Thiết kế và thi công mô hình kiểm tra khối lượng và chiều dài ván gỗ: Đồ tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Sản phẩm: Mô hình kiểm tra khối lượng và chiều dài sử dụng cảm biến phát hiện vật kết hợp điều khiển giám sát trên mọi thiết bị kết nối với PLC, sử dụng giao thức kết nối wifi/ethernet

GVHD: ThS LÊ THỊ HỒNG LÂM SVTH: NGUYỄN NGỌC CHI

HỒ THỊ NGA

S K L 0 0 9 3 1 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KIỂM TRA KHỐI

LƯỢNG VÀ CHIỀU DÀI VÁN GỖ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KIỂM TRA KHỐI

LƯỢNG VÀ CHIỀU DÀI VÁN GỖ

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Chi MSSV: 18151159

Hồ Thị Nga MSSV: 18151206

Ngành: CNKT Điều khiển và Tự động hóa Lớp: 181512A, 181511C

Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Hồng Lam ĐT: 0909287087

Ngày nhận đề tài:8/3/2022 Ngày nộp đề tài: /7/2022

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KIỂM TRA KHỐI LƯỢNG VÀ CHIỀU DÀI

VÁN GỖ

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Kích thước mô hình: chiều dài 120cm, chiều rộng 60cm, chiều cao 105,5cm

- Động cơ AC Servo Motor

- Động cơ Speed Control Motor SPG

- Cơ cấu cấp phôi dạng hình hộp chữ nhật

- Sử dụng wifi & Internet kết nối PLC với mô hình

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Thiết kế xây dựng phần cứng của mô hình

- Nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển hệ thống bằng PLC

- Nghiên cứu cách sử dụng cảm biến phát hiện vật

- Tìm hiểu cách kết nối và giao tiếp giữa PLC và các cơ cấu vật lý trong mô hình

- Xây dựng chương trình điều khiển cho PLC

- Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát Scada

- Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mô hình

- Nhận xét, đánh giá chung toàn bộ hệ thống

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

- Viết báo cáo luận văn

- Báo cáo đề tài tốt nghiệp

4 Sản phẩm: Mô hình kiểm tra khối lượng và chiều dài sử dụng cảm biến phát hiện vật kết hợp điều khiển giám sát trên mọi thiết bị kết nối với PLC, sử dụng giao thức kết nối wifi/ethernet giữa các thiết bị

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Chi MSSV: 18151159

Hồ Thị Nga MSSV: 18151206

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Tên đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KIỂM TRA KHỐI LƯỢNG VÀ CHIỀU DÀI

VÁN GỖ

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Hồng Lam

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 8 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Chi MSSV: 18151159

Hồ Thị Nga MSSV: 18151206

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Tên đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KIỂM TRA KHỐI LƯỢNG VÀ CHIỀU DÀI

VÁN GỖ

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 8 năm 2022 Giảng viên phản biện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này, nhóm đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, góp

ý và hướng dẫn của nhiều người

Lời đầu tiên, nhóm xin được gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc nhất đến ThS.Lê Thị Hồng Lam – Giảng viên hướng dẫn của nhóm Cô đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin cảm ơn các giảng viên trong khu Việt Đức trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm thực hiện đồ án này

Ngoài ra, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thành viên lớp 181512A và 181511C, những người đồng hành và gắn bó với nhóm trong suốt 4 năm học, đã có những góp ý và giúp

đỡ trong quá trình hoàn thành đề tài

Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn giáo viên phản biện và các thầy cô trong hội đồng bảo vệ luận văn đã dành thời gian nhận xét, đánh giá và giúp đỡ nhóm em trong quá trình bảo vệ luận văn

Đồ án này sẽ không được hoàn thành tốt đẹp nếu không có sự giúp đỡ đó của tất cả mọi người Một lần nữa nhóm xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 8 năm 2022 Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Chi – Hồ Thị Nga

Thấy được tính quan trọng và tầm ứng dụng của khâu này từ nhà máy sản xuất, nhóm

đã quyết định thiết kế lại mô hình mô phỏng công đoạn này để có thể tìm hiểu sâu hơn cũng như gặt hái thêm nhiều kiến thức trong quá trình thực hiện đề tài Vì thế đề tài: “Thiết kế và thi công mô hình kiểm tra khối lượng và chiều dài ván ghỗ” được lên kế hoạch và thực hiện

Đồ án được xây dựng dựa trên bộ điều khiển PLC điều khiển chuẩn xác các tín hiệu đầu vào cũng như đưa ra các lệnh điều khiển ở ngõ ra Đồng thời sử dụng giao diện giám sát Scada để hỗ trợ việc quản lý hệ thống và các số liệu được đưa về bộ điều khiển từ cảm biến

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

LỜI CẢM ƠN v

LỜI MỞ ĐẦU vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xii

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 2

1.3 Giới hạn đề tài 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Nội dung của đề tài 3

2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu chung 4

2.2 Giới thiệu hệ thống cân định lượng 4

2.2.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay 4

2.2.2 Hệ thống cân bồn 7

2.3 Các phương pháp đo chiều dài 8

2.3.1 Phương pháp đo chiều dài thủ công 8

2.3.2 Phương pháp đo chiều dài dùng cảm biến đo 9

2.3.3 Phương pháp đo chiều dài dùng dùng xử lý ảnh công nghiệp 9

2.4 Các cơ sở lý thuyết liên quan 12

2.4.1 Cảm biến lực 12

2.4.2 Cảm biến quang điện 16

2.4.3 Cảm biến đo chiều dài sử dụng bộ mã hóa quay (encoder) 17

2.4.4 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều một pha 20

2.4.5 Thiết bị PLC với giao thức Wifi/Ethernet 20

3 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 23

3.1 Yêu cầu chung của hệ thống 23

3.2 Quy trình công nghệ của đồ án Hệ thống kiểm tra chiều dài và khối lượng của ván gỗ 23 3.3 Chọn giải pháp cân khối lượng và đo chiều dài tự động 23

3.4 Sơ đồ kết nối tổng quan 24

3.5 Tính toán thiết kế hệ thống 25

3.5.1 Lựa chọn phương pháp cân phôi 25

3.5.2 Lựa chọn phương pháp đo chiều dài 26

3.5.3 Lựa chọn phương pháp gạt sản phẩm không đạt chuẩn 27

3.5.4 Lựa chọn thiết bị lắp đặt mô hình cho hệ thống 28

3.6 Thiết kế phần điện điều khiển 43

3.7 Thiết kế mô hình trên phần mềm SolidWorks 47

3.8 Lưu đồ giải thuật điều khiển 48

4 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 51

4.1 Phần cứng 51

4.1.1 Danh sách thiết bị phần cứng 51

4.1.2 Thi công mô hình theo bản thiết kế Solidworks 55

4.1.3 Thi công mô hình theo bản thiết kế mạch điện 60

4.2 Tài liệu hướng dẫn, thao tác 62

5 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TỔNG HỢP 63

5.1 Kết quả đạt được 63

5.2 Phân tích 66

5.3 Tổng hợp 66

PHỤ LỤC 67

Thiết kế chương trình điều khiển trên phần mềm Tia Portal V15 67

Giao diện giám sát SCADA: 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC: Programing Logic Controller

RTD: Resistance Temperature Detector

RGB: Red Green Blue

HSV: Hue – Saturation – Value

NPN: Negative- Positive- Negative

PNP: Positive- Negative- Positive

RTU: Remote Terminal Unit

TCP: Transmission Control Protocol

VDC: Volts Direct Current

VAC: Volts Alternating Current

CB: Circuit Breaker

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 4-1: Bảng danh sách thiết bị 51Bảng 5-1: Bảng thống kê kết quả chạy 65

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1-1: Kim ngạch xuất khẩu ván gỗ ép sang các nước từ năm 2016-2020 2

Hình 2-2-1: Một số hệ thống cân thường 5

Hình 2-2: Cấu tạo cân băng tải định lượng 6

Hình 2-3: Cấu tạo cơ bản cân bồn 7

Hình 2-4: Cách đo chiều dài thủ công 8

Hình 2-5: Đo chiều dài bằng encoder 9

Hình 2-6: Sử dụng phương pháp tam giác đồng dạng 10

Hình 2-7: Mô hình sử dụng cảm biến công nghiệp để đo chiều dài 11

Hình 2-8: Dây điện trở strain gauge 13

Hình 2-9: Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động 13

Hình 2-10: Mạch cầu Wheatstone 14

Hình 2-11:Cảm biến lực khi cân khối lượng 15

Hình 2-12: Nguyên lý hoạt động 16

Hình 2-13: Nguyên lý làm việc cơ bản của cảm biến quang 17

Hình 2-14: Cấu tạo cơ bản của Encoder 18

Hình 2-15: Đĩa quay Encoder 19

Hình 2-16: Ngõ ra dạng xung vuông ABZ, độ phân giải 1024 19

Hình 2-17: Ngõ ra dạng mã bit, độ phân giải 2500 20

Hình 3-1: Sơ đồ kết nối tổng quan 24

3-2: Phôi gỗ 25

3-3: PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7 212-1AE31-0XB0 29

3-4: Cảm biến lực Loadcell 30

3-5: Đầu cân EX2005 31

3-6: Encoder LPD3806-400BM 32

3-7: Cảm biến quang phản xạ gương Sick Wtb4S-3N1361 34

3-8: Động cơ AC 1 pha S6I06GB-V12 35

3-9: Bộ động cơ servo driver MADDT1205 36

3-10: Bộ nguồn Pro Eco 120W 24VDC 5A 37

3-12: CB chống giật HZM6 39

3-13: Relay Schneider 40

3-14: Puly GT2 20 răng cưa 40

3-15: Mô đun SB 1223 DC/DC 41

3-16: Mô đun gaio tiếp CM 1241 RS485 42

3-17: Bảng vẽ nguồn cấp cho hệ thống 43

3-18: Bảng vẽ kết nối ngõ DI/DO của PLC 44

3-19: Bảng vẽ mạch kết nối cảm biến 45

3-20: Bảng vẽ mạch nút nhấn và đèn 46

3-21: Bảng vẽ mạch kết nối Driver của động cơ Servo 47

3-22: Mô hình tổng quát hệ thống kiểm tra 47

3-23: Lưu đồ giải thuật điều khiển 49

4-1: Hộp cấp phôi – Bên ngoài 52

4-2: Hộp cấp phôi – Bên trong 52

4-3: Cơ cấu đẩy sản phẩm đến bàn cân – băng tải, và mặt phẳng nhôm gia công 53

4-4: Cần gạt sản phẩm lỗi 53

4-5: Chi tiết nhỏ để cố định cảm biến phát hiện phôi được gắn phía dưới mặt bàn 53

4-6: Chi tiết cố định Encoder trên băng tải 54

4-7: Mặt bàn cân và một số chi tiết cố định mô hình 54

4-8: Chi tiết định hình hai động cơ cấp phôi 55

4-9: Phần đầu tiên: cơ cấu đẩy và cấp phôi 56

4-10: Phần thứ 2: cơ cấu cân khối lượng 56

4-11: Cân Loadcell được đặt dưới mặt bàn cân 57

4-12: Cân Loadcell và đầu cân được đấu nối dưới mặt phẳng làm việc 57

4-13: Phần thứ 3: Cơ cấu đo chiều dài 58

4-14: Phần cuối: Cơ cấu gạt sản phẩm lỗi 58

4-15: Mô hình tổng quán phía trên 59

4-16: Mô hình tổng quan phía trước 60

4-17: Tủ điện thi công theo bảng vẽ 60

5-1: Màn hình đăng nhập cho “Engineer” 63

5-2: Màn hình đăng nhập cho “Operator” 63

5-3: Giao diện giám sát và alarm 64

5-4: Giao diện điều khiển 65

4-18: Các nút nhấn và biến mặc định 67

4-19: Các khối Function chức năng chính 68

4-20: Nút nhấn Reset 69

4-21: Khối cấp phôi tự động 71

4-22: Động cơ 1 gạt phôi lỗi 73

4-23: Động cơ 2 đẩy phôi 74

4-24: Động cơ 3, xoay cần đẩy phôi 75

4-25: Đọc dữ liệu từ cân Loadcell 76

4-26: Đọc chiều dài từ xung encoder 77

4-27: So sánh 78

4-28:Màn hình đăng nhập 80

4-29: Màn hình giám sát 81

4-30: Màn hình điều khiển và cài đặt thông số ban đầu 82

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Nhu cầu về nội thất gỗ nói chung và sàn gỗ công nghiệp nói riêng trong những năm gần đây liên tục ghi nhận những sự tăng trưởng đáng kể Song song với đó, diễn biến phức tạp của đại dịch đã và đang góp phần khiến mỗi con người đều mong muốn được trở về gần hơn với tổ ấm gia đình Thời gian ở nhà tăng lên giúp cho thị trường nội thất ghỗ càng trở nên quan trọng hơn

Gỗ ván ép là một trong những sản phẩm tiêu biểu của ngành Chế biến và Xuất khẩu

gỗ Sự bùng phát của dịch Covid-19 đã và đang tác động hết sức tiêu cực đến sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới Mặc dù vậy, trong 5 năm trở lại đây, ngành gỗ ván ép vẫn tăng trưởng tốt và lớn mạnh Các khó khăn do dịch bệnh mang lại đang mở ra hướng đi mới, tiềm năng phát triển mạng cho ngành chế biến gỗ trong nước, cụ thể là sản phẩm gỗ ván ép Việt Nam xuất khẩu đi các quốc gia trên thế giới

Trong 5 năm trở lại đây, xuất khẩu gỗ ván ép ở Việt Nam có những bước tăng trưởng thần kỳ từ 1% thị phần thế giới năm 2015 đến 5% tổng thị phần xuất khẩu toàn cầu, đứng vị trí thứ 5 thế giới về xuất khẩu gỗ ván ép – theo thông tin từ Hiệp hội xuất khẩu Gỗ và Nông sản Việt Nam

Nếu như trong năm 2015, sản xuất gỗ ván ép chỉ đạt 724 nghìn m3 thì đến năm 2020, mặc dù chịu tác động nặng nề của nền đại dịch Covid-19 và các cuộc điều tra của Mỹ và Hàn Quốc về phòng vệ thương mại,

Việt Nam đã xuất khẩu lên đến 2,09 triệu m3, tăng kim ngạch xuất khẩu mặt hàng này

từ 200 triệu USD đến 659,74 triệu USD

Hình 1-1: Kim ngạch xuất khẩu ván gỗ ép sang các nước từ năm 2016-2020

Xuất khẩu gỗ ván ép ở Việt Nam chiếm thị phần lớn trên thế giới với đa dạng các khách hàng ở các quốc gia, tuy nhiên chủ yếu nhất vẫn là 5 nước : Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Malaysia và Thái Lan, chiếm hơn 84% tổng lượng xuất khẩu và giá trị kim ngạch

➢ Đề tài chỉ thực hiện kiểm tra sản phẩm với ván gỗ có khối lượng và kích thước

nhỏ, trọng lượng vật được cân: 0.5kg – 1kg

➢ Sai số hệ thống chỉ được xác định bằng phương chạy thực tế và thống kê với

quy mô nhỏ, sai số dao động: 2%

➢ Mô hình được thiết kế với mục đích nghiên cứu thực nghiệm, không mô phỏng

bất kỳ hệ thống cụ thể nào

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên các mô hình hệ thống kiểm tra sản phẩm về khối lượng và chiều dài đã xuất hiện trên thị trường, nhóm thực hiện việc tìm hiểu và đưa ra ưu/nhược điểm cho từng cách phân loại sản phẩm Sau đó, nhóm dựa trên sản phẩm thực tế cần phân loại để đưa ra cách

phân loại tối ưu nhất Ngoài ra nhóm còn thực hiện cải tiến ở một số quy trình như cấp, thu thập dữ liệu để có thể đánh giá đúng chất lượng sản phẩm cần phân loại

1.5 Nội dung của đề tài

Đề tài có nội dung như sau:

➢ Chương 1: Tổng quan

➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Giới thiệu một số hệ thống cân Loadcell thông dụng trên thị trường, trình bày nguyên

lý hoạt động của các hệ thống trên cũng như các vấn đề khác liên quan đến công nghệ được

áp dụng trong hệ thống, trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến phương pháp cân khối lượng và đo chiều dài sản phẩm

➢ Chương 3: Thiết kế phần cứng và xây dựng hệ thống

Phân tích lý do chọn phương án phân loại khối lượng sử dụng cân Loadcell và đo chiều dài sử dụng Encoder; lựa chọn thiết bị phù hợp với đề tài; trình bày sơ đồ khối, giải thuật, bảng thiết kế mô hình và nguyên lý hoạt động của hệ thống

➢ Chương 4: Thi công hệ thống

Trình bày quá trình thực hiện mô hình phần cứng và các bước để có thể hoàn thành hệ thống

➢ Chương 5: Kết quả thực nghiệm, phân tích, tổng hợp

Trình bày những kết quả đạt được từ thực nghiệm Phân tích, đánh giá và so sánh với mục tiêu ban đầu đề ra

➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Trình bày những điểm mạnh và những điều chưa đạt được của hệ thống và đưa ra các giải pháp phát triển cho đề tài trong tương lai

2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung

Chương 2 giới thiệu một số hệ thống sử dụng cân định lượng và trình bày một số khái niệm liên quan đến cân định lượng được sử dụng hiện nay, các phương pháp đo chiều dài sản phẩm, nguyên lý hoạt động của các cảm biến cũng như các vấn đề khác liên quan đến công nghệ được áp dụng trong hệ thống

2.2 Giới thiệu hệ thống cân định lượng

2.2.1 Các hệ thống cân định lượng hiện nay

Việc đo lường, kiểm soát các khối lượng trong các nhà máy, xí nghiệp rất quan trọng Trong nhiều quá trình, việc đo lường tốt giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục, năng suất cao và tạo ra những sản phẩm tốt Trước đây để định lượng nguyên vật liệu trong bồn chứa, phễu chứa trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng các sử phương pháp đo lường như đo bằng thể tích, đo mức, đo bằng lưu lượng, đo bằng cân cơ học với sự cồng kềnh và

độ chính xác không cao

Ngày nay, các hệ thống hiện đại đòi hỏi các hệ thống phải có độ chính xác cao và năng suất lớn, được kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất đã cho ra đời các hệ thống cân điện tử đo lường sử dụng loadcell Qua đó tiết kiệm chi phí tiêu hao nguyên liệu, tăng năng suất, quản lý được chi phí sản xuất

Các hệ thống cân sử dụng loadcell thường dùng như: Cân bồn, cân phễu, cân băng tải, cân dạng cơ,

a Hệ thống cân bồn b Hệ thống cân phễu

c Hệ thống cân băng tải d Hệ thống cân cơ

Hình 2-2-1: Một số hệ thống cân thường

Băng tải cân định lượng

Cân băng tải định lượng là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử Nó có thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu Điều này giúp cho quá trình hoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn

ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành phần nguyên liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn Từ

đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn

➢ Cấu tạo

Cân băng tải định lượng gồm các thành phần:

Hình 2-2: Cấu tạo cân băng tải định lượng

Khung cơ khí làm giá đỡ toàn bộ hệ thống: phễu chứa và cấp nguyên liệu, hệ thống con lăn băng tải, băng tải vận chuyển nguyên liệu và một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ

Hệ thống cảm biến và điều khiển: thiết bị cảm biến lực (Loadcell cân định lượng), thiết

bị cảm biến tốc độ, bộ chỉ thị điều khiển, biến tần, động cơ truyền động

Hệ thống điều khiển tự động hóa: hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm, phần mềm điều khiển cân bằng định lượng

➢ Nguyên lý hoạt động của cân băng tải định lượng

Cấp liệu vào phiễu chứa → Cấp liệu lên băng tải→Xác định khối lượng/xác định tốc

độ chạy→Phân tích thông số thô→Xác định được khối lượng chuẩn → Điều khiển định mức chuẩn → Hệ thống hoạt động vòng lặp

Bộ phận cơ khí: (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và con lăn nhỏ): Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa và cấp liệu Tại đây, liệu được đổ vào phễu chứa và bắt đầu quy trình của cân băng Liệu qua cửa cấp liệu chảy xuống băng tải Toàn bộ băng tải chảy liệu được gá trên khung cân băng, trên các con lăn trong đó con lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, con lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băng tải chạy Trong số băng tải nhỏ sẽ có bộ bận được cảm biện trọng lượng (loadcell) để kiểm tra, đong đếm khối lượng chảy trên băng

Bộ phận cảm biến: ( Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến tốc độ): Được

gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện những trọng lực tác dụng trực tiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ phận điều khiển Encoder cảm biến tốc độ sẽ có nhiệm

vụ, kiểm tra tốc tộ chạy của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được thông số tốc độ của băng tải Kết

hợp 2 thông số này lại sẽ có được thông số khối lượng trên giờ để điều chỉnh được chính xác nhất

Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển cân băng, phần mềm cân băng): Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xủa lý thông tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điều khiển trên máy tính Từ đây những thông số thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủ điện Tại tủ điện điều khiển trung tâm sẽ có được những quyết định, thông số thời gian chạy trên băng và từ đó kiểm soát được đúng định mức khối lượng / thời gian cân thiết

2.2.2 Hệ thống cân bồn

Để kiểm soát lượng sản phẩm nằm trong các bồn và tháp chứa, những phương pháp đo gián tiếp hay dựa vào cảm biến lưu lượng không phải là phương án tối ưu nhất Vì thế công nghệ cân điện tử cung cấp kết quả ổn định và chính xác trong mọi điều kiện vật liệu

➢ Dạng kết cấu của bồn chứa nguyên liệu cơ bản

Hình 2-3: Cấu tạo cơ bản cân bồn

Bồn chứa: thường là một bồn chứa kín để lưu trữ và xử lý nguyên liệu dạng chất lỏng, chất rắn chảy tự do hoặc chất khí Kích thước bồ chứa tùy thuộc vào ứng dụng của hệ thống cân khối lượng

Phễu chứa: là một dạng thùng chứa mở ở trên đầu dùng để chứa, xử lý và lưu trữ các nguyên liệu chất rắn ở dạng hạt hoặc bột Phễu có xu hướng nhỏ hơn bồn chứa và được treo cao hơn bồn

Silo: Là một dạng bồn chứa kín thẳng đứng chứa các nguyên liệu rắn dạng hạt hoặc bột, có công suất chứa lớn lên đến vài trăm tấn Thường được sử dụng để cung cấp nguyên liệu thô cho các nhà máy chế biến

➢ Nguyên lý cân khối lượng của hệ thống cân bồn

Cấp nguyên liệu vào bồn chứa → Cân nguyên liệu ở đầu cân Loadcell →Thu thập và lưu trữ dữ liệu → Đưa tín hiệu về các thiết bị điều khiển (PLC,…) → Điều khiển hệ thống

→Hệ thống hoạt động vòng lặp

2.3 Các phương pháp đo chiều dài

2.3.1 Phương pháp đo chiều dài thủ công

Phương pháp đo chiều dài thủ công được thực hiện trực tiếp bằng sức lao động của con người Thường xuất hiện tại các cơ sở kinh doanh nhỏ, quy mô sản xuất theo hộ gia đình

Hình 2-4: Cách đo chiều dài thủ công

• Thời gian lâu

• Cần nhiều sức lao động, áp dụng ở môi trường làm việc nhỏ mang tính cá nhân

2.3.2 Phương pháp đo chiều dài dùng cảm biến đo

Trong phương pháp này, các sản phẩm sẽ được chạy trên băng chuyền Cảm biến phát hiện khi có vật trên băng chuyền sẽ đưa tín hiệu về bộ điều khiển, từ đó có thể phân tích dữ liệu từ các cảm biến đo gửi về Hiện nay có khá nhiều cảm biến đó khoảng cách, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, có thể sử dụng một số loại như:

• Cảm biến siêu âm: thường dùng để đo khoảng cách mực chất lỏng trong công nghiệp

• Cảm biến từ: thường dùng đo chiều dài hoặc khoảng cách giữa các vật thể kim loại

• Encoder: dùng để đo chiều dài hoặc khoảng cách của các vật thể, thông qua bộ phát xung biến đổi thành chiều dài

Hình 2-5: Đo chiều dài bằng encoder

Ưu điểm:

• Độ chính xác cao, tầm đo dao động khoảng từ vài cm đến 3000m

• Tốc độ nhanh, có thể tùy chỉnh tốc độ đọc dựa trên tốc độ cấp phôi và băng tải

• Chi phí đầu tư không quá cao

Nhược điểm:

• Cần vật được đo phải nằm ở vị trí chính xác cao, nếu sai lệch thì kết quả đo sẽ sai sót

2.3.3 Phương pháp đo chiều dài dùng dùng xử lý ảnh công nghiệp

Phương pháp này sử dụng một hoặc nhiều cảm biến công nghiệp, các ván gỗ sẽ nằm trên băng tải và chuyển động qua cảm biến để xử lý hình ảnh Ban đầu hình ảnh được truyền trực tiếp qua thiết bị, tại đây ảnh được xử lý bằng phần mềm để tách đối tượng ra khỏi nền

ảnh xung quanh Ảnh RGB (Red Green Blue) sau khi được chuyển sang HSV (Hue – Saturation – Value), giữ lại các điểm ảnh màu xanh và chuyển các điểm ảnh còn lại sang màu đen Khung hình đầu tiên được thiết lập là khung hình nền gốc Khung hình nền hiện tại được tính bởi trung bình cộng giữa khung hình nền gốc và khung hình hiện tại Bằng so sánh sự sai khác giữa các khung hình, thiết bị sẽ ghi nhận chuyển động của ván gỗ nếu khung hình hiện tại và khung hình nền khác nhau quá 5000 pixel

Sau khi thiết bị ghi nhận được hình ảnh cây gỗ chạy qua, hình ảnh được chuyển sang màu xám, lọc nhiễu Gauss sau đó tiếp tục được chuyển đổi qua thuật toán phân ngưỡng threshold để tránh ảnh hưởng của vân gỗ đến các thuật toán phía sau Các điểm ảnh có giá trị nhỏ hơn ngưỡng được chuyển về màu đen, các điểm ảnh còn lại được chuyển về màu trắng Hình ảnh phân ngưỡng sẽ được vẽ lại đường viền và vẽ lại đường bao chữ nhật nhỏ nhất có thể chứa đường viền đó

Hình 2-6: Sử dụng phương pháp tam giác đồng dạng

Độ dài thực tế của các cạnh khối hộp ngoại tiếp được tính bằng phương pháp sử dụng tam giác đồng dạng được thể hiện trên Hình 2.6 Từ một vật thể có chiều rộng biết trước W, được đặt cách máy ảnh khoảng cách D và kích thước của vật trên ảnh được tính bằng số pixel

P Từ đây ta lấy được độ dài tiêu cự F của máy ảnh theo công thức:

W

P D

Dựa vào độ dài tiêu cự F là hằng số thu được, tính toán kích thước thực tế W’ của một vật khi biết khoảng cách D’ được xác định bằng cảm biến siêu âm và số điểm ảnh P’ thu được trên ảnh theo công thức:

Ta tính kích thước thực tế của một vật có kích thước 1pixel khi cố định khoảng cách D' tới máy ảnh sử dụng công thức (2.2) với '

D s F

Với: n là số điểm pixel trắng và s là diện tích 1 pixel

Hình 2-7: Mô hình sử dụng cảm biến công nghiệp để đo chiều dài

Ưu điểm:

• Kết quả chính xác cao, giải quyết các vấn đề khi gặp trình trạng sản phẩm không đạt hình dáng hoàn hảo

• Cảm biến lực kiểu điện trở: dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng khi một tải trọng, lực, lực căng tác động lên cảm biến, trở kháng của nó thay đổi Sự thay đổi trở kháng này sẽ đẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi một điện áp đầu vào được cấp

• Cảm biến lực kiểu điện dung: dựa trên sự thay đổi dung kháng Đối với tụ điện phẳng gồm 2 bản cực phẳng song song điện dung tỉ lệ thuận với tiết diện bản cực và hằng số điện môi của chất điện môi nằm giữa 2 bản cực và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 bản cực

Hình 2-8: Dây điện trở strain gauge

Điện trở của dây được xác định bằng công thức:

L R S



Trong đó:

• R = Điện trở strain gauge (Ohm)

• L = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)

• A = Tiết diện của sợi kim loại strain gauge ( 2

m ) Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay dổi điện trở:

• Khi bị lực nén→Chiều dài strain gauge giảm → R giảm

• Khi bị kéo dãn→ Chiều dài strain gauge tăng→ R tăng

Hình 2-9: Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động

➢ Mạch cầu Wheatstone

Gồm 4 dây strain gauge ghép lại thành một mạch cầu và được dán vào bề mặt của thân loadcell một điện áp kích thích - thường là 10 V được cấp vào mạch cầu ở 2 điểm A, C và chúng ta sẽ đo đc 1 điện áp đày ra ở 2 điểm B, D như hình vẽ Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell

bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra Sự thay đổi điện áp đầu ra này thường rất bé (thường khoảng 20mV khi full tải) để có thể đo được và số hóa để tính toán thì cần phải khuếch đại tín hiện mv này lên 0- 5V hay 0- 10V

Sử dụng mạch cầu Wheatstone để chuyển đổi sự thay đổi tỉ lệ giữa lực căng và trở kháng thành điện áp tỷ lệ với tải Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được

đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân)

Hình 2-11:Cảm biến lực khi cân khối lượng

Hình 2-12: Nguyên lý hoạt động

Cấp điện áp vào U B(V), khi đó điện áp ra U A(V) Tại trạng thái cân bằng (Trạng thái cân không tải), điện áp ra bằng không hoặc gần bằng không Khí có tải trọng lực hoạc lực tắc động lên thân làm cho đầu cân bị biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi của chiều dài

và tiết diện dây dẫn của sợ dây strain gauge → Thay đổi điện trở → Thay đổi điện áp đầu ra

2.4.2 Cảm biến quang điện

Thiết bị phát ra chùm tia sáng dạng tần số chiếu vào vật thể cần phát hiện Khi vật thể

đi qua sẽ làm ảnh hướng đến tần số phát Sự thay đổi này 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

Hình 2-13: Nguyên lý làm việc cơ bản của cảm biến quang

➢ Cấu tạo của cảm biến quang cơ bản gồm: Bộ phát – thu ánh sáng, bo mạch xử lý tín hiệu điện

➢ Chức năng của từng phần như sau

Bộ phát ánh sáng: Có nhiệm vụ phát ra ánh sáng dạng xung (tần số) Tần số ánh sáng này sẽ được hãng sản xuất thiết kế đặc biệt để bộ thu ánh sáng có thể phân biệt được ánh sáng

từ cảm biến và ánh sáng từ nguồn khác bên ngoài như: ánh sáng tự nhiên (ban ngày), bóng đèn, …

Bộ thu ánh sáng: Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ bộ phát sáng, nó được gọi là phototransistor (tranzito quang)

Mạch xử lý tín hiệu điện: Khi tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu ánh sáng Mạch điện tử sẽ chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại Tín hiệu ngõ ra thường dùng nhất là NPN, PNP, …

2.4.3 Cảm biến đo chiều dài sử dụng bộ mã hóa quay (encoder)

Chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra analog hoặc kỹ thuật số Encoder được dùng để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc độ… của động

cơ bằng cách đếm số vòng quay được của trục

➢ Cấu tạo

• Đĩa quang tròn có rảnh nhỏ quay quanh trục: Trên đĩa được đục lỗ (rãnh), khi đĩa này quay và chiếu đèn led lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360o thành các góc bằng nhau Và một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm tròn

• Bộ cảm biến thu (photosensor)

• Nguồn sáng (Light source)

Hình 2-14: Cấu tạo cơ bản của Encoder

➢ Nguyên lý hoạt động

Khi đĩa quay quanh trục, trên đĩa có các rãnh để tín hiệu quang chiếu qua (Led) Chỗ có rãnh thì ánh sáng xuyên qua được, chỗ không có rãnh ánh sáng không xuyên qua được Với các tín hiệu có/không ghi nhận đèn Led có chiếu qua hay không

Số xung Encoder được quy ước là số lần ánh sáng chiếu qua khe Ví dụ trên đĩa chỉ

có 100 khe thì cứ 1 vòng quay, encoder đếm được 100 tín hiệu Đây là nguyên lý hoạt động của loại Encoder cơ bản Sẽ thay đổi tùy thuộc vào số khe trống trên đĩa quay

Hình 2-15: Đĩa quay Encoder

Cảm biến thu – phát bật tắt liên tục →Tạo ra sóng dạng xung vuông → Tín hiệu dạng xung vuông được gửi về bộ xử lý

Hình 2-16: Ngõ ra dạng xung vuông ABZ, độ phân giải 1024

• Encoder tuyệt đối: Tương ứng đĩa quay 8bit hay 8 dãy rãnh, cho ngõ ra dạng mã kỹ

thuật số (BCD), Binary (nhị phân), Gray code

Hình 2-17: Ngõ ra dạng mã bit, độ phân giải 2500

2.4.4 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều một pha

➢ Nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều một pha

• Thay đổi số vòng dây stato

• Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

• Điều khiển tần số đưa vào động cơ

2.4.5 Thiết bị PLC với giao thức Wifi/Ethernet

➢ Khái niệm PLC & Wifi/Ethernet

Hoạt động với giao tiếp Ethernet, kết hợp kỹ thuật số và analog I/O, tích hợp đầu vào tốc độ cao, timer và lịch, bộ đếm, thời gian thực, màn hình hiển thị bàn phím tích hợp, truyền thông nối tiếp và một cổng mở rộng Khả dụng với phiên bản 12VDC/14VDC

Một cổng mở rộng cho phép kết nối lên đến 10modules mở rộng số kênh I / O và thêm khả năng giao tiếp SMS Hiện tại, nó cũng có thể sử dụng các đầu ra analog để giải quyết nhiệm vụ điều khiển vòng kín đơn giản Hệ thống sưởi ấm và làm mát có thể được thiết kế với các module RTD PT100, sử dụng chức năng đặc biệt để kiểm soát PI và bộ đa năng analog

• Điều khiển từ xa, giám sát & báo động qua tin nhắn SMS

• Hoạt động dựa trên Ethernet có sẵn

• Cung cấp tấm lắp kim loại tùy chọn để lắp phía sau cửa bảng điều khiển

• Hỗ trợ Modbus RTU/ASCII/TCP protocol

• Đơn vị kích thước phù hợp cho phép DIN -rail

• Khả năng giao tiếp mạnh mẽ ( 1 cổng RS232 , 1 cổng RS485 và 1 cổng LAN)

hệ thống thủy lợi,ứng dụng độc đáo, Hệ thống điện gió trong môi trường khắc nghiệt, bảng hiển thị và dấu hiệu điều khiển giao thông

➢ Lợi ích

• Giải pháp lý tưởng cho các tác vụ tự động hóa đơn giản

• Giảm chi phí - thay thế nhiều thiết bị điều khiển chuyển mạch thông thường

• Giảm thời gian - bố trí bảng điều khiển và dây đơn giản

• Linh hoạt trong việc sử dụng màn hình hiển thị bàn phím có thể tháo rời

• Tiết kiệm nhiều không gian trong tủ chuyển mạch - module dựa 4 chiều kích thước tiêu chuẩn công nghiệp thay thế một loạt các rơ le, công tắc hẹn giờ và contactor rơle

• Hiển thị văn bản bên ngoài mở rộng các khả năng để kiểm soát người điều khiển và giám sát

• Mật khẩu bảo vệ

• 51 tích hợp, chức năng thử nghiệm trước - Không có thiết bị đi kèm

• Liên kết 512 chức năng - các ứng dụng mở rộng có thể được thực hiện mà không hạn chế

• 14 đầu vào số (incl 8 AI tại 12/24 V DC) và 8 đầu ra kỹ thuật số trên bảng

• Hiển thị các đoạn văn bản, các mục hành động và giá trị hiện tại cũng như chỉnh sửa trực tiếp các giá trị trên màn hình

• Bộ nhớ dữ liệu - Bảo vệ các giá trị hiện tại chống lại sự mất mát trong trường hợp mất điện

• Cùng với phần mềm xLogicSoft, cấu hình của xLogic chỉ đơn giản trực quan: tạo chương trình, dự án mô phỏng và tài liệu được thực hiện bằng cách sử dụng kéo và thả chức năng, cho phép dễ dàng tối đa hóa hoạt động

3 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG HỆ

THỐNG 3.1 Yêu cầu chung của hệ thống

Mô hình được thiết kế thi công là mô hình mô phỏng, vì vậy phải đáp ứng được những tiêu chí sau đây:

• Vận hành ổn định chính xác với tốc độ cao

• Có giao diện điều khiển trực quan, dễ thao tác và giám sát

• Đảm bảo an toàn cho người vận hành

3.2 Quy trình công nghệ của đồ án Hệ thống kiểm tra chiều dài và khối lượng của ván

Những lợi ích của của hệ thống phân loại loại sản phẩm có thể kể đến như:

• Giảm thiểu sức lao động

• Nâng cao năng suất của dây chuyền so với khi làm thủ công, giảm giá thành sản phẩm

• Đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt mức tối ưu nhất

• Giúp đơn giản hóa việc quản lý và giám sát chu trình

3.3 Chọn giải pháp cân khối lượng và đo chiều dài tự động

Với những tiêu chí là tốc độ xử lí, độ chính xác cao nhưng vẫn đảm bảo về chi phí đầu

tư không quá cao Ngoài ra các sản phẩm mô phỏng có độ tương đồng về kích thước và khối lượng tương đối cao Vì thế trong các phương pháp cân và đo được trình bày ở phần cơ sở lý