Tiểu luận BTL học phần đo lường cảm biến

Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN:
HỌC PHẦN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
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 VÀ NGẮN
Yêu cầu: - Phân loại và đưa ra 2 sản phẩm về 2 kho quy định
- Loại phế phẩm ra khỏi băng tải
- Đếm số lượng từng loại thành phẩm và phế phẩm
Nhóm SVTH: Trần Đức An - 1141040363
Nguyễn Tiến Anh - 1141040360
Giáp Ngọc Chiến - 1141040325
Mai Thế Duy - 1141040342
Phan Trần Minh Đức - 1141040212
Đặng Văn Điệp – 1141040369
Hoàng Thị Hảo – 1141040336

1


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Lê Văn Hiếu - 1141040333

Hồ Bá Vương - 1141040320
Lớp

:ĐH CNKT Điện 5 – K11

GVHD

:Hà Văn Phương

2


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

MỤC LỤC

3


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

DANH MỤC HÌNH ẢNH

4

Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

DANH MỤC BẢNG BIỂU

5


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

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 nhờ sự hỗ trợ của các cảm biến. Học phần Kỹ thuật
Đo lường Cảm biến 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. Kỹ thuật đo lường cung cấp cho sinh viên những
kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện.
Học phần đo lường cảm biến cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về
các phép đo, phương pháp và các dụng cụ đo trong kỹ thuật đo lường các đại lượng điện
và đại lượng không điện. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của từng cơ cấu chỉ thị
của các thiết bị đo từ đó biết cách sử dụng và ứng dụng vào từng trường hợp, từng công
việc trong thực tế nhằm đạt được kết quả và độ chính xác cao nhất, người học cũng hiểu
rõ được ý nghĩa to lớn của việc đo lường đến sự kinh doanh của cá nhân, sự quản lý, điều
phối của nhà nước và nền kinh tế, an ninh và chính trị của một quốc gia. Bên cạnh đó

người học còn nắm vững được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và sự phát triển của các cảm
biến ngày nay như cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, siêu âm, cảm biến lực , cảm biến
hồng ngoại..v.v. Đó là các bộ phận rất quan trọng chuyển đổi tín hiệu không điện thành
tín hiệu điện đưa vào các bộ xử lý, từ đó chúng ta có thể đo được các đại lượng không
điện một cách dễ dàng bằng cách liên kết với các mạch điện tử, các bộ vi xử lý, IC kết
hợp với các cơ cấu chỉ thị để đưa ra kết quả. Các cảm biến có ý nghĩa rất lớn trong sự
phát triển của các dây truyền sản xuất tự động trong công nghiệp, trong các lĩnh vực an
ninh quốc phòng.
Đề tài nghiên cứu của nhóm là một trong những ứng dụng rất lớn và thiết thực của
kỹ thuật đo lường cảm biến, với việc thiết kế một hệ thống phân loại sản phẩm trên băng

6


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

tải trong dây truyền sản xuất sẽ giúp chúng ta có thể kiểm soát, nắm bắt được số lượng
của từng thành phẩm với các kích thước dài ngắn khác nhau và các phế phẩm đồng thời
phân loại các sản phẩm đạt chất lượng cùng kích thước và loại bỏ các phế phẩm từ đó
giảm được số lượng công nhân , giảm bớt gánh nặng cho người lao động, nâng cao năng
suất lao động của nhà máy. Để làm được điều này nhóm sẽ sử dụng các cảm biến quang
để phát hiện các sản phẩm dài ngắn, các phế phẩm gửi xung tín hiệu điện đến các IC, các
IC sẽ thu nhận, xử lý, phân tích và phát lệnh đến các cơ cấu truyền thông hiển thị là các
bộ đếm và bảng số LED 7 thanh để kiểm soát và đếm số lượng, đồng thời các xung lệnh
này sẽ được gửi đi đến các cơ cấu chấp hành là các Rơ le điều khiển động cơ, các cánh
tay chấp hành và các Xi-lanh, pit-tong đẩy nhằm phân loại sản phẩm dài, ngắn và loại bỏ
phế phẩm trên băng tải.

7


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

CHƯƠNG 1:

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
TRONG CÔNG NGHIỆP

1.1

Giới thiệu chung về hệ thống

1.1.1 Sự phát triển và ý nghĩa to lớn của dây truyền sản xuất tự động trong nền
Công nghiệp Việt nam những năm gần đây.
Hiện nay, tại nhiều nhà máy của Việt Nam, tự động hóa đang dần thay thế các dây
chuyền sản xuất cũ mà lệnh sản xuất cho con người và máy móc đều được truyền qua
mạng Wifi.
Tại các nhà máy đã triển khai tự động hóa, việc hoạt động đều được cài đặt theo
chương trình có sẵn từ công ty mẹ ở nước ngoài truyền tới hoặc các lệnh điều khiển của
các công ty con nhớ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đặc biệt là truyền
thông không dây và sự phát triển của các cảm biến, các bộ vi xử lý điều khiển.
Máy tự vận hành, tự nghỉ để kiểm tra và khắc phục các lỗi sản xuất nếu có. Thay
vì máy móc phụ thuộc vào con người, hiện nay, người lao động trong các dây chuyền tự
động hóa sẽ phụ thuộc vào máy móc.
Người lao động trong các phân xưởng tự động hóa sẽ ngày càng ít đi. Với sự phát
triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, vòng đời của các sản phẩm ngày càng ngắn hơn và

nhanh chóng bị thay thế bởi các sản phẩm mới. Khi đó, con người phải chuyển sang làm
các công việc mang tính sáng tạo vì công việc giản đơn đã có tự động hóa thay thế.
Công nghệ tự động hóa trong dây truyền sản xuất và Internet kết nối vạn vật đang
là những ứng dụng chủ đạo để phát triển công nghiệp thông minh, công nghiệp tự động.
Tuy nhiên không chỉ có vậy, tại hội thảo và triển lãm quốc tế về phát triển công nghiệp
thông minh do Ban kinh tế Trung ương chủ trì phối hợp với Tập đoàn Dữ liệu quốc tế
IDG tổ chức mới đây tại Hà Nội, nhiều xu hướng công nghệ mới đã được các tập đoàn
lớn trên thế giới đem tới giới thiệu, từ đó, giúp định hình rõ hơn bức tranh toàn cảnh của
8


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

nền công nghiệp thông minh hiện đại trong khoảng từ 10 - 20 năm tới thông qua sự ứng
dụng và phát triển mạnh mẽ các dây truyền sản xuất tự động trong các nhà máy.
1.1.2 Vai trò và ý nghĩa
Vai trò, ý nghĩa, sự tác động và phương đến sự phát triển của nền kinh tế nước nhà
nói chung và nền công nghiệp sản xuất nói riêng: Tự động hóa các quá trình sản xuất cho
phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động. Trong mọi thời đại, các quá trình
sản xuất luôn được điều khiển theo các qui luật kinh tế. Có thể nói giá thành là một trong
những yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hóa. Không một sản phẩm
nào có thể cạnh tranh được nếu giá thành sản phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại, có
tính năng tương đương với các hãng khác. Trong bối cảnh nền kinh tế đang phải đối phó
với các hiện tượng như lạm phát, chi phí cho vật tư, lao động, quảng cáo và bán hàng
ngày càng tăng buộc công nghiệp chế tạo phải tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu
để giảm giá thành sản phẩm. Mặt khác nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ làm
tăng mức độ phức tạp của quá trình gia công. Khối lượng các công việc đơn giản cho
phép trả lương thấp sẽ giảm nhiều. Chi phí cho đào tạo công nhân và đội ngũ phục vụ, giá

thành thiết bị cũng tăng theo. Đây là động lực mạnh kích thích sự phát triển của tự động
hóa.
Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá
trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chất
lượng gia công và năng suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành và quản lý sản
xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các nhược điểm trên. Đồng thời tự
động hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất
là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự
khác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay.
Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất
hiện đại. Với các loại sản phẩm có số lượng lớn (hàng tỉ cái trong một năm) như đinh,
bóng đèn điện, khóa kéo… thì không thể sử dụng các quá trình sản xuất thủ công để đáp
ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất.
9


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán
đổi sản xuất. Chỉ có một số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạọ hoàn toàn bởi một nhà
sản xuất. Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà thầu để cung cấp các bộ phận
riêng lẻ cho mình, sau đó tiến hành liên kết, lắp ráp thành sản phẩm tổng thể. Các sản
phẩm phức tạp như ôtô, máy bay… nếu chế tạo theo phương thức trên sẽ có rất nhiều ưu
điểm. Các nhà thầu sẽ chuyên sâu hơn với các sản phẩm của mình. Việc nghiên cứu, cải
tiến chỉ phải thực hiện trong một vùng chuyên môn hẹp, vì thế sẽ có chất lượng cao hơn,
tiến độ nhanh hơn. Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện chuyển thành sản xuất hàng
khối. Do một nhà thầu tham gia vào quá trình sản xuất một sản phẩm phức tạp nào đó có
thể đóng vai trò như một nhà cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nên khả năng tiêu

chuẩn hóa sản phẩm là rất cao. Điều này cho phép ứng dụng nguyên tắc hoán đổi - một
trong các điều kiện cơ bản dẫn tới sự hình thành dạng sản xuất hàng khối khi chế tạo các
sản phẩm phức tạp, số lượng ít. Tuy nhiên, cũng không nên quá đề cao tầm quan trọng
của tiêu chuẩn hoá. Không có tiêu chuẩn hóa trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở cho
việc hoán chuyển ở một mức độ nhất định, làm tăng tiêu tốn thời gian cho các quá trình
sản xuất các sản phẩm phức tạp chứ không thể làm cho các quá trình này không thể thực
hiện được. Có thể nói tự động hóa giữ một vai trò quan trọng trong việc thực hiện tiêu
chuẩn hóa bởi chỉ có nền sản xuất tự động hóa mới cho phép chế tạo các sản phẩm có
kích cỡ và đặc tính không hoặc ít thay đổi với số lượng lớn một cách hiệu quả nhất.
Tóm lại, với việc các công ty nhà máy sản xuất ở Việt Nam đang ngày càng chú
trọng đầu tư, xây dưng, phát triển và ứng dụng rộng rãi các dây truyển sản xuất tự động
trong quá trình sản xuất của mình đã, đang và sẽ tác động mạnh mẽ đến quá trình tiếp thu
công nghệ của Việt nam, nâng cao rõ rệt năng suất lao động, hiệu quả làm việc, tiết kiệm
nguồn nhân công và nhiều khoản chi phí khác đưa nền công nghiệp sản xuất ngày càng
phát triển, từ đó góp phần thu hút nhiều nhà đầu tư quốc tế vào thị trường Việt Nam, tác
động tích cực đến các ngành nghề khác, góp phần ngày càng phát triển nền kinh tế nước
nhà.

10


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

1.1.3 Công đoạn phân loại sản phẩm trong dây truyền sản xuất tự động.
Khái niệm, nội dung và ý nghĩa của việc phân loại sản phẩm: Phân loại sản
phẩm là công đoạn cuối của quá trình sản xuất một sản phẩm nào đó của một nhà máy
sản xuất nhằm kiểm soát, phân chia các thành phẩm có cùng đặc điểm chung nào đó theo
yêu cầu sản xuất của nhà sản xuất như chiều cao, khối lượng, cân nặng, màu sắc..v.v đến

những kho hàng của từng sản phẩm cho hợp lý, đồng thời loại bỏ phế phẩm khỏi dây
truyền. Từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất, tăng năng suất lao động, tiết kiệm thời gian của
công nhân, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác kiểm tra, đóng gói, phân phối sản phẩm
đến tay người sử dụng, đồng thời giúp cho nhà sản xuất nắm và đánh giá được tình hình,
chất lượng sản xuất của công ty.
Hoạt động phân loại thủ công: Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân
dùng các thiết bị đo kiểm để xác định sản phẩm thuộc loại nào. Sau đó xếp sản phẩm vào
trong hộp, đếm đủ số lượng rồi dùng băng keo dán lên miệng hộp. Việc này phụ thuộc rất
nhiều vào trình độ công nhân. Hơn nữa, công nhân làm việc lâu không tránh khỏi những
sai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều.
Hoạt động phân loại tự động: Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp
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 sẽ được đẩy vào hộp nằm 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 cho
đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẻ tư động dừng trong một khoàng thời gian để
đóng gói sản phẩm .Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dừng. Người công
nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng.
Cùng với sự phát triển của các ngành 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, cùng cấp thong tin.v.v.. Do đó cần phản nắm bắt
và vận dụng một cách hiệu quả nhằm phát triển nền khoa học kỹ thuật và kỹ thuật điều
khiển tự động - Một trong những ứng dụng của điều khiển tự động hóa là ứng dụng vào
11


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

trong các khâu tự động trong dây chuyển sản xuất tự động hóa có số lượng sản phẩm sản
xuất ra lớn được băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm
một cách tự động. - Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứ n g dụng rất
nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và
có 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 kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó long
có thể nhận ra. 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 là một sự phát
triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu nà y. - Hệ thống tự động phân loại sản phẩm là quá
trình tự động hóa sản xuất, vì vậy nó mang những đặc điểm của tự động hóa sản xuất.
1.2

Tổng quan về một hệ thống phân loại sản phẩm tự động trong CN.

1.2.1 Nhiệm vụ và mục tiêu của một hệ thống PLSP tự động trong công nghiệp
Việc ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hiện nay, hòa chung
vào quá trình tự động hóa trong sản xuất, khâu phân loại sản phẩm trong các dây chuyền
công nghiệp là một ví dụ điển hình. Trước kia, việc phân loại chủ yếu là dựa vào sức
người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có 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. Ứng dụng băng chuyền và các kỹ
thuật để phân loại sản phẩm hoàn toàn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năng
suất và hiệu quả, chính xác hơn rất nhiều so với việc phân loại thủ công bằng sức người.
Một hệ thống PLSP tự động sẽ phát hiện, phân loại và kiểm soát các sản phẩm có cùng
đặc điểm như cùng kích thước, khối lượng, màu sắc theo đúng mong muốn của nhà sản
xuất mà trực tiếp là người vận hành thông qua việc cài đặt, lập trình cho bộ xử lý, điều
khiển.

12

Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

1.2.2 Các bộ phận cấu thành nên một hệ thống PLSP tự động:
+ Khối cảm biến: các cảm biến phát hiện sự có mặt, vị trí, khoảng cách như cảm
biến quang thu phát độc lập, cảm biến sợi quang, cảm biến tiệm cận điện dung, cẩm biến
siêu âm..v.v. Bộ cảm biến có nhiệm vụ phát hiện sản phẩm theo yêu cầu, biến đổi đại
lượng không điện thành các xung điện chuyển đến bộ xử lý để phân tích. Trong đó, cảm
biến quang thu phát độc lập và cảm biến sợi quang được sử dụng rộng rãi và nhiều nhất
bởi ưu điểm của nó là giá thành rẻ, dễ dàng lắp đặt, cơ động, nguyên lý hoạt động đơn
giản, tin cậy, độ chính xác cao, sử dụng sóng hồng ngoại không gây ảnh hưởng đến sức
khỏe con người và không làm nhiễu các thiết bị điện tử khác trong dây truyền sản xuất.
+ Khối xử lý điều khiển: là các bộ vi xử lý sử dụng IC có lập trình Arduino, các bộ
PLC có sự tham gia của các máy tính..v.v. Bộ này có chức năng thu nhận tín hiệu xung
điện từ các bộ cảm biến để phân tích, nhận dạng, xử lý và phát xung lệnh đến cơ cấu chấp
hành thực hiện thao tác nhằm hoàn thành nhiệm vụ đã được lập trình sẵn theo đúng mong
muốn của người cài đặt.
+ Khối chấp hành: là các thiết bị điện, các khí cụ điện và các máy điện như Rơ-le,
contactor, cánh tay robot, các động cơ..v.v trực tiếp thực hiện các thao tác tác động đến
sản phẩm theo lệch của khối xử lý điều khiển.
Phương pháp, công nghệ và cách thức thực hiện: sử dụng một băng tải để vận
chuyển sản phẩm sau khi sản xuất được truyền chuyển động qua các bánh răng, dây curoa với các động cơ điện, các cảm biến hoặc công tắc hành trình được đặt ở phía sau để
phát hiện các sản phẩm cùng đặc điểm ( cùng màu sắc, kích thước, khối lượng..v.v) và
các phế phẩm ( các sản phẩm không đạt chất lượng) chuyển qua cho bộ xử lý. Bộ xử lý
thu nhận, phân tích xử lý đưa tín hiệu đến bộ đếm để đếm số lượng và đưa tín hiệu đến
các xi-lanh pittong hoặc các cánh tay robot đẩy các phế phẩm sang một băng tải khác để
loại bỏ, đẩy các sản phẩm có cùng một đặc điểm nào đó theo chương trình đã cài đặt sang

một băng tải khác để đóng gói.

13


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Yêu cầu đặt ra mà một hệ thống PLSP tự động cần đáp ứng được: thực hiện
chính xác các nhiệm vụ theo đúng mong muốn của người cài đặt thông qua các chương
trình lập trình, thời gian đáp ứng nhanh, hoạt động ổn định, tiết kiệm điện, lắp đặt, sửa
chữa bảo trì dễ dàng, thuận tiện, cơ động, khoa học hợp lý, chi phí đầu tư thấp, có khả
năng tự phát hiện các sự cố, báo cáo đến bộ phận giám sát..v.v

14


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN
1.3

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Tổng quan về hệ thống phân loại và đếm sản phẩm trên băng tải với 2 loại dài

ngắn của đề tài.
Thực trạng các SP với kích thước dài ngắn trong dây truyền sản xuất của các
nhà máy sản xuất ở VN: Nền công nghiệp sản xuất của Việt nam hiện nay đang rất phát
triển với sự ứng dụng rộng rãi các thành tựu của công nghệ tự động hóa, công nghệ cảm
biến robot làm cho các sản phẩm được sản xuất ra cũng vì vậy mà càng ngày càng đa

dạng, phong phú về chủng loại, kích thước, khối lượng màu sắc, trong đấy các sản phẩm
với kích thước dài ngắn đang ngày càng phổ biến hơn như sản xuất gạch đá, sắt thép,
bánh kẹo, đồ da dụng, giày dép, bia rượu, nước giải khát..v.v. Điều đó làm cho công việc
phân loại ngày càng quan trọng và cần thiết.
Ý nghĩa của việc phân loại này: Với việc các sản phẩm sản xuất ra ở các nhà
máy ngày càng gia tăng kéo theo chủng loại, kích thước dài ngắn cũng ngày càng phong
phú đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng cao của người tiêu dùng, do đó xuất hiện sự đòi
hỏi về phân phối các sản phẩm khác nhau tới tay người dùng và cũng là sự thuận tiện
trong công việc kiểm soát năng suất sản xuất của mỗi nhà máy trong từng ngày, từng
tháng hoặc từng năm và dễ dàng cho công đoạn đóng gói, nhập kho, xuất xưởng thì công
đoạn phân loại các sản phẩm có kích thước dài một nơi, sản phẩm có kích thước ngắn
một nơi sẽ giải quyết được tất cả các điều đó, các sản phẩm có kích thước dài hơn sẽ đi
về một kho thích hợp, công việc đóng gói, kiểm soát giá tiền từ đó mà cũng sẽ phù hợp
hơn vì kích thước các thùng đóng gói và giá tiền của các sản phẩm dài sẽ khác các sản
phẩm có kích thước ngắn. Đồng thời trong quá trình phân loại này, ta cũng sẽ kiểm soát
được những phế phẩm không đảm bảo yêu cầu về kích thước hay bị conh vênh, lồi lõm,
méo mó, từ đó loại bỏ khỏi dây truyền. Điều đó là tăng năng suất và tốc độ sản xuất, tiết
kiệm thời gian, giảm chi phí cho nhân công, nâng cao hiệu quả.

15


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

1.3.1 Yêu cầu của hệ thống cần thiết kế
Phân loại, đưa mỗi sản phẩm có kích thước dài và ngắn về mỗi kho khác nhau theo
quy định, đồng thời đếm số lượng mỗi loại sản phẩm đó đưa ra con số trên màn hình điều
khiển.

Phát hiện các phế phẩm là các sản phẩm bị cong vênh, lồi lõm, méo mó để loại
chúng ra khỏi băng tải sản xuất và đưa về một kho phế phẩm theo một băng tải khác
(băng tải phụ, băng tải này không phải là băng tải sản xuất ) đồng thời đếm số lượng các
phế phẩm và đưa con số ra màn hình.
Bộ đếm sản phẩm phải có khả năng đếm lên đến hàng trăm (tối đa là 999), đây là
số lượng sản phẩm tối đa ước tính mà một ca ( kíp ) sản xuất có thể sản xuất ra được.
Cơ cấu chấp hành hoạt động, thao tác nhanh, ổn định, tiêu thụ ít năng lượng
Băng tải có khả năng chịu quá tải tốt, tốc độ dịch chuyển ổn định, khởi động và
điều chỉnh tốc độ dễ dàng.
Hệ thống cung cấp điện có các đèn báo hoạt động, đèn báo sự cố, đèn báo nguy
hiểm. Có khả năng tự động cắt mạch điện khi có sự cố xảy ra như ngắn mạch, quá tải và
chuyển mạch sang pha khác nếu pha đang vận hành bị sụt áp hay mất pha.
Các bộ phận cơ bản cần chuẩn bị và chức năng của chúng để thiết kế hệ thống:
Băng tải: kiểu băng tải dịch chuyển ngang với số lượng là 3, trong đó có 1 băng tải
chính là băng tải sản xuất trực tiếp vận chuyển các sản phẩm dài, ngắn và các phế phẩm
sau khi sản xuất ra với kích thước dài và công suất lớn hơn, 2 băng tải phụ để vận chuyển
sản phẩm dài và phế phẩm về mỗi kho theo quy định. Động cơ kéo tải là động cơ một
chiều được cấp nguồn khởi động và điều chỉnh tốc độ bằng một bộ băm xung DC điện tử
công suất.
Cảm biến: sử dụng 2 cảm biến quang thu phát độc lập để phát hiện và đếm sản
phẩm dài. 1 cảm biến sợi quang để phát hiện và đếm các phế phẩm bị cong vênh, lồi lõm,
méo mó (phế phẩm). 1 cảm biến quang thu phát độc lập nữa để đếm sản phẩm ngắn.

16


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Bộ xử lý điều khiển: bộ AND, IC 74192
Truyền thông hiển thị: màn hình LED 7 thanh, bộ thu phát không dây đến hệ thống
máy tính phòng giám sát, điều khiển của nhà máy.
Cơ cấu chấp hành: sử dụng rơ-le trung gian và rơ-le thời gian đóng cắt mạch điện
điều khiển 2 xi-lanh tác dụng kép ( hoạt động nhờ 2 van điện tử điều khiển khí nén ).

17


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

CHƯƠNG 2:
2.1

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

THIẾT KẾ HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH

Sự hoạt động cơ bản của hệ thống.

2.1.1 Sơ đồ khối:

18


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

2.1.2 Cấu tạo, chức năng của từng khối và nguyên lý hoạt động cơ bản:

Hình 2.1

Toàn bộ các khối và hệ thống chấp hành ( bao gồm các cảm biến, IC, rơ-le, xilanh
khí nén ) sẽ được cấp nguồn bởi một bộ biến đổi DC điện tử công suất là mạch chỉnh lưu
cầu Thyristor 1 pha có điều khiển, bằng việc thay đổi góc mở α trong bộ điều khiển của
bộ biến đổi ta thay đổi được thời gian đóng mở van trong 1 chu kỳ T từ đó thu được điện
áp đầu ra là điện áp 1 chiều có giá trị hiệu dụng theo ý muốn cấp cho bộ xử lý là các IC,
các cảm biến quang, bộ hiển thị và các rơ-le đóng mở các van khí nén.
Động cơ KĐB 3 pha được khởi động và điều khiển thông qua một bộ biến tần sẽ
quay với một tốc độ ổn định truyền chuyển động cho băng tải qua cơ cấu Puly- dây curoa chuyển động tịnh tiến ngang vận chuyển các sản phẩm đi qua 3 cảm biến trong đó có
2 cảm biến quang thu phát độc lập được đặt cách nhau một khoảng cách có độ dài lớn
hơn chiều dài của sản phẩm ngắn và nhỏ hơn chiều dài của sản phẩm dài và 1 cảm biến
sợi quang được đặt ở đầu băng tải số 1. Cảm biến sợi quang chịu trách nhiệm phát hiện
các phế phẩm bị lồi lõm, cong vênh, méo mó đưa xung tín hiệu đến IC, IC xử lý phát

19


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

xung kích mở van khí nén điều khiển xi-lanh 1 thông qua rơ-le trung gian đẩy phế phẩm
sang băng tải số 2 loại khỏi băng tải sản xuất đưa về kho phế phẩm, đồng thời đưa tín
hiệu vào bộ đếm để đếm và hiển thi ra bảng led 7 thanh. 2 Cảm biến quang thu phát độc
lập chịu trách nhiệm phát hiện sản phẩm dài và ngắn, khi sản phẩm dài đi qua 2 cảm biến
này vì chiều dài của nó lớn hơn khoảng cách đặt 2 cảm biến nên sẽ có thời điểm sản
phẩm dài này sẽ cắt cùng lúc cả 2 cảm biến, tín hiệu của cả 2 cảm biến này sẽ gửi đến bộ
xử lý, bộ xử lý phân tích và nhận biết được thời điểm nào nhận được cùng lúc cả 2 tín

hiệu này thì phát điều khiển rơ-le kích mở van khí nén điều khiển xi lanh 2 đẩy sản phẩm
dài sang băng tải số 3 đưa về kho quy định, đồng thời đưa tín hiệu đến bộ đếm để đếm và
hiển thị ra bảng led 7 thanh. Do sản phẩm ngắn có chiều dài nhỏ hơn khoảng cách 2 cảm
biến quang này nên sẽ không có thời điểm nào nó cắt được cả 2 cảm biến này cùng một
lúc nên tín hiệu của 2 cảm biến quang này sẽ được gửi lần lượt đến bộ xử lý mà không
phải là cùng một lúc nên bộ xử lý không nhận biết được, do đó sản phẩm ngắn sẽ tiếp tục
di chuyển trên băng tải sản xuất đến kho chứa sản phẩm ngắn theo quy định, 1 cảm biến
quang thu phát độc lập nữa được đặt ở cuối băng tải 1 để đếm sản phẩm ngắn này hiển thị
ra led 7 thanh.
2.2

Tính toán, lựa chọn các thiết bị.

2.2.1 Nguồn – bộ biến đổi AC/DC
Căn cứ vào sự hoạt động của các cảm biến cũng như bộ xử lý điều khiển là các
mạch điện tử sử dụng điện 1 chiều nên ta chọn nguồn nuôi cả hệ thống là bộ biến đổi điện
tử công suất mà bản chất là bộ chỉnh lưu cầu 1 pha AC/DC bằng van bán dẫn công suất
bán điều khiển Thyristor SCR.
a. Nhiệm vụ, số lượng, vị trí lắp đặt, nguyên lý làm việc:
Bộ biến đổi AC/DC để chỉnh lưu dòng xoay chiều của lưới thành dòng 1 chiều có
thể điều chỉnh được điện áp cấp điện cho bộ xử lý điều khiển, các rơ-le trung gian điều
khiển van khí nén xi-lanh. Số lượng 1 (bên trong có 4 van SCR và mạch điều khiển). Lắp
đặt trong tủ điều khiển và phân phối ngay dưới lưới 3 pha của nhà xưởng.

20


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu cầu Thyristor SCR
Bằng việc thay đổi điện áp điều khiển U đk

trên mạch điều khiển ta thay đổi

được góc mở chính là thời gian đóng cắt các cắp van SCR1-SCR2 và SCR3-SCR4 trong
từng chu kỳ của lưới, từ đó chỉnh lưu và thay đổi được điện áp DC đầu ra với quan hệ:
= =
24 = = 80
để có điện áp 24VDC cấp cho các cảm biến, Rơ-le và bộ xử lý điều khiển ta điều
chỉnh biến trở trên bảng điều khiển Uđk để có được góc mở = 80

21


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của bộ biến đổi Omron S8VS
Thông số kỹ thuật: Bộ nguồn Omron S8VS
Nguồn vào: 115-240VAC
Nguồn ra: 24VDC, hiệu suất: 91%, Công suất: 480W. Có màn hình hiển thị.
2.2.2 Nguồn Động cơ – Biến tần
Động cơ kéo băng tải là động cơ KĐB 3 pha nên để khởi động và điều chỉnh tốc
độ ta dùng bộ biến tần nguồn áp (nghịch lưu áp) với phương pháp điều khiển U/f.
a. Nhiệm vụ, số lượng, vị trí lắp đặt
Biến tần là thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều với tần
số cố định ở ngõ vào thành điện áp hoặc dòng điện có tần số thay đổi được ở ngõ ra cấp

cho động cơ hoạt động, đồng thời điều chỉnh tốc độ nhưng vẫn đảm bảo được Mô-men và
công suất cơ trên trục không đổi. Ngoài ra còn bảo vệ quá dòng, quá áp, bảo vệ ngắn
mạch, bảo vệ mất pha, lệch pha trên động cơ, bảo vệ mất pha nguồn… giúp tăng tuổi thọ
động cơ.
Số lượng: 1, vị trí lắp đặt: trong tủ điều khiển và phân phối ngay dưới lưới 3 pha
của nhà xưởng.

22


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến

b. Ưu điểm của biến tần
− Với đặc tính khởi động mềm của biến tần cho phép khống chế dòng khởi động
không vượt quá dòng định mức của động cơ, do đó tránh sụt áp và tiết kiệm điện
năng khi khởi động.
− Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ cho phù hợp với yêu cầu tải thực tế, tối ưu
được việc sử dụng điện năng. Khi sử dụng biến tần trong các dây chuyền sản xuất
có thể tiết kiệm được 30 – 50% năng lượng điện.
− Có thể điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện.
− Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần rất đơn giản, làm việc được
trong nhiều môi trường khác nhau, đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau và có
thể thay đổi tốc độ làm việc nhiều động cơ cùng một lúc như băng tải, băng
chuyền, máy kéo sơi trong nghành dệt….
− Tăng tốc êm, chống giật giúp giảm áp lực lên hệ thống cơ khí như hộp số, ổ bi,
tang trống và con lăn. Có chế độ khởi động với mô-men cực đại dùng cho băng tải,
phát hiện đứt dây đai nhờ việc giám sát mô-men tải.

23


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN
c. Biến tần đa năng GD200A

24

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến


Khoa Điện – Trường Đại học Công Nghiệp HN

25

Kỹ thuật Đo Lường & Cảm Biến