điều khiển đủ bước hay nửa bước). Khi trạng thái cấp xung thay đổi thì

•

sẽ sinh ra moment xoắn và làm cho roto quay.
Điều khiển chiều quay động cơ: thay đổi thứ tự cấp xung, giả sử động cơ
đang ở bước thứ 8 ta cấp xung cho bước thứ 7 thì lúc đó nó sẽ quay ngược

•

lại.
Điều khiển tốc độ: thay đổi độ rộng xung và tần số xung:
Ta có tốc độ quay của động cơ bước dưới công thức như sau:
v = (f.Ɵ ) / 360 ( vòng/ dây)

f: tần số định bước.
Ɵ: góc của 1 bước động cơ.

( Công thức 2-1)


Từ công thức ta thấy, việc điều khiển động cơ bước được thực hiện bằng
cách thay đổi tần số định bước f. Lưu ý rằng tần số dịch bước f trong trường hợp
tổng quát không đồng nhất với tần số các xung điều khiển, mà nó là tổ hợp của sự
biến đổi các trạng thái của các xung điều khiển đó và việc điều khiển này được
thực hiện bởi các bộ vi xử lí. Như theo trên mô hình được điều khiển bởi bộ driver
của động cơ bước.
B, Các phương pháp điều khiển động cơ bước.
•

•

Điều khiển đủ bước.
- Điều khiển đủ bước một pha:
Tại một thời điểm chỉ có 1 mấu được cấp điện:
Ở bước 1: cuộn 1a được cấp điện ( 1000)
Ở bước 2: cuộn 1b được cấp điện ( 0100)
Ở bước 3: cuộn 2a được cấp điện (0010)
Ở bước 4: cuộn 2b được cấp điện ( 0001)
- Điều khiển đủ bước hai pha:
Tại một thời điểm sẽ có 2 mấu được cấp điện:
Ở bước 1: cuộn 1a, 2b có điện ( 1001)
Ở bước 2: cuộn 1a, 1b có điện ( 1100)
Ở bước 3: cuộn 1b, 2a có điện ( 0110)

Ở bước 4: cuộn 2a, 2b có điện ( 0011)
Điều khiển nửa bước.
Khi không có phần nào của mạch từ bão hòa, thì việc cấp điện đồng thời
cho 2 mấu động cơ sẽ sinh ra một momen xoắn theo vị trí là tổng của các
momen xoắn đối với hai mấu động cơ riêng lẻ. Đối với động cơ 2 mấu nam
châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp, 2 đường cong này sẽ là S radians khác pha, và
nếu dòng 2 mấu này bằng nhau đỉnh của tổng sẽ nằm ở vị trí S/2 radians kể
từ đỉnh của đường cong gốc như hình dưới:


Hình 2.5: Tổng hợp momen phương pháp điều khiển nửa bước.
Đây là cơ bản của điều khiển nửa bước. Moment xoắn giữ là đỉnh của
đường cong moment xoắn kết hợp khi có dòng lớn nhất đi qua. Đối với động
cơ bước nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp thông thường, moment xoắn giữ 2

•

mấu sẽ là :
H2 = (2^0,5) . H1
Trong đó:
H1: moment xoắn giữ trên một mấu.
H2 : moment xoắn giữ 2 mấu
Điều khiển vi bước.
Cho phép các bước nhỏ hơn bằng việc dùng các dòng khác nhau qua hai
mấu động cơ.
Ở mô hình nhóm chúng em chọn phương pháp điều khiển vi bước trên bộ
driver điều khiển là sản phẩm được bán kèm theo động cơ bước chúng em
mua trên thị trường để lắp đặt vào mô hình.
 Mạch điều khiển động cơ bước trong mô hình:
Trong mô hình sử dụng trình điều khiển động cơ bước IC A4988.

A4988 là một trình điều khiển động cơ vi bước hoàn chỉnh với việc
tích hợp bộ dịch cho hoạt động dễ dàng. Sản phẩm này hỗ trợ nhiều
chế độ hoạt động của động cơ bước lưỡng cực như: full, một nửa, ¼,

-

1/8, 1/16.
Thông số kĩ thuật:
Thông số lái ngõ ra lên tới 35V và 1A.
Bao gồm một bộ điều chỉnh dòng cố định chạy giữa 2 chu kì.
Tự động lựa chọn trong hoạt động vi bước.
Sơ đồ đấu nối:


Hình 2.6: Sơ đồ đấu nối trình điều khiển A4988 với động cơ bước.
Lựa chọn chế độ full hay 1/2 hay 1/4.. sẽ được thông qua 3 pin MS1
MS2 MS3. Đấu nối 3 pin này tùy vào mục đích người vận hành.

-

Hình 2.7: Mắc nối 3 pin MS lựa chọn chế độ.
Bật tắt động cơ thì thông qua pin ENABLE, mức LOW là bật module,

-

mức HIGH là tắt module
Điều khiển chiều quay của động cơ thông qua pin DIR
Điều khiển bước của động cơ thông qua pin STEP, mỗi xung là tương



ứng với 1 bước ( hoặc vi bước)
Hai chân Sleep với Reset nối với nhau.
Chọn động cơ bước cho mô hình:
Với yêu cầu bài toán đặt ra, sản phẩm trên mô hình được nhóm chúng
em tự chọn và thiết kế. Nhóm chúng em xin chọn động cơ dựa trên
momen của động cơ.
Momen của động cơ phụ thuộc vào tỉ số truyền, khối lượng và tốc độ
của tải, được thể hiện dưới công thức sau:
M = m.v.d/ π (N.m)


Trong đó:
M: là moment quay lý thuyết của động cơ (N.m)
m: là khối lượng của tải (kg)
v: là tốc độ chuyển động của chuyền và tải (m/s)
d/π: là tỉ số giữa khoảng cách dịch chuyển của chuyền và góc quay
của motor (m/rad).
Ở mô hình với m = 500(g), v = 0,03 (m/s), d = 0,06 (m) nhóm chúng
em áp dụng công thức trên và tìm được động cơ phù hợp với M = 0,5

-

N.m.
Vậy động cơ bước cần chọn có thông số cơ bản sau:
Điện áp hoạt động ổn định: 6V
Dòng định mức: 0,8 A
1,8 độ / bước.
IC A4988 điều khiển vi bước 1/16.
Momen 0,5 N.m.

2.2.4 Cảm biến quang.
2.2.4.1 Khái niệm.
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các
đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử
lý được.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp
suất...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như
điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đụng thông tin cho phép xác
định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m):
S=F(m)
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là
đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo
đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
Phương trình của cảm biến được viết như sau : Y = f(X)
Trong đó : X- đại lượng không điện cần đo


Y- đại lượng điện sau chuyển đổi.
2.2.4.2 Phân loại cảm biến.
Theo nguyên lý của cảm biến:
•

Cảm biến điện trở.

•

Cảm biến điện từ.

•

Cảm biến tĩnh điện.

•

Cảm biến hóa điện.

•

Cảm biến nhiệt điện.

•

Cảm biến điện tử và ion.

Theo tính chất nguồn điện:
•

Cảm biến phát điện.

•

Cảm biến thông số.

Theo phương pháp đo:
•

Cảm biến biến đổi trực tiếp.

•

Cảm biến bù.

2.2.4.3 Cảm biến dùng trong hệ thống.
Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến ví trí để xác định vị trí của sản phẩm.
Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều
khiển.
Nguyên lý đo vị trí:
Việc xác định vị trí và dịch chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật.
Hiện nay có hai phương pháp cơ bản để xác định vị trí.
Trong phương pháp thứ nhất, bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ
thuộc vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có
liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển.
Trong phương pháp thứ hai, ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát
ra một xung. Việc xác định vị trí được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra.


Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo
vị trí. Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực hiện thông qua vai
trò trung gian của điện trường, từ trường hoặc điện từ trường, ánh sáng.
Các loại cảm biến thông dụng dùng để xác định vị trí và dịch chuyển của vật
như điện thế kế điện trở, cảm biến điện cảm, cảm biến điện dung, cảm biến quang,
cảm biến dùng sóng đàn hồi.
Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, đồng thời kiểm tra sản phẩm
nên trong mô hình đã sử dụng loại cảm biến quang điện.
> Cảm biến quang điện:
Cảm biến quang đỉện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang.
Nguồn quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy
tùy theo bước sóng. Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang. Ta đặt
bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi

vật xuất hiện.
Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính. Ở phần thu ánh sáng từ
thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ
không tác động đến bộ thu được. Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng
của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch
dao động. Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn
và tiêu thụ ít công suất hơn.


Hình 2.8: Cảm biến quang E3F- DS10C4 của Omoron.
Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều
khiển. Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điệnáp của cảm biến
là 24 VDC.
Đặc tính kỹ thuật của sensor E3F-DS10C4:
Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt vói công nghệ Photo-IC.
Khoảng cách phát hiện khoảng l0cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch tán.
•

Khoảng cách phát hiện là 100 mm.

•

Đặc tính trễ : tối đa 20% khoảng cách phát hiện.

•

Đầu ra: DC 3 - dây NPN NO.

•

Vật cảm biến nhỏ nhất: l0xl0mm.

•

Chỉ số LED: Red LED.

•

Nguồn sáng (bước sóng): LED hồng ngoại (880nm).

•

Kích thước: 22x70mm/ 0,86 X 2,8 (D * L).

•

Chiều dài cáp: ~ 115cm.

•

Cung cấp điện áp: 10 - 30 VDC.

•

Điện áp làm việc : 10-30 VDC.

•

Dòng hiện tại: 300 mA.

•

Tần số: 500 Hz.

•

Màu : Màu đen, vàng, xám.

•

Thời gian đáp ứng: tối đa 2,5 ms.

•

Nhiệt độ môi trường từ: - 25°c tới 55°c.

•

Độ ẩm môi trường từ 35% tói 85%.

•

Trọng lượng (cả vỏ): 60 g.

•

Chế độ ngõ ra: Chọn lựa Light-ON / Dark-ON.


2.2.5 Van điện từ.

a) Giới thiệu.
Van điện từ (Solenoid Valve) là van hoạt động điện cơ. Van được điều khiển
bởi dòng điện thông qua tác dụng của lực điện từ để đóng mở van. Van điện từ
có nhiều ứng dụng gồm có việc điều chỉnh hướng, lưu lượng và tốc độ dòng
chảy của chất lỏng hay dòng khí trong máy nén khí. Đối với loại van 2 cửa,
cửa ra và cửa vào sẽ được đóng mở thay phiên nhau. Đối với loại van 3 cửa thì
2 cửa ra sẽ được đóng mở thay phiên nhau. Một hệ thống máy nén khí trục vít
phức tạp có thể sử dụng nhiều van điện từ được ghép lại với nhau.
b) Nguyên lí hoạt động.
Về cơ bản các van điện từ hoạt động theo một nguyên lý chung đó là: có 1
cuộn điện, trong đó có 1 lõi sắt và 1 lò xo nén vào lõi sắt đó, lõi sắt đó lại tỳ
vào đầu 1 gioăng cao su. Như vậy, bình thường không có điện thì lò xo ép vào
lõi sắt, để đóng van. Khi đưa điện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõi sắt ra,
từ trường này đủ mạnh thắng được lò so, khi đó van mở ra .
c) Phân loại.
Van điện từ trong máy nén khí gồm có 3 loại :
•
•
•

Van thường đóng ( NC)
Van thường mở ( NO)
Van vạn năng ( Universal)

Đây là lý do tại sao van điện từ đôi khi được biết đến như một van điều
khiển tự động, loại bỏ hoàn toàn việc phải điều khiển thủ công trước kia.
d)

Van điện từ dùng trong mô hình.

Trong mô hình, nhóm chúng em sử dụng loại van điện từ Airtac 4V11006. Với những thông số cơ bản sau:
• Áp suất hoạt động: 0,15 ÷ 0,8 Mpa
• Loại van 5 cửa 2 vị trí.
• Nhiệt độ hoạt động: -20 ÷ 70˚C.
Loại van này có ưu điểm chuyên dùng cho chất khí, độ ổn định cao, chịu
nhiệt tốt, độ bền tương đối ổn thích hợp cho mô hình trong phòng thí nghiệm và
những công trình nhỏ.
2.3 Sơ đồ khối mô hình.
Yêu cầu:
- Sơ đồ điều khiển đảm bảo đủ các quá trình công nghệ.
- Đơn giản, tin cậy, đầy đủ các đầu vào - ra.
- Đảm bảo thứ tự điểu khiển.
Trong mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển logic lập trình PLC để điều
khiển hệ thống phân loại sản phẩm vì PLC được ứng dụng nhiều trong công nghiệp
và sản xuất, có độ tự động hóa cao:
- Không mất nhiều thời gian lắp đặt.
- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển.
- Độ tin cậy cao.
- Dễ dàng trong bảo dưỡng, sửa chữa.

> Sơ đồ khối của hệ thống: