Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến Phân Loại Đếm Sản Phẩm Cao Thấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BỘ CÔNG THƯƠNG


BÀI TẬP LỚN :
HỌC PHẦN ĐO LƯỜNG & CẢM BIẾN
Tên đề tài:
TÌM HIỂU PHÂN TÍCH VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG
PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI VỚI HAI
LOẠI SẢN PHẨM DÀI/NGẮN
Nhóm SVTH: Cao Đức Thiện
Nguyễn Đăng Sự
Nghiêm Văn Tài
Phạm Văn Tài
Lê Duy Thái
Vi Văn Thắng
Phạm Văn Thanh
Đặng Duy Thiêm
Nguyễn Đức Thiện
Nguyễn Trọng Thông
Lớp: TĐH 1-K11
GVHD: Hà Văn Phương
Hà Nội-2018


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Yêu Cầu:
• Tìm hiểu tổng quan hệ thống

• Phân tích công nghệ và đưa ra các nhiệm vụ cụ thể cần thực hiện của
bài toán.
• Vẽ sơ đồ khối nguyên lý hệ thống
• Xây dựng mô hình hệ thống bao gồm các thiết bị, khâu chức năng.
• Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống như cảm biến, bộ điều
khiển, cơ cấu chấp hành,… (trình bầy nhiệm vụ, hình ảnh, nguyên lí
làm việc, thông số kỹ thuật của thiết bị đó).
• Sơ đồ đấu nối hệ thống
• Chương trình điều khiển.


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Mục lục
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm ................... 1
I.

Đặt vấn đề ..................................................................................... 1

II.

Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động .................... 2

III.

Tính cấp thiết của đề tài ............................................................. 3

IV.

Tìm hiểu chung về các bộ phận trong đề tài ......................... 4

IV.1.

Băng tải .................................................................................. 4

IV.2.

Cảm biến ............................................................................. 11

Chương 2: Thiết kế mô hình hệ thống phân loại theo chiều cao ... 14
I.

Sơ đồ khối hệ thống .................................................................. 14

II.

Cấu tạo chung của hệ thống .................................................... 14

III.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống........................................ 14

IV.

Tính chọn thiết bị ...................................................................... 15

IV.1.

Giới thiệu động cơ 1 chiều và chọn động cơ............... 15

IV.2.

Mạch rơ le ........................................................................... 19

IV.3.

Cảm biến quang ................................................................. 20

IV.4.

Băng tải ................................................................................ 23

IV.5.

Bộ vi điều khiển ................................................................. 23

Chương 3: Kết quả bài tập lớn .......................................................... 27
I.

Về nội dung ................................................................................ 27
I.1.

Những kết quả đã làm được ............................................ 27

I.2.

Tồn tại .................................................................................. 27

Phụ lục ................................................................................................ 29


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Lời nói đầu
Môn học Đo lường- cảm biến trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng
trong ngành điện hiện nay. Giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng cho
các ngành sản xuất công nghiệp.
Kỹ thuật Đo lường –Cảm biến là môn học nghiên cứu các phương pháp
đo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất,… và đại
lượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc…
Bài giảng Kỹ thuật Đo lường –Cảm biến được biên soạn dựa trên các giáo
trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu tham khảo
cho sinh viên các ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Viễn
thông, Kỹ thuật Thông tin, Tự động hoá, Trang thiết bị điện, Tín hiệu Giao
thông.
Về đề tài, với mục tiêu đưa đất nước ngày càng phát triển giàu mạnh, hiện
đại tiến tới hội nhập cùng thế giới thì phát triển trong công nghiệp đóng vai trò
quyết định trong quá trình đó. Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có được năng
suất lao động cao, giảm thiểu sức lao động của con người, do đó áp dụng các hệ
thống tự động hóa trong công nghiệp là một giải pháp thiết thực.
Ngày nay, việc ứng dụng các vi xử lí như Arduino trong học tập và nghiên
cứu trở nên khá dễ dàng và thực tiện, giúp việc ứng dụng trở nên rộng rãi. Vi
xử lý Atmel 328P trên Arduino Uno mang lại hiệu quả khá tốt, chính xác và bền
bỉ trong môi trường nghiên cứu và học tập. Do đó chúng em chọn đề tài “ Tìm
hiểu , phân tích và thực hiện hệ thống phân lọa và đếm sản phẩm trên băng
tải với hai loại sản phẩm Dài/Ngắn” với mục đích tạo môi trường thực hành

và ứng dụng lí thuyết được học về môn đo lường & cảm biến vào những mô
hình trong thực tế. Qua đó ứng dụng được cách chọn, sử dụng cảm biến, các kĩ
năng cơ bản về lập trình, kết nối và ứng dụng cảm biến và Arduino trong thực
tế sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hà Văn Phương trong môn đo
lường & điều khiển đã tận tình chỉ bảo, tạo điều khiển và giúp đỡ chúng em
trong suốt quá trình thực hiện bài tập lớn này.


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
I. Đặt vấn đề
Ở nước ta 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 trên 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 thập niên
50-60, 50% là công nghệ là đồ tân trang. Sự thiếu hụt lẫn khó khăn 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 . Trình 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
1|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

mang đi đến các thùng hàng, thông qua hệ thống đếm tự động chữ đen khi đủ số
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.

II. 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 sản nhẩm đi qua cảm biên nào nhận biêt
2|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

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.

III. Tính cấp thiết của đề tài
Trong cuộc sống hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập
trung cao vài tính 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 rất nhò
mà ta 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 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 đó 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 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 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 câp thông tin... Nhằm 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
3|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

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 bỉ
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.

IV. Tìm hiểu chung về các bộ phận trong đề tài
IV.1. Băng tải
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.
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.

4|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

IV.1.1

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Cấu tạo chung băng tải

• Bộ phận kéo với các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật
• Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
• Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
• Hệ thống đỡ( con lăn, giá đỡ,...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và
cạc yếu tố làm việc
IV.1.2 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:

5|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Loại băng tải
Băng tải dây đai

Tải trọng

<50kg

Khoa Điện-Tự Động Hóa
Phạm vi ứng dụng
Vận chuyển từng chi tiết giữa
các nguyên công hoặc vận

Băng tải lá

chuyển thùng chứa các gia
25 ÷ 125 Vận
chiráp.
tiết trên vệ tinh
côngchuyển
cơ và lắp

kg
trong gia công chuẩn bị phôi
Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 Vận
chuyển
các chi tiết lớn
và trong
lắp ráp.
kg
giữa các bộ phận nên khoảng
Băng tải con lăn
30 ÷ 500 Vận
cách chuyên
> 50m. chi tiết nên các vệ
kg

tinh giữa các nguyên công với
khoảng cách < 50m.

- Các loại băng tải xích , băng tải con lăn có ưu diêm là độ ôn đinh cao khi
vận 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.
IV.1.3 Phân loại
Băng tải có nhiều kiểu dáng khác nhau vì thế được phân loại như sau:
a. Theo phương chuyển động
6|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

-

Khoa Điện-Tự Động Hóa

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.

- 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...

Kết cấu 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

7|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

- 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

- 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. Nó cũng có ưu điểm nữa là không tốn điện tích nơi nó vận hành.

b. Theo kết cấu

- Loại cố định: Băng tải loại này sử dụng trong dây chuyền tục và đặt cố
định trong dây chuyền.

8|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

- 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 gắn bộ phận chuyển động ở dưới chân đế di
chuyển tải

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.

9|Page


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

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

IV.1.4 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
10 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

- Để tăng được tuổi thọ sử dụng của băng tải, khi sử dụng bạn nên chp 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.
- Có hao hụt vật liệu vận chuyển do rơi vãi trên quãng đường vận chuyển thể
tác động đến mồi trường.

IV.2. Cảm biến
IV.2.1 Cơ Bản Về Ánh Sáng
Phản xạ ánh sáng trên bề mặt:

Khúc xạ ánh sáng:

Ảnh Hưởng Của Bề Mặt Lên ánh sáng Phản Xạ:

11 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

IV.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

IV.2.3 Phân loại cảm biến quang
• Cảm biến quang Thu Phát Độc Lập (Through Beam):

12 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

• Cảm biến quang Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective):

• Cảm biến quang Thu Phát Chung – Khuyếch Tán (Diffuse Replective):

• Cảm Biến Quang Loại Phản Xạ Giới Hạn (Limited Reflective)

13 | P a g e

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Chương 2: Thiết kế mô hình hệ thống phân loại theo chiều cao
I. Sơ đồ khối hệ thống

On/OFF

Máy tính

Arduino

Cảm biến

Cơ cấu chấp hành

Hiển thị

Động cơ servo

II. 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 cảm biến.
Bộ phận động lực : gồm các thiết bị vận tải ( băng chuyền ..) các bộ phận
phân loại (Các động cơ Servo ), động cơ bánh răng.
Bộ phận nhận biết và phân loại sản phẩm: hệ thống sử dụng cảm biến hoặc
công tắc hành trình để nhận biết và phân loại chiều cao sản phẩm. Hệ thống có

thể sử 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 Arduino Uno
để điều khiển hệ thống.

III. 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 động cơ servo để 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.
14 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn máy hoạt động được cần những
chuyên động cần thiết: để truyền động chuyển động quay cho trục của băng
chuyền ta dùng động cơ điện một chiều. Sau khi cảm biến đã xác định được sản
phẩm, ta sẽ dùng động cơ servo tạo chuyển động quay ngang đẩy sản phẩm xuống
dưới máng đỡ sản phẩm.

IV. Tính chọn thiết bị
IV.1. Giới thiệu động cơ 1 chiều và chọn động cơ
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 bằng phẳng và trong phạm vị rộng.

IV.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
15 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

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

IV.1.3 Phân loại động cơ 1 chiều
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện
một 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

16 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

-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.
IV.1.4 Hộp giảm tốc
Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không
đổi, được dùng để giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn và là bộ phận trung gian
giữa động cơ điện với bộ phận làm việc của máy công tác (nghĩa là 1 đầu hộp

giảm tốc nối với động cơ như truyền động bằng xích, đai hoặc nối cứng. Đầu còn
lại của hộp giảm tốc nối với tải (xích, đai, nối cứng)
IV.1.5 Nguyên tắc hoạt động của hộp giảm tốc
Thông thường hộp giảm tốc thường là một hệ bánh răng thường, gồm nhiều
bánh răng thẳng hoặc răng nghiêng lần lượt ăn khớp với nhau theo đúng tỷ số
truyền và momen quay đã thiết kế để lấy ra vòng quay cần thiết. Cũng có một hộp
giảm tốc không sài hệ bánh răng vi sai hoặc hệ bánh răng hành tinh. Với hộp giảm
tốc loại này thì kích thước sẽ nhỏ, gọn và chịu lực làm việc lớn. Tùy vào điều kiện
làm việc và tính toán thì người ta sẽ thiết kế 1 hộp giảm tốc phù hợp với công
việc. Khi nào cần dùng hộp giảm tốc? khi người ta cần 1 số vòng quay trong 1
phút mà không có động cơ nào đáp ứng được thì người ta sẽ dùng đến hộp giảm
tốc.
IV.1.6 Chọn động cơ giảm tốc
Động Cơ Giảm Tốc Tsukasa 12-24VDC
Motor giảm tốc 12-24VDC trục lệch là động cơ được sản xuất dựa trên
công nghệ của Nhật Bản, với hộp giảm tốc được làm hoàn toàn bằng kim loại cao
cấp.
Động cơ giảm tốc bao gồm 2 bộ phần: động cơ và hộp giảm tốc sử dụng
điện áp 12 - 24 VDC, số vòng quay có thể lên đến 120 vòng/ phút.

17 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Mô tơ giảm tốc chuyên sử dụng trong các mô hình roobot, máy bán hàng
tự động với tốc độ nhanh, khỏe.

Thông số kỹ thuật của mô tơ giảm tốc:
•

Hàng Nhật Bãi

•

Điện áp hoạt động: 12 - 24 VDC

•

RPM:

•

Điện áp 12VDC: 70 vòng/phút

•

Điện áp 24VDC: 120 vòng/phút

•

Trục lệch D: 0.6 cm

•

Kích thước động cơ: dài 3.2 cm x đường kính 2.75cm

•

Chiều dài trục: 2.5 cm

•

Mã hộp giảm tốc: T10011924

18 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

IV.1.7 Động cơ Servo MG90s
- Dùng nhiều trong các mạch điện tử
- Được ứng dụng để làm các mô hình điện tử
Thông số kĩ thuật:
- Điện áp 4.8 ~ 7.2V
- Kích thước: 22.8 x 12.2 x 28.5mm
- Khối lượng: 13.6g
- Momen xoắn: 2kg/cm
- Tốc độ hoạt động (4.8V không tải): 0.11 giây/độ
- Dải nhiệt độ: -0 ~ 55 độ C
- Dây Cam: Xung ||Dây Đỏ: Vcc ||Dây Đen: GND

IV.2. Mạch rơ le

19 | P a g e

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

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 có hs chuyển mạch qua lại.

Thông số kĩ thuật:
- Tính hiệu vào điều khiển: DC5V
- Mặc định điều khiển: + Bật 0, Tắt 1
- Thay đổi J1, J0 để thay đổi mức điều khiển
- Đầu ra: + Tiếp điểm relay 220V 10A ( Lưu ý tiếp điểm , không phải điện
áp ra) + NC : Thường đóng + NO: Thường mở
- Ký hiệu nguồn: + VCC, GND là nguồn chung với điều khiển + VSS+ ,
VSS- là nguồn của Relay
Nếu muốn cách ly thì sử dụng 2 nguồn riêng
Nếu dùng chung nguồn, cần Jump Chốt 2.54MM để nối VCC -- VSS+ ;
GND -- VSS-

IV.3. Cảm biến quang
IV.3.1 Khái niệm
Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na,
thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích
hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu
quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot
(Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.

Hiện nay, có các loại cảm biến quang như:

-Cảm biến quang thu phát.
-Cảm biến quang phản xạ gương.
-Cảm biến quang khuếch tán.

IV.3.2 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK

20 | P a g e


Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện-Tự Động Hóa

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để
xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng
mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh
khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu
hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân Tín hiệu khi sử dụng.
Thông số kỹ thuật:
•

Nguồn điện cung cấp: 5VDC.

•

Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm.

•

Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

•

Dòng kích ngõ ra: 300mA.

•

Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên
áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.

•

Chất liệu sản phẩm: nhựa.

•

Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

•

Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).

IV.3.3 Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại V1
Cảm biến có khả năng thích nghi với môi trường, có một cặp truyền và nhận
tia hồng ngoại.
21 | P a g e