(Đồ án tốt nghiệp) chế tạo và điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ChẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯƠṆ G

GVHD: TS. VŨ QUANG HUY
SVTH: NGUYỄN QUANG TUÂŃ KIỆT - 12146267
LẠI TRUNG HẠNH - 12146052

SKL004521

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT - 12146267
LẠI TRUNG HẠNH - 12146052
Khố: 2012
Ngành: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Bộ mơn Cơ điện tử
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Quang Huy.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Tuấn Kiệt
Lại Trung Hạnh.
1. Tên đề tài:
- Chế tạo và điều khiển mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng.

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Các mơ hình phân loại sản phẩm có trên mạng và trong thực tế
- Các tài liệu về PLC, cảm biến,...
3. Nội dung chính của đồ án:
- Tìm hiểu các thiết bị trong cơng nghiệp
- Thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng bằng PLC S7-1200
- Thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng.
- Điều khiển được mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng
4. Các sản phẩm dự kiến
Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng được điều khiển bằng PLC S7-1200
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:

TRƯỞNG BỘ MÔN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

Được phép bảo vệ …………………………………………
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

LỜI CAM KẾT
-

Tên đề tài: Chế tạo và điều khiển mơ hình phân loại sản phẩm theo khối

lượng
-

GVHD: TS Vũ Quang Huy.

-

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Quang Tuấn Kiệt.
MSSV : 12146267 Lớp 12146CLC
Địa chỉ sinh viên: 7/2, đường 385, phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9

Số điện thoại liên lạc : 01698395331
Email :

-

Họ và tên sinh viên : Lại Trung Hạnh
MSSV : 12146052 Lớp 12146CLC
Địa chỉ sinh viên: 5/77/52, đường Đình Phong Phú, phường Tăng Nhơn
Phú B, Quận 9
Số điện thoại liên lạc : 01664361939
Email :
-

-

Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):
Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là
cơng trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một
bài viết nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc.Nếu có bất kỳ một sự
vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
-

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2016.
Ký tên

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

LỜI NÓI ĐẦU
Bốn năm là khoảng thời gian đầy ý nghĩa mà chúng em đã được gắn bó với
ngơi trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM trong việc học tập và nghiên cứu . Nhận
được rất nhiều sự hướng dẫn và dạy dỗ tận tình của các thầy cơ giáo về chun môn
lẫn đạo đức. Luận văn tốt nghiệp là thành quả của một trình lâu dài, là sự kết tinh của
tất cả những kiến thức mà sinh viên đã lĩnh hội được trong quá trình học tập tại trường
cũng như những kiến thức tự học tập của mỗi sinh viên.
Ngày nay, thời đại công nghiệp ngày càng phát triển mạnh mẽ và thay đổi
khơng ngừng, thì con người ln có khuynh hướng kết hợp rất nhiều lĩnh vực công
nghệ kỹ thuật để tạo ra những sản phẩm tối ưu nhất mang lại lợi ích cho con người.
Nói rõ hơn là sự kết hợp của ngành cơ khí, tự động hóa, điện - điện tử, tin học… đã tạo
nên sự mới mẻ và nhiều đột phá lớn cho thời đại công nghiệp đương đại.
Đề tài “Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng ” mang lại hai ý nghĩa
chính như sau. Thứ nhất đề tài được xem là một trải nghiệm thực sự để nhóm có thể
vận dụng những kiến thức đã được học tập và nghiên cứu trên ghế nhà trường; cùng
với khả năng tư duy, sáng tạo của mình để tạo ra sản phẩm tốt nhất, mang lại lợi ích
cho con người. Thứ hai việc chọn và thực hiện đề tài nhằm đáp ứng nhu cầu trong
công nghiệp. Ngày nay mọi thứ đều được cơng nghiệp hóa do đó viêc cân đo khơng
cịn được thực hiện bằng tay nữa mà hồn tồn sử dụng máy móc.
Và đó cũng là lý do và mục đích đề ra để nhóm thực hiện đề tài đạt được.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà khơng gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời
gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều
sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cơ, gia đình và bạn bè.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Đào
tạo Chất lượng cao – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã cùng với tri thức và tâm
huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong thời gian vẫn
còn đang học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Vũ Quang Huy đã tận tâm hướng dẫn, giúp
đỡ chúng em rất nhiều qua các buổi nói chuyện, thảo luận về đề tài mà chúng em thực
hiện. Nếu khơng có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đề tài này của
chúng em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn
thầy.
Bài thu hoạch bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu nhu cầu cũng như đối tượng
hướng tới. Chúng em đã chọn đề tài “Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng”
để làm đề tài nghiên cứu. Kiến thức của chúng em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ.
Do vậy, khơng tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, chúng em rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp q báu của q Thầy Cơ để kiến thức của nhóm em
trong lĩnh vực này được hồn thi hơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2016
NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Nguyễn Quang Tuấn Kiệt
Lại Trung Hạnh

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
ĐỀ TÀI: THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI
LƯỢNG

GVHD: Ts. Vũ Quang Huy.
SVTH : Nguyễn Quang Tuấn Kiệt
Lại Trung Hạnh
Trường: Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Khoa: Đào tạo Chất lượng cao
Bộ mơn: Cơ điện tử.
Thời gian thực hiện: 15 tuần.
1. Mục tiêu:

Trên cơ sở tìm hiểu và nghiên cứu các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối
lượng hiện có trên thế giới. Từ đó chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng
nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành cơng nghiệp. Mơ hình có khả năng phân loại sản
phẩm một cách nhanh chóng, linh hoạt.
2. Nội dung chính:

Phân loại sản phẩm là một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất, giúp chúng
ta chọn ra những sản phẩm đạt yêu cầu sản xuất. Nội dung cụ thể của đồ án được
thực hiện như sau:
−

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến trọng lượng (loadcell).

−

Thiết kế mơ hình hệ thống phân loại.

−

Thiết kế hệ thống điện điều khiển.

−

Thiết kế chương trình điều khiển.

Kết quả chính đạt được:
−

Lựa chọn được phương hướng và giải pháp phù hợp.

−

Thiết kế được mô hình phân loại sản phẩm.

−

Chế tạo và điều khiển được mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng .

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:
1.1

Tính cấp thiết của đề tài:.......................................................................................

1.2

Khả năng ứng dụng trong thực tế và lý do chọn đề tài: ........................................

1.3

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ...........................................................................

1.4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .......................................................................

1.5

Phương pháp nghiên cứu: .....................................................................................

1.6

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp: ...............................................................................

CHƯƠNG 2:
2.1.

Phân tích các hoạt động của hệ thống: ..........................................................

2.1.1. Hoạt động phân loại thủ công .....................................................................................
2.1.2. Hoạt động phân loại tự động ......................................................................................
2.2.

Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống : ................................................................

2.2.1. Các chuyển động chính...............................................................................................
2.2.2. Các yêu cầu thiết kế ....................................................................................................
2.3.

Phân tích lựa chọn phương án thiết kế : ........................................................

2.3.1. Phương án 1. ...............................................................................................................
2.3.2. Phương án 2. ...............................................................................................................
2.4.

Trình tự cộng việc tiến hành : ........................................................................

CHƯƠNG 3:
3.1.

Tổng quan về nguyên lý hoạt động: ..............................................................

3.2.

Các phương pháp đo khối lượng: ..................................................................

3.2.1. Phương pháp cân bằng 0: ...........................................................................................
3.2.2. Phương pháp cân dịch chuyển: ...................................................................................
3.3.

Giới thiệu về cảm biến khối lượng (Loadcell): .............................................

3.4.

Khuếch đại tín hiệu: .....................................................................................

3.4.1. Mạch khuếch đại không đảo: ....................................................................................
3.4.2. Bộ khuếch đại đảo: ...................................................................................................

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

3.4.3. Mạch khuếch đại dùng cho tín hiệu vi sai:...............................................................15
3.5. Biến đổi ADC:..............................................................................................................16
3.5.1. Các tham số cơ bản của bộ chuyển đổi A/D:............................................................17
3.5.2. Các phương pháp chuyển đổi A/D:...........................................................................17
CHƯƠNG 4:

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ........................................................19

4.1. Tổng quan phần cơ khí:................................................................................................19
4.2. Tính tốn chọn động cơ băng tải:.................................................................................20
4.3. Tính tốn trục:..............................................................................................................21
4.4. Nối trục với động cơ:...................................................................................................23
4.5. Các chi tiết khác:..........................................................................................................24
4.6. Dung sai lắp ghép:........................................................................................................24
4.7. Nguyên lý hoạt động:...................................................................................................24
4.8. Các bản vẽ cơ khí :.......................................................................................................26
CHƯƠNG 5:

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN....29

5.1 Khối xử lý:.....................................................................................................................29
5.1.2. Các loại tín hiệu:.......................................................................................................32
5.1.3. Bộ nhớ PLC...............................................................................................................33
5.1.5. Các loại PLC S7-1200 (siemens):.............................................................................38
5.2 Khối cảm biến:..............................................................................................................48
5.2.1. Cảm biến khối lượng loadcell...................................................................................48
5.2.2. Các cảm biến khác trong hệ thống:...........................................................................51
5.2.3. Xy lanh:.....................................................................................................................52
CHƯƠNG 6 :PHẦN MỀM STEP 7 MICROWIN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ..
54
6.1. Giới thiệu phần mềm Step 7 MicroWIN:.....................................................................54
6.1.1. Giao diện phần mềm:................................................................................................54
6.1.2. Cấu trúc của một tập tin step 7:.................................................................................55
6.1.3. Cấu trúc chương trình:..............................................................................................56
6.1.4. Giao tiếp giữa máy tính và PLC:..............................................................................57

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT

LẠI TRUNG HẠNH

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

6.2. Chương trình điều khiển:.............................................................................................63
CHƯƠNG 7:

THỰC NGHIỆM.....................................................................................72

7.1. Một số hình ảnh về mơ hình:.......................................................................................72
7.2. Thực nghiệm:...............................................................................................................74
7.2.1. Các bước chuẩn bị:....................................................................................................74
7.2.2. Thử nghiệm...............................................................................................................75
CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN.........................................................................76
8.1 Những kết qủa đạt được:...............................................................................................76
8.1.1 Phần thiết kế cơ khí....................................................................................................76
8.1.2 Phần điều khiển..........................................................................................................76
8.2 Những hạn chế còn tồn tại:...........................................................................................76
8.3 Hướng phát triển đề tài:................................................................................................77
KẾT LUẬN.........................................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................79
PHỤ LỤC............................................................................................................................80

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2. 1 Mơ hình phân loại sản phẩm một băng chuyền....................................................5
Hình 2. 2 Mơ hình phân loại sản phẩm nhiều băng chuyền.................................................6
Hình 3. 1 Phương pháp cân bằng 0...................................................................................... 8
Hình 3. 2 : mạch cầu khơng cân bằng................................................................................10
Hình 3. 3 Các cách mắc điện trở cảm biến trên các nhánh cầu.........................................11
Hình 3. 4 Các loại cân Loadcell trên thị trường................................................................13
Hình 3. 5 mạch khuếch đại khơng đảo................................................................................14
Hình 3. 6 Bộ khuếch đại đảo...............................................................................................14
Hình 3. 7 Mạch khuếch đại cho tín hiệu vi sai....................................................................15
Hình 4. 1 sơ đồ phân bố lực................................................................................................21
Hình 4. 2 : Biểu đồ nội lực trên trục...................................................................................22
Hình 4. 3 trục nối chữ thập.................................................................................................24
Hinh 5. 1 mơ hình PLC cơ bản...........................................................................................30
Hinh 5. 2 mơ hình các khối trong PLC...............................................................................31
Hinh 5. 3 vùng chứa dữ liệu của PLC.................................................................................35
Hinh 5. 4 Các đối tượng dữ liệu..........................................................................................36
Hinh 5. 5 : Một vịng qt chương trình.............................................................................37
Hinh 5. 6 Sơ đồ ngõ ra của PLC.........................................................................................40
Hinh 5. 7 PLC S7-1200, CPU 1214C.................................................................................42
Hinh 5. 8 PLC S7-1200, CPU 1211C..................................................................................42
Hinh 5. 9 : PLC S7-1200, CPU 1212C...............................................................................43
Hinh 5. 10 sơ đồ thể hiện cấu trúc bên trong của PLC......................................................44

Hinh 5. 11 Sơ đồ đấu dây của PLC S7-1200......................................................................45
Hinh 5. 12 Các module mở rộng của PLC S7-1200...........................................................46
Hinh 5. 13 các phương thức giao tiếp của PLC S7-1200...................................................48
Hinh 5. 14 Cân Loadcell.....................................................................................................48
Hinh 5. 15 sơ đồ màu dây của cân Loadcell........................................................................49
Hinh 5. 16 Cảm biến quang................................................................................................52
Hinh 5. 17 Sơ đồ kết nối xy lanh.........................................................................................53
Hình 6. 1 giao diện Step 7 MicroWIN.................................................................................55
Hình 6. 2 ảng chọn cổng giao tiếp......................................................................................58
Hình 6. 3 bảng properties của PC/PPI...............................................................................59

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Hình 6. 4 bảng properties của PC/PPI...............................................................................60
Hình 6. 5 bảng giao tiếp......................................................................................................61
Hình 6. 6 bảng PLC Type....................................................................................................62
Hình 7. 1 bàn cân loadcell và bộ chuyển đổi A/D..............................................................72
Hình 7. 2 băng chuyền........................................................................................................72
Hình 7. 3 xy lanh tại bộ phận phân loại.............................................................................73
Hình 7. 4 tay hút..................................................................................................................73
Hình 7. 5 Tổng thể mơ hình.................................................................................................74

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

DANH MỤC BẢNG
Bảng 5. 1 Các đặc điểm cơ bản của PLC S7-1200.............................................................40
Bảng 5. 2 Các Mô đun mở rộng..........................................................................................47
Bảng 5. 3 Các thông số kỹ thuật của cân Loadcell.............................................................49
Bảng 6. 1 bảng địa chỉ I/O..................................................................................................64

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PLC
CPU
WinCC
HMI
SCADA
ADC

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:
Trong q trình sản xuất tạo ra sản phẩm, khâu định lượng đóng vai trị hết sức
quan trọng, nhằm xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu bán thành phẩm và
thành phẩm. Các thiết bị định lượng có mặt tại hầu hết các cơng đoạn của quá trình sản
xuất.
Tự động điều khiển, giám sát các cơng đoạn của q trình sản xuất nói chung và
khâu định lượng đóng gói sản phẩm nói riêng là một trong những giải pháp ưu tiên
hàng đầu được lựa chọn để tăng khả năng cạnh tranh của các các doanh nghiệp trong
quá trình hội nhập.
Trong các nhà máy lớn việc nhập xuất nguyên vật liệu là công đoạn tất yếu, vì vậy
rất cần đến hệ thống cân điện tử công nghiệp. Các khối lượng cần được thực hiện thao
tác cân này rất lớn với số lượng rất nhiều.
Hiện nay tại một số doanh nghiệp nhỏ việc định lượng và đóng gói sản phẩm cịn
được thực hiện bằng phương pháp thủ công, một số doanh nghiệp được trang bị thiết
bị điều khiển nhập ngoại, có giá thành cao và thật sự không phù hợp với từng loại sản
phẩm cụ thể. Do đó, vấn đề tiếp cận, thiết kế và tự làm chủ các hệ thống điều khiều và
giám sát tự động của thiết bị định lượng là cần thiết, mang tính thực tiễn cao.

1.2 Khả năng ứng dụng trong thực tế và lý do chọn đề tài:
Tự động hóa là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao động
của con người, nâng cao năng suất lao động. Trong mọi thời đại, một sản phẩm được làm
ra vấn đề gái thành luôn là một trong những vấn đề được quan tâm bậc nhất, bởi lẻ cũng
một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất chất lượng như nhau mà giá thành rẻ hơn thì
người ta sẽ chọn sản phẩm rẻ hơn. Chính vì lẽ đó, con người ln tìm mọi cách để giảm
giá thành sản phẩm và đó là cơ sở đê ngành tự động hóa ra đời. Từ lâu con người đa nhận
ra rằng lao động của con người khơng bằng máy móc kể cả về năng suất và chất lượng. Vì
vậy, sự ra đời của tự động hóa khơng những giảm bớt lao động con người mà cịn tăng
chất lượng sản phẩm.
Quy trình tự động hóa đã làm vho việc quản lý trở nên đơn giản, bởi vì nó khơng
những thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số lượng cơng nhân
đến mức tối đa. Ngồi ra, tự động hóa cịn cải thiện điều kiện làm việc của con nguời,
tránh cho công nhân làm những việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, có thể thay con người làm
việc trong môi trường độc hại.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Ngày nay, với trình độc chun mơn hóa cao, một sản phẩm cso thể được lắp ghép từ
các chi tiết của các nhà sản xuất khác nhau trên thế giới. Chính vì thế, con người cần phải
tiêu chuẩn hóa các chi tiết cũng như các sản phẩm được tạo ra. Tự động hóa rất thích hợp
với nhưngx ngành sản xuất theo tiêu chuẩn như thế.

Phân loại sản phẩm là một phần trong nền cơng nghiệp tự động hóa hiện nay. Nhu
cầu phân loại trong nền công nghiệp ngày càng lớn, yêu cầu sử dụng máy móc thay
cho sức người, đẩy mạnh sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà. Và đề tài này có
khá nhiều ứng dụng trong thực tế như đã trình bày ở trên.
Do đó, nhu cầu về một hệ thống phân loại nhanh, chính xác, đáp ứng được mơi
trường làm việc liên tục, kéo dài thực sự rất cấp thiết hiện nay.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Trên cở sở tìm hiểu, phân tích nhu cầu phân loại hiện nay, các hệ thống phân loại tự
động trong thực tế. Từ đó, chế tạo hồn thiện mơ hình phân loại sản phẩm theo khối
lượng, có khả năng phân loại được càng nhiều sản phẩm càng tốt. Nhưng do những
khó khăn về kinh tế và thiết bị nên nhóm chỉ có thể thực hiện mơ hình có khả năng
phân loại được khoảng 6 sản phẩm một phút, để mô phỏng quá trình hoạt động của hệ
thống. Trên hết, sẽ giúp nhiều sinh viên khơng có điều kiện tiếp xúc với hệ thống thực
trong thực tế có thể học hỏi, trải nghiệm với mơ hình, từ đó rút ra kinh nghiệm quý
báu.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu các hệ thống phân loại sản phẩm có trong thực tế.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu trong một quy mô nhỏ, giới hạn về thời gian và chi phí nên đề tài chỉ

dừng lại ở việc tính tốn và thiết kế dựa trên mơ hình. Chế tạo mơ hình phân loại sản
phẩm theo khối lượng.

1.5 Phương pháp nghiên cứu:
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận:
- Trước hết, tìm hiểu các loại mơ hình mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng

hiện có trong thực tế.

- Sau đó,tiến hành phân tích đánh giá ưu, nhược điểm của từng loại và lựa chọn.
- Cuối cùng là tính tốn, thiết kế và chế tạo mơ hình.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể:
Nghiên cứu qua các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chun
ngành dùng trong việc tính tốn cũng như điều khiển, lập trình trên các trang web cũng
như trên các diễn đàn mạng Internet. Bao gồm những phương pháp cụ thể sau:
Tìm hiểu và tham khảo những sản phẩm có sẵn trên thị trường để thiết kế mơ
hình, nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện – điện tử có sẵn vào
việc điều khiển cho hệ thống.
Áp dụng các kiến thức cơ sở ngành như: bộ truyền động trong nguyên lý – chi
tiết máy, cơ lý thuyết, … vào việc tính tốn thực tế. Ngồi ra, cịn tìm hiểu về kiến
thức tự động hóa cùng với các thiết bị tự động hóa như: CB, PLC S7-1200, động cơ
AC 1 pha, Driver điều khiển động cơ, …
Vận dụng kiến thức ngành liên quan như: kỹ thuật điện – điện tử, vi điều khiển,
sử dụng phần mềm Orcad và Protues để thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển.
Chế tạo và lắp đặt mạch điện điều khiển cho tồn bộ hệ thống mơ hình phân loại
sản phẩm theo khối lượng.
1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp:
Đồ án tốt nghiệp được chia làm 3 phần:
Cơ khí: bao gồm toàn bộ phần khung, cơ cấu băng chuyền, xylanh

Điện: bao gồm toàn bộ 2 động cơ AC Servo, PLC, …
Điều khiển: giao diện giám sát WinCC và lập trình bằng PLC.
SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Phân tích các hoạt động của hệ thống:
2.1.1. Hoạt động phân loại thủ công
Khi sản phẩm được sản xuất ra, người công nhân sẽ dùng các thiết bị đo kiểm
tra để xác định chất lượng sản phẩm. Sau đó, xếp vào hộp và đóng gói. Cơng việc này
địi hỏi trình độ của cơng nhân, hơn nữa trong q trình làm lâu dài khó tránh khỏi
những sai sót dẫn đến chất lượng sản phẩm khồn đồng đều.
2.1.2. Hoạt động phân loại tự động
Khi sản phẩm được sản xuất ra, sẽ được đưa lên băng chuyền. bên cạnh băng
chuyền có mọt cảm biến đề phát hiện có workpiece, sau đó được đưa qua cân dưa trên
khối lượng để phân loại sản phẩm. Sau đó, dựa theo khối lượng để đưa qua các băng
chuyền khác nhau vào các thùng khác nhau để phân loại. Khi đủ số lượng sẽ được
đóng thùng lại và người cơng nhân đưa vào kho hàng.

2.2. Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống :
2.2.1. Các chuyển động chính
Chuyển động của băng chuyền để mang sản phẩm đi phân loại.
Chuyển động của piston để đưa sản phẩm vào các băng chuyền phân loại
2.2.2. Các yêu cầu thiết kế

Khi xây dựng các phương án thiết kế cần phải đảm bảo các điều kiện sau :
-

Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy.

- Công nhân làm việc được thoải mái, không chịu áp lực lao động.
-

Ngoài ra phải đảm bảo được tính an tồn và tính thiết kế.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

2.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế :
2.3.1. Phương án 1.
Sử dụng xy lanh để đưa sản phẩm lên bàn cân, sau đó sử dụng một băng chuyền
để vận chuyển sản phẩm đên nơi phân loại. Tại nơi phân loại, chúng ta sử dụng 2 xy
lanh thẳng để đẩy sản phẩm vào máng trượt, trượt vào thùng hàng.
Ưu điểm: Vận chuyển được sản phẩm nhanh hơn do đó năng suất cao hơn, sử
dụng ít piston, băng chuyền nên giá thành thấp.
Nhươc điểm : Chỉ phân loại được sản phẩm có khối lượng khác nhau, thiếu
tính linh hoạt

Hình 2. 1 Mơ hình phân loại sản phẩm một băng chuyền
2.3.2. Phương án 2.

Sử dụng 2 băng chuyền để vận chuyển sản phẩm. Một dùng để vận chuyển sản
phẩm để phân loại. Một là để vận chuyển các sản phẩm đã phân loại đi đóng gói. Sử
dụng xylanh để đây các sản phẩm đạt chất lượng từ băng chuyền 1 sang băng chuyền
2.
Ưu điểm : tính linh hoạt cao, có thể cúng lúc phân loại được nhiều sản phẩm.
Nhược điểm : sử dụng nhiều piston và băng chuyền hơn nên giá thành cao hơn.
Sử dụng nhiều cảm biến hơn nên điều khiển phức tạp hơn.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Hình 2. 2 Mơ hình phân loại sản phẩm nhiều băng chuyền

=> Dựa trên những phân tích trên chúng em lựa chọn phương án 1 để chế tạo
và điều khiển mơ hình.
2.4. Trình tự cộng việc tiến hành :
Việc thực hiện đề tài được thực hiện theo trình tự sau :
-

Lên ý tưởng chọn nội dung, giới hạn của đề tài thực hiện.

-

Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn về tính khả thi và ứng dụng của

-

Quyết định đề tài thực hiện.

-

Tìm hiểu các hệ thống có sẵn trong thực tế.

-

Thực hiện tính tốn thiết kế cơ khí, phần mềm lập trình.

-

Thực hiện chế tạo phần cơ khí.

-

Lấp dây điện trên tồn bộ mơ hình.

-

Lập trình điều khiển

-

Hồn thiện tồn bộ mơ hình.

đề tài.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

CHƯƠNG 3:

TỔNG QUAN

3.1. Tổng quan về nguyên lý hoạt động:
Dưới tác dụng của khối lượng đặt lên bên trên, Loadcell sẽ chuyển tín hiệu điện
ở ngõ ra. Tín hiệu điện rất nhỏ sẽ được khuếch đại lên nhiều lần trước khi đưa vào bộ

chuyển đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số và được đưa về bộ xử lý. Bộ xử lý sẽ xuất
tín hiệu đầu ra điều khiển các cơ cấu chấp hành như: băng tải, xylanh,…
Sơ đồ khối của hệ thống phân loại dung loadcell :

Bộ giải mã
A/D

Tải trọng từ
sản phẩm

Đóng cửa piston khí
nén, động cơ băng
tải

Điều khiển các cuộn
dây, solenoid, relay

Bộ xử lý
PLC

Do tính linh hoạt của bộ xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chương trình viết
cho bộ xử lý khác nhau. Do đó, hệ thống cân này có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực có
liên quan đến việc định lượng. Ngoài ứng dụng trong việc phân loại, có thể kể ra các
ví dụ mà loadcell được áp dụng trong các hệ thống như:
Trong hệ thống bán hàng có sử dụng cân điện từ, hàng hóa ở đây là những loại
hàng hóa có thể cân được như: rau củ quả, thủy sản,…
Cân cũng là một trong những biện pháp dung để phát hiện sản phẩm trong hệ
thống đếm tự động. Khi phát hiện đúng khối lượng quy định thì mới đếm. Điều này sẽ
tránh được việc đếm sai nếu cùng một lúc có 2 sản phẩm, hoặc là có vật thể che trước
cảm biến.
SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Sử dụng trong hệ thống cân xe.
3.2. Các phương pháp đo khối lượng:
3.2.1. Phương pháp cân bằng 0:
Cân bằng đòn cân là một ứng dụng của cảm biến lực cân bằng 0 vào việc đo
khối lượng. Một khối lượng chưa biết được đặt lên đĩa cân. Các quả cân được hiệu
chỉnh đặt chính xác có kích thước khác nhau được đặt lên đĩa bên kia cho đến khi cân

bằng. Khối lượng chưa biết bằng tổng các quả cân đặt lên.

Hình 3. 1 Phương pháp cân bằng 0
Cánh tay cân bằng được sử dụng trong việc đo khối lượng và được chế tạo để ít
chịu sự thay đổi nhiệt độ ở hai đầu của tay đòn.
3.2.2. Phương pháp cân dịch chuyển:
Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch
chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật có khối lượng m tạo ra. Khối lượng chưa
biết được đặt lên trên đĩa cân treo trên lò xo đã được hiệu chỉnh. Lò xo di động cho
đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa
biết, lượng di động của lò xo dung đê đo khối lượng chưa biết. Ở các cân đồng hồ chỉ
thị kim, lượng di động của lò xo, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua
một cơ cấu bánh răng với tỉ lệ phù hợp và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng
của vật cần cân.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Một cách khác có thể cân được vật là cấp nguồn DC cho biến trở xoay. Khi có
khối lượng đè lên bàn cân, thơng qua cơ cấu di chuyển thích hợp sẽ làm soay biến trở
và do đó điện áp lấy ra cũng thay đổi. Điện áp này được đưa về bộ chuyển đổi A/D và
xử lý.
Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là
Loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác dụng vào mọt bộ
phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với

lực chưa biết.

3.3. Giới thiệu về cảm biến khối lượng (Loadcell):
Loadcell hay còn gọi là cảm biến khối lượng. Bộ phận chính của loadcell là
những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là một phương tiện dùng để biến đổi
một biến dạng bé thành thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở. Có hai loại điện
trở được dùng làm cảm biến lực dịch chuyển: loại liên kết (bonded) và loại không liên
kết (unbonded).
Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở một vị trí xác định trên bề mặt
cửa bộ phận đàn hồi. Điện trở này được dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng của
vật đàn hồi. Biến dạng này được truyền trực tiếp vào tấm điện trở và nó làm thay đổi
giá trị điện trở tương ứng.
Cảm biến dùng tấm điện trở không liên kết sử dụng để đo lượng di động nhỏ,
một lượng di động do mối liên kết cơ khí tạo nên sẽ làm thay đổi điện trở làm cảm
biến. Lượng di động cũng thường được tạo nên bằng lực tác động vào một bộ phận
đàn hồi. Vì thế tấm điện trở khơng liên kết sẽ đo toàn bộ lượng dịch chuyển của bộ
phần đàn hồi, còn tấm điện trở liên kết đo độ biến dạng tại một điểm xác định trên bề
mặt của bộ phận đàn hồi.

SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Trong các cách lấy tín hiệu ra từ cảm biến mang đặc tính tổng trở, mạch lấy tín
hiệu ra tối ưu nhất là mạch cầu. Đây là một phương pháp để đo sự thay đổi nhỏ trong
điện trở của một phần tử mà giá trị điện áp ra tỉ lệ với sự thay đổi của điện trở khi có

khối lượng (hay lực) đặt vào cảm biến.
Hoạt động cảu mạch cầu có hai trường hợp: mạch cầu cân bằng và mạch cầu
không cân bằng. Ở mạch cầu cân bằng, điện trở được xác định từ giá trị của ba điện trở
cho trước. Ở cách đo không cân bằng, sự thay đổi điện trở của cảm biến từ một giá trị
cơ sở tạo nên sự sai lệch nhỏ giữa hai điện áp của ngõ ra mạch cầu. Sử dụng bộ khuếch
đại để khuếch đại độ sai lệch này lên để dễ dàng xử lý.
Điện trở của cảm biến có thể gắn lên một nhánh của mạch cầu khơng cân bằng
như sau :

Hình 3. 2 : mạch cầu không cân bằng
Các trị số điện trở R2, R3,R4 là cố định nên cầu sẽ cân bằng khi điện trở làm
cảm biến Rs ở một trị số cơ sở xác định, ta gọi giá trị này là Rcb. Liên hệ giữa R2, R3,
R4 và Rcb khi cầu cân bằng là :
Rcb =

2. 3
4

Mục đích của cầu khơng cân bằng là tạo ra một điện áp tỉ lệ với sự sai lệch giữa
Rs và Rcb.
Các cách kết nối điện trở cảm biến (Rs) trên các nhánh cầu khác như sau :
SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS VŨ QUANG HUY

Hình 3. 3 Các cách mắc điện trở cảm biến trên các nhánh cầu

Cách dùng 4 cảm biến bố trí trên bốn nhánh cầu được ứng dụng rỗng rãi trong
các loadcell thực tế. Thơng thường bốn cảm biến này sẽ được bố trí trên hai mặt của
Loadcell. Và như vậy sẽ có hai cảm biên điện trở bị dãn ra và hai cảm biến điện trở co
lại khi có tác dụng lực, do đó ta có quan hệ sau :

Có nhiều loại loadcell do các hang sản xuất khác nhau như Kobuta, Global
weighing,… Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một nhu cầu riêng biệt theo tải trọng
chịu đựng, chịu lực kéo, hay nén. Tùy vào hang sản xuất mà các đầu dây ra của
loadcell có màu sắc khác nhau. Các màu sắc này đều được quy định trong bảng thông
số kỹ thuật của từng loại loadcell.
SVTH: NGUYỄN QUANG TUẤN KIỆT
LẠI TRUNG HẠNH