tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm môn kỹ thuật đo lường và cảm biến _ haui

VÊ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẤM

CHƯƠNG l. TỔNG QUAN

I.I Đặt vấn đề
ờ nước la hiện nay tuy có nhiều sức lao động và việc thuê nhân công rẻ nhưng
bên cạnh đó do là con người thù cõng nên cổ the sai xót va khong được on đinh, tuy vậy việc công
nhân dổi dào nhưng nguôn lực chát lượng cao còn hạn chê, tác phong làm việc còn hạn chế. Năm
2010, có đến 19,5 triệu lao động Việt Nam đang làm việc trong các ngành nghề không đòi hỏi về
trình độ chuyên môn hoặc chuyên môn thấp. Phần lớn các doanh nghiệp đều phải đào tạo nghề cho
công nhân. Công nhân không lành nghề dẫn đến sản phẩm chất lượng thấp, năng suất không cao,
sản phẩm làm ra sẽ không nhiều trong cùng một đơn vị thời gian.
Các hoạt động thủ công của thương ta nói chung và các hoạt động phân loại sản phẩm thủ công
nói riêng thì vẫn còn tốn khá nhiều công sức của nhân công. Những ngành nghề phân loại sản phẩm
độc hại như phân loại rác hoặc phân loại những chất hóa học độc hại thì công nhân tham gia hoạt
động phân loại khá nguy hiểm đến sức khỏe và cũng như ảnh hưởng đến năng suất của quá trình.
Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có định hướng phát triển rõ rệt.
Phần lớn các doanh nghiệp của nước ta sử dụng công nghệ lạc hậu so với các nước ữên thế giới từ
2-3 thế hệ. 80%-90% công nghệ của nước ta đang sử dụng là công nghệ nhập khẩu. 76% công nghệ
máy móc thuộc niên 50-60, 50% là công nghệ là đồ tấn trang.
khó khắn trong vấn đề cạnh tranh về giá cả trên thị trường
Trên thế giới đã ứng dụng nhiều về những hệ thống tự động trong sản xuất và họ đang nhân
mạnh mô hình . số lượng công nhân ngày càng ít đi . chình độ chuyên môn cao , dẫn tới chất lượng
sản phẩm cao cạnh tranh tốt trên thị trường .
Khi sản xuất ra được tự động xắp xếp đều trên băng chuyền . bên cạnh băng chuyền có đặt các thiết
bị để nhận biết phân loại phụ thuộc vào sản phẩm. Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị
phân loại chúng sê được đẩy vào hộp năm trên các băng chuyền khác. Các sản phẩm còn lại sẻ được
băng chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng, thông qua hệ thống đếm tự động chữ đen khi đủ
sô lượng quy định thì hệ thống sỗ tự động dừng trong một khoáng thời gian để đóng gói sản phẩm.
Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khỉ có lệnh dùng. Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên
xe đẩy đưa vào kho hàng.

Hoạt động phân loại phân loại tự động có điểm mạnh là năng xuất và tính chính xác cao, cần ít
sức người mà vẫn đạt hiệu quả nên có thể cạnh tranh về giá cũng như chất lượng trên thị trường.
Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào của nước tạ. cũng đầu tư số tiền rất lớn để
mua một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh từ nước ngoài.

1


1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động
Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng loại sản phâm mà ta có thê đưa ra những phương pháp
phân loại sản phẩm khác nhau. Hiện nay có một sô phương pháp phân loại sản phẩm được ứng
dụng rất nhiều trong đời sống như:
-Phân loại sản phẩm theo chiều cao.
-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 vật liệu ...
Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiều thuật toán và hướng
giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn
nhau. Ví dụ muốn phân loại vải thì phải phân loại chiều cao và màu sắc, về nước uống( như bia,
nước ngọt) cần phân loại theo chiểu cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân
loại gạch thì theo hình ảnh, chiều cao...
Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang
qua cảm biến thứ nhất nhưng chưa kích cảm biến thứ hai thì được
phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua hai cảm biến đồi vật cao nhất.
Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng
phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sàn nhẩm đi qua
cảm biên nào nhận biêt được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cùa 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 màu chính(ví dụ như màu đỏ,

màu xanh lá cây, màu xanh ười) được phàn các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối
tượng.
1.3 tính cấp thiết của đề tài
cuộc sống hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao vài
tinh lặp lại, nên các công nhân khỏ đảm bảo được sự chính xác đường cong
Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rât nhò mà ta
thường khó cỏ thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phàm
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 nhầm đáp ứng nhu cầu câp bách này.
Tùy vào mức độ phức tạp ưong yêu cấu phân loại, các hệ thống phân loại của
những quy mô lớn, quy mô nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi


phí cho các loại quy mô này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện ở việt Nam. Vì vậy
hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng vào
các các hệ thống phân loại có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh
nghiệp việt nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lao động con người để làm việc. Bên
cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một ýêu cầu cao hơn được đặt ra
đố là phải có hệ thống phân loại sàn phẩm. Còn rất nhiều loại phân loại sản phẩm
tùy theo yêu cầu cùa nhà sản xuất như: phân loại sản phẩm theo chiều cao, phân
loại sàn phẩm theo màu sắc, phân loại sản phẩm theo khối lượng, phan loại sản
phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm theo hình ảnh
trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ
thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cáp thông tin... Nhăm
mục tiêu tăng năng suất lao động, giảm sức người,độ chính xác cao, giá thành hạ, nâng cao chất
lượng sản xuất; các sản phẩm công nghệ đòi hỏi ngày càng hoàn thiện và tối ưu. Trong đó, hệ thống
băng tải là một phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm cực kì quan trọng trong tất cả
các ngành công nghiệp, nhà máy. Ra đời từ rất lâu và có vai trò quan trọng nhở những ưu điểm như:
cấu tạo đơn giản, bền vừng? có khả năng vận chuyển nguyên vật liệu theo phương nằm ngang,
nghiêng với khoảng cách từ gần đến xa, làm việc êm, năng suất cao mà tiêu hao năng lượng không

lớn. Chính nhờ những ưu điểm đó mà hệ thống băng tải được ứng dụng rộng rãi trong nhiều các
lĩnh vực sản xuất như công nghiệp khai khoáng, công ngiệp chế biến thực phẩm, vận chuyển hàng
hóa, ứng dụng trong các bến cảng...
Xuất phát từ những khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã
được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong
dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển
và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm. Nhận thấy tầm quan trọng của băng tải trong các
ngành công nghiệp và đây là một hệ thống cần có sự cải tiến và thiết kế mới, đáp ứng nhu cầu sản
xuất chuyên môn hóa cao cũng như phù hợp với đặc thù riêng của từng lĩnh vực, sản phẩm. Từ
những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em học được ở
trường.
1 Giới thiệu
Băng tải thường được sử dụng 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 sừ 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.

3


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.
1.4.2 Cẩu tạo chung băng tải

1. Bộ phận kéo với 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 cạc yếu tố làm việc

1.4.3 các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phầm đến vị trí phân loại có thể
lựa chọn một số loại băng tải sau:
Bảng 1.1 Danh sách các loại băng tải
Loại băng tải
Tải trọng
Băng tải dây đai <50kg

Phạm vi ứng dụng
Vận chuyển từng chi tiết giữa các
nguyên

băng tải lá

công hoặc vận chuyển thùng chứa
25 +125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh
trong gia

băng tải thanh đẩy 50-250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa
các bộ
Băng tải con lăn 30 - 500 kg Vận chuyên chi tiết ưên các vệ tinh
giữa
các là
nguyên
Các loại băng tải xích , băng tải con lăn có ưu diêm
độ ôncông
đinh với
cao khoảng
khi vận cách
chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khi tương đổi phức tạp, đòi hỏi đọ 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 0,2 m/s. Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong
phạm vi kéo là 10KN.
- Băng tải xoắn vít
Có 2 kiểu cấu tạo:
+ Băng tải một buồng xoắn: Băng tải một 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: Băng tải này thì có hai buồng xoắn song song với nhau, có một
chiều xoắn phải, có một chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được
thực hiện nhờ một tốc độ phân phổi chuyên động.
Cả hai loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng băng thép hoặc băng xỉ măng
Băng tải có nhiều kiểu dáng khác nhau vì thế được phân loại như sau:
a. Theo phương chuyển động
- Theo phương ngang: Băng tải loại này được ứng dụng trong việc vận chuyển các loại nguyên
liệu cho ngành xây dựng, vận chuyển than đá hoặc những sản phẩm đóng gói.

Hình 1.2 Băng tải ngang
- Theo phương nghiêng: Dùng vận chuyển sản phẩm trên cao đã được đóng thùng hoặc vận
chuyển các sản phẩm dạng rời như than đá, sỏi...

Hình 1.3 Băng tải nghiêng
Kêt câu loại băng tải này là băng tải đai vải, chân của băng tải có thể nâng lên xuống để tạo dốc
nghiêng hoặc ở cố định nhưng lớn nhất phải nhỏ hơn góc vào
giữa vật liệu và băng từ 7-10 độ

5

- Theo phương đứng: Băng tài loại này dùng để vận chuyển dạng kiện hoặc khối nhỏ lên cao.
Thông thường thì băng tải loại này vận chuyển hàng từ trên xuống hoặc từ dưới lên, hình dáng bên
ngoài giống băng tải gầu. Đặc biệt nó cỏn ưu điểm nữa là không tốn diện tích nơi nó vận hành

Hình 1.4 Băng tải đứng
- Theo phương xoắn: Băng tải loại này dùng đề vận chuyền những kiện hàng nhỏ vừa, hình
dáng cùa nó như con ổc xoàn Nô cũng vận chuyển hàng từ trên xuống và ngược lại. Nỏ cồng cỏ
liu điềm nữa lả không tốn điện tích nơi nỏ vện hành.

Băng tải xoắn
b. Theo kết cẩu
- Loại cố định: Băng tải loại này sử dụng trong dây chuyền tục và đặt cố định trong dây chuyền.

Hình 1.6 Băng tải cố định.
- Loại di động: Được dùng trong dây chuyền không có tính liên tục hay cố định . có hay không
đều không ảnh hưởng đến giây chyền kết cấu giống nhau . tải cố định nhưng khác nhau ở chỗ có
tải cố định nhưng khác ở chỗ có gắn bộ phận
gắn
bộ động
phận ở
chuyển
độngđé
ở dưới
chuyên
dưới chân
Gí chân đế củ

Hình 1.7 Băng tải
di động

c. Theo công dụng
- Loại vạn năng: Có thể dùng để vận chuyển nhiều loại sản phẩm khác nhau.
- Loại chuyên dùng: Được sử dụng chuyên chở các vật dụng cá nhân gia đình (băng hành tải
hành lý), thức ăn. Băng tải loại này rất hiện đại.

Hình 1.8 Băng tải hành lý
-

d. Theo cấu tạo
-

- Băng tải con lăn: Băng tải loại này không có bộ phận kéo, người sử dụng phải tác động lực

để trượt những sản phẩm trên con lăn .

--

1.9 Băng tải con lăn
1.4.5 ưu điểm và nhược điểm của băng tải
a. ưu điểm của băng tải
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc t hướng nằm ngang, nằm
nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghi
- Vốn đầu tư Không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn gi dường dễ dàng, làm việc tin
cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với vận chuyển khác là không lớn lắm.
b. Nhược điểm của băng tải
- Để tăng được tuổi thọ sử dụng của băng tải, khi sử dụng bạn nên ch tốc độ trung bình
- - không cao.
- Độ nghiêng của băng tải nhỏ hơn 24 độ.

- Không vận chuyển theo hướng đường cong cần bố trí thêm động khung băng để đổi hướng.

1


- Có hao hụt vật liệu vận chuyển do rơi vãi trên quãng đường vận chuyển thể tác động đến mồi
trường.

- Chương 3 Thiết kế mô hình tìm hiểu hệ thống phân loại theo chiều cao
On

off

plc

Máy
tính
-

Cảm biến

Động lực

xi
lanh
khí
lén

Động cơ
băng tải

4.2 cấu tạo chung của hệ thống
Hệ thống gồm 3 bộ phận chính đó là bộ phận động lực bộ phận điều khiển phân loại sản phẩm
Bộ phận động lực : gồm các thiết bị vận tải ( băng chuyền ..) các bộ phận phân loại (xi lanh để đẩy
các sản phẩm có chiều cao khác nhau về vji trí khác nhau ) động cơ bánh răng
Bộ phận nhận biết và phân loại sản phẩm: hệ thống sử dụng cảm biến hoặc I cổng tắc hành trình
để nhận biết và phân loại chiều cao sản phẩm. Hệ thống có thể I sứ dụng cảm biến quang, cảm biến
tiệm cận tùy vào sự bố trí khác nhau .
Bộ phận điều khiển phân loại sản phẩm: sử dụng máy tính và PLC s7 1200 để I diều khiển hệ
thống.
4.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hệ thống phân loại sản phẩm này hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định
chiêu dài của sản phẩm. Sau đó dùng xilanh đê phân loại sản phâm có chiều cao dài, trung bình
và ngắn. Sản phẩm sau phân loại sẽ được chuyển đến các thùng hàng để đóng gói.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn máy hoạt động được cần những chuyên động cần
thiết: chuyển động tịnh tiến để đưa sản phẩm vào để phân loại, ta xi lanh để tạo ra chuyển động
này. Để truyền động chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một
chiều. Ngoài chuyển đông đưa sản phẩm vào của băng chuyền máy còn chuyển động cần thiết
nữa đó là hai chuyển động tịnh tiến để đẩy sản phẩm theo chiều cao của xilanh. Chuyển động của
xilanh được


điều khiển bởi hệ thống khí nén.
4.4 Tính chọn thiết bị
4.4.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều
Động cơ điện 1 chiều là động cơ hoạt động với dòng điện 1 chiều. Động cơ điện 1 chiều được sử
dụng rất phổ biến trong công nghiệp và những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong 1
phạm vi hoạt động.
Động cơ điện 1 chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp,
dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp động cơ điện 1 chiều được sử dụng ở những nơi yêu

cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bàng phẳng và trong phạm vị rộng.

Hình 4.2 Các loại động cơ 1 chiều trên thực tể
4.4.1.1 Cấu tạo động cơ 1 chiều
-

Stato (phân cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là Các cực từ chính có
dây quấn kích từ.

-

Rotor (phần ứng): gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. 'Lá thép hình rẹp làm bằng các lá
thép kỹ thuật điện dày 0.5mm, phủ sơn cách điện ghép với phần tử của dây quấn phần ứng
có nhiều vòng dây, 2 đầu vối 2 phiến: tác dụng của phần tử dây dẫn trong 2 rãnh dưới 2 cực
khác tên.

-

Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng gắn ở đầu trục rotor

- Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cô góp nhờ chổi điện gắn trên nắp máy
-

4.4.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp ư vào 2 chổi than. Trong dây quấn phần úng có dòng điện Iff. Các
thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho lại,
mỗi rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần úng
lớp, 2 quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có phiến góp
đổi

3


chiều dòng điện, giữ cho chiều lực không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường
sẽ cảm ứng sức điện động Eu. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ
điện 1 chiều thì sức điện động EỊỊ ngược chiều với dòng điện Iư nên Eu còn gọi là sức phản điện
động.
Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC

4.4.1.3 Phân loại động cơ 1 chiều
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động co đid chiều được chia thành:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: có dòng điện kích từ và từ thông độn cơ không phụ thuộc
vào dòng điện phần ứng, sơ đồ nối dây của nó như hình vèd nguồn điện mạch kích từ Ưkt riêng biệt
so với mạch phần ứng u„
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song: khi nguồn điện 1 chiều có công a vô cùng lớn, điện
trở trong của nguồn coi như bằng 0 thì điện áp nguồn sẽ không đổi, không phụ thuộc vào dòng điện
trong phần ứng động cơ loại động cơ kích từ song song cũng được coi như kích từ độc lập
- Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp vói nại phần ứng.
- Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp: gồm 2 dây quấn kích từ, dây quấnkíchĩ song song và dây
quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song lài yếu
4.4.1.4 Phương trình đặc tính cơ cua động cơ điện 1 chiều

E= K.omega
V= E+Rư.Iư
M= K Φ Iư

(1)
(2)
(3)

Với:
- Φ: Từ thông trên mỗi cực(Wb)
- Iư: dòng điện phản ứng (A)
- V: Điện áp phản ứng (V)
- Rư: Điện trở phản ứng (Ohm)
- omega: tốc độ động cơ(rad/s)
- M: moment động cơ (Nm)


- K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

Hình 4.5 Đường đặc tính cơ điện của động cơ điện I chiều Trong các đồ thị trôn M « 0
tải.

Trong các đồ thị trên, khi M » 0 hoặc Iư ■0 thì có nghĩa động cơ hoàn không tải
íd = ưư/ Kộ = 0
+ Được gọi là tốc độ không tải lý tưởng
Khi O) = 0 thì
lư = uư /(Rư + Rftr) = Inm
Và M =Ưư Kộ (Rư + Rfư) = InmK<Ị> = Mnm
+ Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngán mạch.
Từ phương trình đặc tính cơ ta có thể xác định được độ cứng đặc tính cơ; p = dM/díư = (Kệ)2 / (R„ + Rfi,)
=(Rư + Rf„)M/((KỘ)2)
độ sụt tốc ứng với momne M so với khi động cơ không tải lý tưởng.
Các đặc tính nhân tạo
Từ phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ ta thấy cố tht* ra các đặc tính cơ
nhân tạo bằng cách thay đổi 1 trong 3 thông số
+ Điện trở mạch phần ứng Rưt = Rư + Rfư + Điện áp phần ứng Ưư I + Từ thông <Ị>

Đặc tính cơ nhân tạo khi thay đôi điện trở mạch phần ứng: Khi giữ khổng đổi Jiện áp Uư "hJjm =

const và từ thông = const cách nối thêm 1 biến trở vào mạch phần ứng thì ta sẽ làm thay đổi điện trở
tổng của mạch này. Khi đó ứng với mỗi giá trị cùa Ru ta được 1 đường đặc tính nhân tạo với các
phương trình sau:
a> = { Ưđm “ (Rư h Rfư )I« }/ Rộdm 0) = ( Ưđm /K) - ( Rư + Rfir)M/
( Kộdm)2
Trong đó tốc độ không tải lý tưởng được giữ không đổi( bằng tốc độ không tải ly tường và đặc
tính cơ tự nhiên).
Độ sụt tốc độ phần ứng với 1 giá trị Mc sẽ lớn hơn sự sụt tốc của đặc tính cơ tự nhiên và tĩ lệ với
điện ưở tổng trong mạch phần ứng.

5


= (Ru+Rfư)Mc/(K4>đm)2
Độ cứng của đặc tính nhân tạo biến trở tỷ lệ nghịch với điện trở tổng Rưt. K.KỘdm)2/(Rư + Rfư


- Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng : Khi giữ từ thông không đổi
=

$ Udm =const và không nối thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng ( Rư = 0, Rưt= Rư = const),
nếu làm thay đổi điện áp đặt vào phần ứng ta sẽ thu được họ đặc tính nhân tạo là những đường
song song với đặc tính cơ tự nhiên.
Tốc độ không tải lý tưởng tỉ lệ thuận với điện áp Uư to l
Jư /K4>đm =var

Và đều nhỏ hơn tốc độ không tải của đặc tính tự nhiên Độ cứng cơ nhân tạo
không phụ thuộc vào điện áp ưự P = (K<t>am)2/Ru
4.4.1.5 Các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ 1 chiều
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trợ phụ Rf

- Thay đổi từ thông <t>
- Thay đổi điện áp phần ứng
Trong mô hình vì sử dụng băng tải dây đai và không yêu cầu trọng tài lá á không cân động cơ có
công suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của băng taski
- Băng tải chạy liến tục và có thể dừng khi cần
- Không yêu cầu đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng tải nhẹ
- De điều khiển,giá thành rẻ .
Vì vậy chỉ cần sử dụng loại động cơ 1 chiều có công suất nhò khoảng điện áp vào là 12 - 24V.
4.4.2 Mạch rơ le
Rơle (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện cuộn dây của rơle tạo ra một
từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công & à mạch. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc
tắt vì thế rơle cóhs chuyển mạch qua lại.
1


a) Thông số kỹ thuật
điện áp điều khiển 24 VDC
dòng điện cực đại :6A
thời gian tác động 10ms
thời gian nhả hãm : 5ms
nhiệt độ hoạt động -45 – 75 độ C
relay 14 chân RU2S- C- D24 là lọa linh kiện đóng ngắt điện đơn giản nó gồm 2 phần chính
là cuộn hút và các tiếp điểm .
4.4.5 Cảm biến quang
4.4.5.1 Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng
không có tỉnh 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 đíộn( như nhiệt đệ, áp suất...) tác động lên
một cảm biến cho ta một đặc trưng( s ) mang tính chất điện chứa các thông tin cho phép xác định
giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (i) íầ hàm cúa 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) lá đại lượng đầu vào
hay kích thích ( có nguồn gốc là đại lượng cân 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 cần đo
Y- đại lượng điện sau chuyển đổi
4.4.5.2 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 tỉnh chất nguồn điện:


- Cảm biến phát điện
- Cảm biến thông số
* Theo phương pháp đo:
- Cảm bien bien đổi trực tiếp
- Cảm biến bù
4.4.53 Cảm biến dùng trong hệ thống
Tại mỗi khâu ta dùng cảm hiến vị trí để xác định vị trí của sản phẩm. Khi gặp
sân phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều khiến.
- 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.
* Phương pháp thứ nhất: Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vào

vi trí của một trong cac phần tử của cảm biến, đông thời phần tử này có liên quan tới vật cần
xác định dịch chuyển.
* 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 xung số xung phát ra.
K Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, đồng thời kiểm tra sản phẩm
í nên trong mô hình đã sử dụng loại cảm biến quang điện.
-Cảm biến quang điện:
Cảm biến quang điện 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, 1 bộ thu quang sử
dụng diode hoặc transistor 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 độn đến transistor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ I không tác động
đến chùm tia được.Sóng dao động dùng để bộ thu laoij bỏ ảnh I hưởng của ánh sáng trong phong.
Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và ánh sáng theo i tân sô mạch dao động.Phương pháp sử dụng mạch
dao động làm cho cảm biến thu |phát xa hơn và tiêu thụ công suất ít hơn.
+ cấu trúc thiết kế
Câu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:

* Bộ Phát sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode). Ánh
sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng
của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt ười hoặc ánh sáng frong

3


phòng). Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số
dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra cũng có LED vàng.

* Bộ Thu sáng
Thông thường bộ thu sáng là một photofransistor (fianzito quang). Bộ phận này cảm
nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử
dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi
mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường họp của loại
thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
* Mạch xử lý tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ fianzito quang thành tín hiệu ON / OFF
được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu
ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch
nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le (relay) vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm
biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn
(PNP/NPN) . một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho ứng dụng đo điểm

* Điều chinh độ nhạy
Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn thường có 2 khả năng
chỉnh độ nhạy:
+ Chỉnh ngưỡng
Người sử dụng có thể điều chỉnh mức ngưỡng, là mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra. Khi ánh sáng thu
được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng, sẽ có tín hiệu xuất ra. Trong thực tế, thay đổi ngưỡng sẽ dẫn đến tăng hoặc
giảm khoảng cách phát hiện.
I Việc chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cảm biến nhạy hơn, phát hiện được vật nhỏ I hơn hoặc các vật trong mờ.
Một vài nhãn hiệu cảm biến quang có một biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng. Một số khác còn có nút đặt
ngưỡng (teach) để cỏ ngưỡng I thích hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể.
+ Công tắc chuyển Light-On/Dark-On I Công tắc
L-On/D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.


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 điện áp của cảm biến là 24VDC.
Sau khi tìm hiểu, nghiêm cứu chúng em đã chọn cảm biến quang điện E3Z-D62 của Omron cho
mô hình

Hình 4.12 Sensor E3Z-D62 của Omron
* Đặc tính kỹ thuật của sensor E3Z-D62 Cảm biến quang chống nhiễu tốt với
công nghệ Photo-IC.
Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch
tán.
Khoảng cách phát hiện 100 mm.
Thời gian đáp ứng: 1 ms.
Đầu ra: NPN cực thu hở.
5


Môi trường làm việc : -25 -> 55độ c. Dây nâu: VDD,VCC
- Dây xanh :GND
- Dây đen : DATA
- Chỉ số LED: Red LED.
- Nguồn sáng: LED hồng ngoại
- Chiều cao 22x 70mm/ 0,86 X 2,8(D*L)
- Điện áp làm việc : 10-24 VDC
- Dòng điện hiện tại: 300mA
- Tần số: 500 Hz

-

Cấp độ bảo vệ IP67

"""

. Chế độ nghõ ra: chọn lựa Light- ON/ Dark-ON.
* ưu điểm:
- Dễ dàng bảo trì và nối dây hơn với loại giắc căm.
. Chống nhiễu tốt hơn với xử lý tín hiệu số.
- Thời gian đáp ứng tốc độ cao dưới lms.
- Có săn mạch bảo vệ đảo ngược cực nguồn và ngắn mạch (quá dòng).
- Phù hợp để phát hiện trong không gian hẹp (Loại phản xạ chùm tia hẹp).
- Điều chỉnh độ nhạy môi trường.
[ - Cỏ thể chuyển đổi Light ON, Dark ON bằng dây điều khiển.
- Ben bi với môi trường nhờ thấu kính bằng thủy tinh.
I - Cấu trúc bảo vệ IP67 (Tiêu chuẩn IEC).
4.4.6 Nút ấn
4.4.6.1 Khái niệm
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện điều khiển 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 điêu Hdiiển, tín hiệu liên động
bảo vệ...
I Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay của các động cơ
; điện bằng việc-đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.
3.4.6.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc


I Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở, thường đóng và vỏ bảo vệ. Khi
tác động các nút ấn thì các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn tác động thì các tiếp điểm
trở lại trạng thái ban đầu.
I Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Các loại nút ân thông dụng
có dùng điện định mức 5A, điện áp ổn định là 400V, tuổi thọ lên tới 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ
cơ lên tới 1.000.000 lần đóng cắt, nút ấn màu đỏ Rường dùng để đóng máy, màu xanh thường dùng
để khở động máy.

Hình 4.13 Nút ắn stop (màu đỏ) và start (mâu xanh)
Trên hình là một số loại nứt ấn có trén thị trường và có thể dùng trong mô hình phân loại
sản phẩm
phân loại sản phẩm.
4.4.7 PLC sử dụng trong hệ thống
■
■
■
■
■

PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 214-1BG40-OXBO
Bộ nhớ làm việc lOOkB, nguồn cấp 120/240 VAC
6 bộ đếm tốc độ cao
2 cổng đầu vào analog, 4 xung ngõ ra
14 đầu vào, 10 đầu ra...

■

7


c. Nguyên lý hoạt động Đầu vào
- Các nút ấn START và STOP dùng để khởi động và dừng hệ thống - Cảm biến s 1 để nhận biết sản trung bình.
- Cảm biến S2 để nhận biết sản phẩm cao.
- Cảm biến S3 dùng để nhận sản phẩm thấp.
- Cảm biến S4 dùng để nhận biết xem sản phẩm đã được đẩy xuống mán
Đâu ra :

1

- Xi lanh l đẩy sản phẩm cao.
- Xi lanh 2 đẩy sản phẩm trung bình.
- Động cơ băng tải chạy chuyền sản phẩm
Mô tả hoạt động của hệ thống
Trạng thái ban đầu sản phẩm đã ở trên băng chuyền, Piston đang ở trạng thái hút.
Khi ấn START hệ thống hoạt động: Động cơ kéo băng tải chạy.
Khi có sản phẩm cao: Cảm biến S2 phát hiện, timer T2 bắt đầu đếm, sản phẩm tiếp tục chạy
trên băng tải đến khi tới vị trí xi lanh 1, T2 phát tín hiệu xi lanh 1 tác động đẩy sản phẩm cao ra
khỏi băng tải vào máng, sau thời gian trễ đã đặt xi lanh 1 rút về.
Khi có sản phẩm trung bình: Cảm biến SI phát hiện, timer TI bắt đầu đếm, sản phẩm tiếp tục
chạy trên băng tải đến khi tới vị trí xi lanh 2, TI phát xung tác động xi lanh 2 đầy sản phẩm ra khỏi
băng chuyền. Sau thời gian trễ đã đặt xi lanh 2 rút về.
Khi có sản phẩm thấp thỉ các cảm biến không phát hiện và sẽ đi thẳng xuống hộp đựng sản
phẩm thấp. Quá trình hoạt động của hệ thống sẽ dừng lại khi ta ấn nút Stop. Kết thúc quá trình hoạt
động của hệ thống
IV. Cảm biến dùng trong hệ thống:
1. Cảm biến Tiệm cận

+ Nguyên

lý và cấu tạo:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm
ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó. Trường
điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát.
Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong
vật. Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát
hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi.

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra vật đã được phát
hiện.
+ Cách

đấu nối

cảm

biến (ngõ vào PLC loại sinking)

9


Đặc điểm
LOẠI
Nguồn cấp

NBB5-18GM50-E2
10-30 V

Khoảng cách phát 0 - 4,05mm
hiện vật định mức
Khoảng

cách

p|jảt 0 ... 4,05 mm (-25 ... 70 ° c (-13 ... 158

hiện vật bình thường ° F))

Tần số chuyển đồi F
0 - 800Hz
Chỉ thị hoạt động
Nhiệt độ môi trường
Tiêu chuẩn

Led vàng (hiển thị đèn khi phát hiện
vật)
-40....70°C(-40... 158 °F)
IEC/IP67

Chức năng chuyên PNP không
mạch
Đảng 2.2 Đặc điểm của cảm biến tiệm cận dùng trong hệ thông
2. Cảm biến quang phản xạ gương:

+ Nguyên lý hoạt động:
Bộ phát truyền ánh sáng tới một gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản xạ lại tới bộ thu sáng
của câm biến. Nếu vật thể xen vào luồng sáng, càm biến sẽ phát tín hiệu ra.
+ Ưu điểm:
• Giá thành thấp hơn loại thu phát
• Lắp đặt dễ hơn loại thu phát
• Chỉnh định dễ dàng
• Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể dùng
kính lọc phân cực.
• Nhược điểm:
• Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát
• vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương
• Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một số
khoảng cách ngắn nhất định.

•

DK diêm

•

Ị Dường kính cùa điểm sáng
Khoảng 200 tran đến 5,5m


1 [ Mặt quang
, Nguồn sáng
Chế độ hoạt động

Mặt trước
Đèn LED
Light ON/ Dark-ON
Led xanh lá cây (bật nguồn)
Led vàng (hiển thị đèn khi

Chỉ thị hoạt động

phát hiện vật)
Led nhấp nháy( khi vật ra

khỏi vùng kiểm soát)
Thời gian đáp ứng
Điều chỉnh độ nhạy Vít chỉnh
I Nhiệt

độ
môi -25....60°C(-13 ... 140°F)
Tiêu chuẩn
trường
^gõ ra tín hiệu

IEC/IP67
PNP

1

1 [ Mặt quang
, Nguồn sáng
Chế độ hoạt động

Mặt trước
Đèn LED
Light ON/ Dark-ON
Led xanh lá cây (bật nguồn)
Led vàng (hiển thị đèn khi

Chỉ thị hoạt động

phát hiện vật)
Led nhấp nháy( khi vật ra

khỏi vùng kiểm soát)
Thời gian đáp ứng
Điều chỉnh độ nhạy Vít chỉnh

I Nhiệt
độ
môi -25....60°C(-13 ... 140°F)
Tiêu chuẩn
trường
^gõ ra tín hiệu
1

IEC/IP67
PNP

3cảm biến thu phát phản xạ khuếch tán
• Nguyên lý hoạt động : cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể. Vật
này sẽ phản xạ lại 1 phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán ) ngược trở lại bộ thu của cảm
biến kích hoạt tín hiệu ra.
+ Ưu diêm:


• l áp đật dơn gian, de dang
• Chi cân I diem lắp đạt duy nhắt.
Nhược điểm.
• Khoang cách phát hiện ngán (do chi phát hiện được một phần ãnh sáng phàn xạ). Ví
dụ loại E3Z-D:
• Có khoảng cách phát hiện toi đa lm.
• Ti ìệ lỗi đen / (ring cao; khoảng cách phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sẳc, kích
thước, tính chất bề mặt của vật thể.).
• Việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu có nền màu đen sau vật.
• Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại Thu phát và Phàn xạ gương.

Hình 2. 16 Cảm biến thu phát chung

4. Cảm biến quang phát hiện màu trắng
+ Nguyên lý hoạt động: Có thể hoạt động trong khoảng điện áp 10 và 30 VDC. Nó có thể phát hiện
các đối tượng có tỷ lệ 90% trắng từ khoảng cách 600 mm. Khi các đối tượng màu trắng được cảm
nhận bởi các cảm biến, đầu ra số 4(BK) cho tín hiệu. Đầu ra này của bộ cảm biến được kểt nổi đến
điểm cảm biến tương phản. Đầu ra cảm biến độ tương phản cho thấy một sự thay đoi theo mức độ
trắng của đối tượng và khoảng cách giữa đối tượng và cảm
hiên Diều nay có the dưựt quan sát trong hình dưm dãy. Nó có thè được thay đồi với điém diêu
chỉnh cấc dôi tượng chinh xác cua cam biển. Bộ câm biên đả được hiệu chinh đê cam nhận các đối
tưựng mầu trắng, không nhay là các đói tưựng mâu đen ờ khoáng cách ngắn nhẩt

3


5. Cảm biến áp suất ( vacuum switch)
a. Nguyên lí hoạt động dùng trong hệ thống
Cảm biến áp suất là một thiết bị điện dùng để đo áp âm ở đầu vào cùa cảm biến. Nó lấy thông tin để
xác định xem sản phẩm có được giữ bởi giác hút
hay không. Khi piston vận chuyển không giữ sản phẩm sự hấp thụ đủ lớn thì khi đó cảm biến
không gửi tín hiệu về PLC để sử lý. Nhưng khi có sản phẩm nó sẽ gửi tín hiệu về PLC để xứ lí và
điều khiển piston vận chuyển

Hình 2. 19 Cảm biến áp suất

Sơ đồ đầu ra của cảm biến áp xuất