Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

LỜI MỞ ĐẦUHiện nay trong công cuộc hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngàycàng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt,tiện lợi,

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

-  

 -ĐỒ ÁN TỔNG HỢP CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

Giảng viên : TS PHAN NGUYỄN DUY MINH

: PHAN THANH HÒA LỚP : 17CĐT1

Đà Nẵng, tháng 09 năm 2020

GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 1SVTH: TRẦN TÂN-PHAN THANH HÒA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỔNG HỢP

1 THÔNG TIN CHUNG

Họ và tên sinh viên: TRẦN TÂN MSV: 171250443130 Lớp: 17CĐT1

PHAN THANH HÒA MSV: 171250443110 Lớp: 17CĐT1Chuyên ngành:Kĩ thuật Cơ điện tử

Tên đề tài được giao:Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều

cao Giảng viên hướng dẫn: TS PHAN NGUY N DUY MINH

Ngày giao đề tài:01/06/2020 Ngày kết thúc: 18/09/2020

2 NỘI DUNG CÔNG VIỆC SINH VIÊN THỰC HIỆN

A Thuyết minh: (Kiểu chữ: Times New Roman Canh lề: Top:2cm, Bottom:2cm,

Left:3cm, Right:2cm) Bao gồm các mục:

Trang bìa, trang bìa lót: Theo mẫu Bộ môn qui định

Tờ nhiệm vụ đồ án tổng hợp: GVHD đề ra

Nhận xét của GVHD: Theo mẫu Bộ môn

Mục lục Lời nói đầu

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống (hay máy, …) sẽ thiết kế chế tạo

mô hình (cỡ chữ 15 in hoa đậm, nội dung chương cỡ chữ 13)

1 Nhu cầu sử dụng của hệ thống và ứng dụng kỹ thuật công nghệ nào trong

hệ thống?

2 Giới thiệu một số hệ thống đã có trong thực tế và hiệu quả sử dụng

3 Phương hướng nghiên cứu phát triển hay cải tiến hệ thống phục vụ nhucầu tốt hơn mà em dự định thiết kế (cần có các hình ảnh, hình vẽ minhhọa cụ thể)

Chương 2 Phân tích xác định hệ thống hay máy… thiết kế

1 Nhiệm vụ của hệ thống thiết kế (Hệ thống nhằm làm những gì? )

2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống (Có sơ đồ nguyên lý hoạt động của

Hệ thống hay máy)

3 Các thành phần hay bộ phận có trong hệ thống hay máy, nêu các nhiệm

vụ và yêu cầu của từng thành phần hay bộ phận cần có để hệ thống hoạtđộng được

Chương 3 Tính toán thiết kế Mô hình của hệ thống

1 Phân tích chọn phương án, kích thước và qui mô mô hình để mô phỏng(thu nhỏ) một hệ thống hay máy thực

2 Tính toán thiết kế các thành phần cơ và điện của hệ thống

- Từng bộ phận được nêu ra cụ thể, có sơ đồ của bộ phận, tính độnghọc, động lực học và xác định kích thước cụ thể, tính chọn đúngđộng cơ điện và các bộ truyền động cho bộ phận hay cơ cấu

- Mỗi bộ phận thành phần cần có sơ đồ, hình vẽ tính toán phân tích vềchuyển động và lực hay mô men tác động…xác định kích thước cụthể

3 Thống kê tổng hợp các đặc điểm và kích thước của các bộ phận, cơ cấu

đã tính

Chương 4 Thiết kế phần điều khiển

1 Yêu cầu tự động hoạt động của hệ thống hay máy, nêu cụ thể quá trìnhhoạt động của hệ thống với những tác động điều khiển tự động tuần tựtheo một chương trình hay chu trình yêu cầu

2 Xác định các thành phần của hệ thống: Đối tượng điều khiển, cơ cấu tácđộng, cơ cấu chấp hành, cảm biến, bộ phận điều khiển…

3 Phân tích chọn phương án điều khiển: dùng PLC hay Vi điều khiển haykết hợp hay một loại điều khiển nào đó thích hợp

4 Xác định các thông số vào, ra Lập sơ đồ thuật toán, sơ đồ khối, sơ đồnối dây, giản đồ thời gian…(tùy theo loại điều khiển)

5 Giới thiệu về PLC hay mạch điều khiển sẽ chọn sử dụng…

6 Viết chương trình điều khiển hệ thống

Chương 5 Trình bày việc chế tạo mô hình và lắp phần điều khiển, quá trình

điều chỉnh, hoàn thiện để hệ thống hay máy hoạt động đúng yêu cầu

Kết luận

Tài liệu tham khảo

B Bản vẽ: (từ 3-5 bản vẽ A1)

1 Bản vẽ giới thiệu về một số hệ thống hay máy hiện có

2 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống hay máy thiết kế

3 Bản vẽ hình chiếu và kết cấu của mô hình thiết kế

4 Bản vẽ liên quan đến phần điều khiển

C Mô hình: Phải có mô hình hoạt động được theo ý tưởng thiết kế, mô hình nên

nhỏ gọn, không quá lớn và cồng kềnh, phần điều khiển phải gọn, rõ ràng, kếtcấu cơ khí phải cứng vững

Sinh viên đã nộp thuyết minh:

Ngày……tháng……năm 2020

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay trong công cuộc hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngàycàng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt,tiện lợi, gọn nhẹ, ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triểnnhanh chóng làm xuất hiện hàng loạt thiết bị điều khiển lập trình PLC, Arduino

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn,nhanh mà tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp thường sử dụng công nghệ lậptrình Vi điều khiển cho các loại phần mềm tự động Dây chuyển sản xuất tự động giảmsức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đờisống xã hội Qua đồ án này chúng tôi sẽ giới thiệu về lập trình Aduino và ứng dụngcuả nó vào việc phân loại sản phẩm

Trên đây là mô hình “Phân loại sản phẩm theo chiều cao”

Lựa chọn lập trình Arduino trong đề tài này là một bước đi phù hợp với những yêucầu giới hạn cần có của một đề tài đồ án hệ thống cơ điện tử cũng như đáp ứng nhữngnhu cầu ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực của ngành cơ điện tử đang theo học

Đề tài gồm những nội dung như sau:

 Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất tự động

 Chương 2: Phân tích và thiết kế hệ thống

 Chương 3:Tính toán thiết kế mô hình hệ thống

 Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển của mô hình

 Chương 5: Xây dựng mô hình

Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như thời gian hạnchế nên không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong quá trình tính toán cũngnhư thi công mô hình, rất mong quý thầy cô thông cảm và góp ý kiến của quý thầy côcũng như các bạn sin viên

MỤC LỤC

Contents

LỜI MỞ ĐẦU 1

Đề tài gồm những nội dung như sau: 4

CHƯƠNG 1 :KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 7

1.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 7

1.1.1 Giới thiệu về dây chuyền phân loại sản phẩm tự động 7

1.1.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao 8

1.2 TỰ ĐỘNG HÓA VÀ VAI TRÒ CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 9

1.2.1 Tự động hóa 9

1.2.2 Vai trò và ý nghĩa của tự động hóa 10

1.2.3 Hiệu quả kinh tế của tự động hóa 10

1.2.4 Phân loại phương thức điều khiển 10

1.3 KẾT LUẬN 10

CHƯƠNG 2 :PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ THỐNGMÁY THIẾT KẾ 12

2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 12 2.1.1 Yêu cầu của hệ thống 12

2.1.2 Giới thiệu sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 12

2.2 PHÂN TÍCH, TÍNH CHỌN CÁC PHẨN TỬ CÓ TRONG MÔ HÌNH 15

2.2.1 Hệ thống băng tải 15

2.2.2 Hệ thống truyền động 17

2.2.3 Cảm biến phát hiện sản phẩm 21

2.2.4 Hệ thống các thiết bị điều khiển 23

2.2.5 Hệ thống thiết bị hiển thị 27

CHƯƠNG 3: TÍNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG 30

3.1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NG TẢI V ĐỘNG CƠ 30

3.1.1 Động cơ 30

3.1.2 ăng tải 31

3.1.3 T nh modunn 32

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG 35

4.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều khiến 35

4.1.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC 35

4.1.2 Hệ điều khiển bằng vi điều khiển 38

4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 43

4.2.1 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống 43

4.2.2 Nguyên lý hoạt độg 44

4.2.3 Thiết kế điều khiển 44

4.3 Cấu trức phần mềm và lập trình 52

4.3.1 Cài đặt Arduino IDE 52

4.3.2 Môi trường lập trình Arduino 52

4.4 Sơ đồ thuật toán 63

CHƯƠNG V: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 64

5.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 64

5.1.1 Cách chế tạo mô hình 64

5.1.2 Các thành phần có trong mô hình 64

5.1.3 H nh ảnh của hệ thống 65

KẾT LUẬN 66

CHƯƠNG 1 :KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

Việc ứng dụng khoa học công nghệ sản xuất công nghiệp nhằm mục tiêu tang năng sản xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, độ chính xác cao,giá thành hạ…

Các hệ thống điều khiển được đưa vào sản xuất, trong các xí nghiệp nhà máy với độ tin cậy cao, hoạt động ổn định, ít hư hỏng và giảm nhân công lao động Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển có khác năng xử lý, kiểm soát được các

sự cố và có thể tự khắc phục được các sự cố, các sai sót khi vận hành Một hệ thống như trên gọi là một hệ thống điều khiển

Trong tất cả mọi hoạt động của con người ở bất cứ đâu vào mọi thời điểm nào đều liên quan đến khái niệm điều khiển Nó là tập hợp tât cả các tác động mangtính tổ chức nhằm đạt được mục đích mong muốn Có thể nói điều khiển là nhân tố cuối cùng quyết định mọi thành bại của các hoạt động Trong công nghiệp, hệ thống điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và chi phí sản xuất

1.1.1 Giới thiệu về dây chuyền phân loại sản phẩm tự động

- Dây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó các bộ phận, thiết

bị đước thực hiện kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước

- Dây chuyền phân loại sản phẩm là dây chuyển mà trong đó sản phẩm sẽ được phân ra theo từng loại riêng tùy theo yêu cầu (phân theo khối

lượng, kích thước, màu sắc…)

Sau đây là một số hình ảnh về các hoạt động sản xuất dùng trong công nghiệp của các nhà máy hiện nay:

- Dây chuyển sản xuất nước ngọt đóng chai

Hình 1 1 Dây chuyền sản xuất nước ngọt

Hình 1 2 Dây chuyền sản xuất sữa

- Dâychuyền sản xuất sữa Vinamilk

- Dây chuyền phân loại sản phẩm

Hình 1 3 Dây chuyền phân loại sản phẩm

1.1.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao

- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao là kiểu dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước của sản phẩm, mà cụ thể ở đây là theo chiềucao của sản phẩm mà phân ra các loại sản phầm khác nhau( loại sản phẩm cao, sản phẩm trung bình hay sản phẩm thấp)

- Như đã nói ở trên thì dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng nhiều trong công nghiệp về các lĩnh vực phân loại sản phẩm đóng

chai, lọ như: bia, rượu, nước đóng chai… Và đây là công đoạn cuối cùng trong dây chuyền sản xuất, có chức năng phân loại sản phẩm và đưa các thùng chứa tương ứng

1.2 TỰ ĐỘNG HÓA V VAI TRÕ CỦA TỰ ĐỘNG HÓA

1.2.1 Tự động hóa

Tự động hóa là dùng để chỉ một công việc thực hiện mà không có sự giúp đỡ của bất kỳ sự can thiệp trực tiếp của con người Tự động hóa có nghĩa là thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt với sự giúp đỡ của mạch điện, truyền đồng điện Tự động hóa đã luôn chứng tỏ là một ý tưởng có hiệu quả đối với hầu hết cá ngànhcông nghiệp và công ty, mà đối với sản xuất và hàng tiêu dùng

Tự động hóa là bước phát triển tiếp theo sau cơ khí hóa và điện khí hóa Tự động hóa là quá trình sử dụng thiết bị thay thế chức năng kiểm tra và điều khiển của con người trong một quy trình sản xuất Hệ thống tự động hóa bắt đầu xuất hiện với việc sử dụng các thiết bị đo lường kiểm tra các thông số côngnghệ và chất lượng sản phẩm Các hệ thống này thông báo khá chính xác các thông tin về trạng thái của thiết bị , các thông số quy trình công nghệ Các thông tin này trước đây chỉ có những người dạy kinh nghiệm mới chuẩn đoán được, nhưng cũng chỉ đảm bảo ở mức độ chính xác tương đối Các thông tin quá trình hoàn thiện quy trình công nghệ

Hệ thống điều khiển cục bộ các chế độ riêng biệt của quy trình hoàn thiện quy trình công nghệ phát triển theo của hệ thống tự động hóa Đây là sự kết hợp nhiều hệ thống điều chỉnh tự động dưới sự điều hành của một thiết bị tính toán

và điều khiển để đảm báo tối ưu một chế độ nào đó cùa quá trình công nghệ Tất cả các hệ thống điều chỉnh tự động các thông số công nghệ cũng như các

hệ thống điều khiển cục bộ đều được sự giám sát, điều hành chung của một trung tâm tính toán và điều khiển Trung tâm này đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra tốt nhất của hệ thống đo

Trong một hệ thống điều khiển bao giờ cũng được tạo thành từ các khối cơ bản sau:

- Khối vào: Chuyển đổi các tín hiệu vật lý thành các tín hiệu điện, các tín bộchuyển đổi thường là nút ấn,contac, sensor, tùy theo bộ chuyển đổi mà ta

có tín hiệu đưa vào khối xử lý có dạng hay dạng liên tục

- Khối xử lý: Nhận tín hiệu thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động của hệ thống Từ thông tin của khối vào hệ thống điều khiển phải tạo

ra được những tín hiệu cẩn thiết để điều khiển các thiết bị, hệ thống đáp ứngyêu cầu xử lý

- Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả cuối cùng của quá trình xử lý hệ thống điềukhển Các tín hiệu này được sử dụng điều khiển các cơ cấu, thiết bị, hệ thống đáp ứng yêu cầu sản xuất

- Khối ra: Tín hiệu là kết quả cuối cùng của quá trình xử lý hệ thống điều khiển Các tín hiệu được sử dụng điều khiển các cơ cấu, thiết bị hoạt động theo yêu cầu của hệ thống, tín hiệu ra có thể được hồi tiếp vào để điều khiển và ổn định hệ thống

1.2.2 Vai trò và ý nghĩa của tự động hóa

- Giảm sức lao động

- Năng cao năng suất

- Tăng tính cạnh tranh

- Tiết kiệm thời gian

1.2.3 Hiệu quả kinh tế của tự động hóa

- Nâng cao năng suất lao động

- Giảm chi phí vật liệu và năng lượng

- Đảm bảo chất lượng ổn định

- Có khả năng mở rộng sản xuất mà không cần tăng nguồn lao động

- Sử dụng toàn bộ thời gian hoạt động của tự động hóa

- Tăng tốc độ hoạt động mà không bị giới hạn bời khả năng của con người

- Giải phóng số lượng công nhân phục vụ sản xuất

- Giảm thời gian lao động con người

- Nâng cao đời sống con người

1.2.4 Phân loại phương thức điều khiển

Có 3 loại phương thức điều khiển

- Điều khiển theo chương trình: phương thức điều khiển theo chương trình được sử dụng khi các tác động điều khiển đã được hình thành từ trước theo một chương trình

- Điều khiển bù nhiễu: phương thức điều khiển bù nhiễu tác động điều

khiển được hình thành khi có nhiễu tác động lên hệ thống

- Điều khiển theo sai lệch: Trong công nghiệp phương thứ điều khiển theo sai lệch được sử dụng rộng rãi nhất

1.3 KẾT LUẬN

Trong nền công nghiệp hiện nay, việc sản xuất đang chịu chi phối mạnh mẽ nhất bởi hai công nghệ đó là tự động hóa và công nghệ thông tin Hai công nghệ này có liên quan mật thiết với nhau Nếu như công nghệ thông tin đemlại năng suất và chất lượng lao động cao trong quá trình sản xuất phi vật chất, nói về công tác quản lý hoạt động thì tự động hóa mang lại năng suất cao trong lĩnh vực sản xuất vật chất, tiết kiệm chi phí lao động của con người Chính vì vậy tự động hóa là một phần không thể thiếu của nền công nghiệp hiện đại

Sự cần thiết phải có tự động hóa

- Nâng cao năng xuất

- Chi phí nhân công

- Sự an toàn

- Giá nguyên vật liệu cao

- Nâng cao chất lƣợng sản phẩm

- Rút ngắn thời gian sản xuất

- Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất

CHƯƠNG 2 :PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ THỐNGMÁY THIẾT KẾ

2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

2.1.1 Yêu cầu của hệ thống

- Hệ thống có thể phân loại chính xác được các loại sản phẩm theo kích thước, không để sai

- Mạch đếm đúng với số lượng sản phẩm đã đếm được trong quá trình phân loại

- Cần gạt đưa phôi vào ô vị trí đã lập trình

2.1.2 Giới thiệu sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

1 Sơ đồ cầu tạo:

- Hệ thống gồm:

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

(5) Cảm biến phát hiện sản phẩm cao

(6) Cảm biến phát hiện sản phẩm trung bình(7) Cảm biến phát hiện sản phẩm thấp

Hình 2 2 Sơ đồ khối của hệ thống

a Sơ đồ khối

b Nguyên lý hoạt động

Khi được cấp nguồn , mạch sẽ hoạt động theo chương trình được thiết lập trênardunio , chu trình hoạt động của mô hình hệ thống này được bắt đầu từ sự thunhận tín hiệu của các cảm biến

Các tín hiệu được trung tâm xử lý xuất các lệnh tương thích cho servo cùng vớichuỗi led 7 đoạn để thực hiện đúng yêu cầu đề tài

Ở trạng thái bình thường , cảm biến E18-D80NK cấp xung mức cao cho bộ xử

lý trung tâm, với xungmức cao thông qua code được lập trình , arduino unoduy trì hiện trạng 2IC dịch chốt 74hc595 tiếp tục chu trình quét các led 7 đoạnvới khối dữ liệu đang có ( 1IC sẽ phụ trách những con số mà led 7 đoạn hiểnthị, IC còn lại sẽ phụ trách vị trí hiển thị những con số đó) Động cơ servo giữnguyên thanh gạc phân loại ở góc 0 độ

Khi được tác động bởi đối tượng , dòng điện qua trở thông qua cảm biến D80NK tới chân GND lúc này xung mức thấp được cấp cho Arduino uno Dữliệu được xử lý và đưa vào 2 ic làm thay đỏi hiển thị ở led 7 đoạn Đồng thời

E18-động cơ servo quay thanh gạc một góc 90 độ , đối tượng được đưa ra khỏi

băng tải

3 Các nhiệm vụ của các thành phần trong cơ cấu

- Động cơ: Có nhiệm vụ kéo băng tải trên và dưới chạy thông qua trục

- Băng chuyền : Vận chuyển sản phẩm với kích thước khác nhau vào trong

- Cảm biến: Gồm có cảm biến cao và cảm biến trung bình và thấp để xác địnhcác loại sản phẩm và đếm số sản phẩm

- 2 servo: Có nhiệm vụ đẩy sản phẩm cao và trung bình vào trong thùng chứa

- Mạch led: Đếm và hiển thị số lượng sản phẩm đã được phân loại

2.2 PHÂN TÍCH, TÍNH CHỌN CÁC PHẨN TỬ CÓ TRONG MÔ HÌNH 2.2.1 Hệ thống băng tải

1 Giới thiệu băng tải

Ngày nay người ta sử dụng băng tải ngày càng phổ biến bởi tính năng dichuyển nhanh, hệ thống hoạt động thông minh dễ điều khiển và phạm vi ứng dụng của nó khác lớn giúp vận chuyển hàng hóa một các nhanh chóng

dễ dàng và chịu được sức nặng của khá nhiều sản phẩm khác nhau

Đối với ngành công nghiệp nặng thì nó mang lại nhiều hiệu quả rất lớn

về chất lượng, giảm chi phí sản xuất giảm sức lao động nặng nhọc cho người

Hình 2 3 Cấu tạo chung của băng tải

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

2 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụngBăng tải dây dai < 50Kg Vận chuyển từng chi tiết giữa

các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp

Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh

trong gia công chuẩn bị phôi vàtrong lắp ráp

Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn

giữa các bộ phận trên khoảngcách >50m

30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ

tinh giữa các nguyên công với khoảng cách <50m

ảng 2.1 Danh sách các loại băng tải hiện nay

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt

VTH: TRẦN TÂN-PHAN THANH HÒA Trang 17

GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băngtải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

3 Lựa chọn băng tải

Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, băn tải có nhiệm vụ cung cấp sản phẩm Do yêu cầu là sản phẩm ở dạng rời rạc nên ta chọn phương án dùng băng tải đai là phù hợp với yêu cầu đã đặt ra

2.2.2 Hệ thống truyền động

1 Giới thiệu về động cơ một chiều

Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu sửdụng tải trọng lớn nên không cần sử dụng động cơ có công suất lớn Với yêucầu đơn giản của băng tải như là:

- Băng tải có thể chạy liên tục,có thể dừng khi cần

- Tải trọng băng tải nhẹ

- Dễ điều khiển giá thành rẻ

Vì vậy chỉ cần sử dụng loại động cơ một chiều có công suất nhỏ, khoản 20- 40W, điện áp vào 12-24V

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp động cơ điện 1 chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu monmen tải mở máy lớn và yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và trong phạm vi rộng

S Hình 2 4 Một số loại động cơ điện thực tế

GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 18SVTH: TRẦN TÂN-PHAN THANH HÒA

2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

- Stato(phần cảm): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏmáy Các cực từ chính có dây quấn kích từ

- Roto(phần cứng): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ làmbằng cá lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0 5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, 2 đầu với 2 phiến góp, 2 cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong 2 rãnh dưới 2 cực khác lên

- Cổ góp: Gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục motor

- Chổi than: Làm bằng than graphit Các chổi tì chặt trên cổ góp nhờ các lò xo

và

lá chổiđiện

Hình 2 5 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

ghép trên nắp máy

3 Nguyên lý hoạt động của động điện 1 chiều

Khi cho điện áp 1 chiều U vào 2 chổi than A và B, trong dây phần quấn phần ứng có dòng điện I Các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ

trường sẽ chịu lực Fdt tác dụng làm cho roto quay Chiều của lực được

xác định theo quy tắc bàn tay tráiKhi phần ứng quay được nữa vòng, vị trí các thanh dẫn ab,cd sẻ đổi chỗnhau do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác động không đổi Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng E Chiều quay sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ điện 1 chiều thì sức điện động E ngược chiều với dòng diện I nên E gọi là sức phản điện động

Hình 2 6 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC

4 Phân loại động cơ một chiều

Tùy theo cách mắc mạch kích từ với mạch phần ứng mà động cơ điện 1 chiều được chia thành

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, có dòng điện kích từ và từ thông động cơ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Sơ đồ nối dây của nó như hình vẽ với nguồn điện mạch kích từ Ukt riêng biệt so với nguồn mạch phần ứng U

- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song: Khi nguồn điện 1 chiều có công suất vô cùng lớn, điện trở trong của nguồn coi như = 0 thì điện áp nguồn

sẽ là không đổi, không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng động cơ

- Động cơ điện 1 chiều kích nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạchphần ứng

- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp: Gồm 2 dây quấn kích từ dây quấnkích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từsong song là chủ yếu

5 Cơ cấu đẩy sản phẩm

a Giới thiệu

Cơ cấu chấp hành thực hiện bằng chuyển động ngang của servo

Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt Không giống như động cơ thôngthường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiểnvới góc quay nằm trong khoảng giới hạn Mỗi loại servo có kích thước, khốilượng và cấu tạo khác nhau Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên máybay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực tương đối (vài chục Newton/m), hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn

2

3

motorElectronics BoardPositive Power Wire(Red)

4.Signal Wire (Yellow orWhite)

5

Wire (Black)6

Negative orGround

Potentiometer

b Hoạt động và cấu tạo

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở Việc thiết lậpmột hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay củađộng cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Khiđộng cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về một mạch điều khiển Nếu cóbầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhậnthấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnhsai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

Trang 21SVTH: TRẦN TÂN-PHAN THANH HÒA

7 Output Shaft/Gear

8 Servo Attachment Horn/Wheel/Arm

9 Servo Case

10.Integrated Control Chip

Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển Tín hiệu nàykhởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn

kế cho biết vị trí trục ra của servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạchđiều khiển sẽ tắt động cơ Mặc dù ta có thể chỉnh quay liên tục nhưng công dụngchính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng giới hạn

+ Chế tạo đòi hỏi chính xác cao

+ Dễ bị vở khi bị rơi hay va đập

2.2.3 Cảm biến phát hiện sản phẩm

1 Giới thiệu

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng có thể đo và xử lýđược

Các đại lượng đo(M) thường không có tính chất điện như(nhiệt độ, áp suất, trọng lượng…) tác động lên cảm biến đã cho ta đại lượng đặc trưng(S) mang tính chất điện như( điện tích, điện áp, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đó

Đặc trưng (s) là đại lượng cần đo(M)

S=F(M)Người ta gọi(S) là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến (M) là đạilượng đầu vào hay kích thích( có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đođạc (S) cho phép nhận biết giá trị(M)

Một số loại cảm biến:

- Theo nguyên lý của cảm biến

+ Cảm biến điện trở

+ Cảm biến điện từ

+ Cảm biến điệnn tĩnh

+ Cảm biến hóa điện

+ Cảm biến nhiệt điện

- Theo tính chất của nguồn điện

+ Cảm biến phát điện

+ Cảm biến thông số

- Theo biến phép đo

+ Cảm biến biến đổi trực tiếp

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xácđịnh vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận vàphát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng

Hình 2 9 Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

kế của Arduino cố đến một phương thức không tốn kém cho

Hình 2 10 Arduino uno

ÂN-PHAN THANH HÒA

GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

• Thời gian hồi đáp: ~2ms

• Nhiệt độ môi trường làm việc: -25oC~50oC

• Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo

lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu

• Chất liệu vỏ cảm biến: Nhựa

• Hiển thị ngõ ra bằng Led

• Kích thước: 1 8cm (D) x 7 0cm (L)

c Nguyên l làm việc của cảm biến hồng ngoại

Để cảm nhận mỗi sản phẩm đi qua thì cảm biến phải có phần phát và phầnthu Phần phát, phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sánghồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loạiánh sáng khác Hai bộ phận phát và thu hoạt động cùng tần số Khi có sảnphẩm đi qua giữa phần phát và phần thu ánh sáng hồng ngoại bị che bộphận thu sẽ hoạt động với tần số phát sẽ như thế tạo ra một xung tác độngvới bộ xử lí Vậy bộ phận phát và bộ phận thu phải có nguồn phát daođộng Bộ phận dao động tác động với công tắc đóng ngắt của nguồn gắt vànguồn thu ánh sáng Có nhiều linh kiện phát và thu ánh sáng hồng ngoạinhưng chúng em chọn led hồng ngoại và nguồn ánh sáng hồng ngoại

2.2.4 Hệ thống các thiết bị điều khiển

1 Giới thiệu

*Vi điều khiển

Arduino là một bo mạch vi xử lý , nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạchnguồn mở được thiết kế trên nền targ vi xử lý AVR ateml 8bit, hoặc ARM

atmel 32bit Những module hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6

GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

N TÂN-PHAN THANH HÒA

nhưng người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bi

có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó

là môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Arduino bằng ngôn ngữ lập trình C hoặc C++

Nền tảng Arduino có những lợi thế :

Đầu tiên là rút ngắn thời gian đán kể thời gian phát triển sản phẩm do sử dụng sẵn các linh kiện và các thư viện cũng như dễ dàng debug (gỡ rối) các lỗi xảy ravới lập trình cho vi điều khiể Tiếp đó, bo mạch Arduino được thiết kế bởi các chuyên gia hàng đầu về mạch điện tử, tính toán ổn điịnh của tín hiệu trong bo mạch cao Trái ngược tín hiệu kém ổn địn thường thấy đối với những người mới bước vào lĩnh vực Cơ điện tử Và cuối cùng, bo mạch Arduino được sản xuất công nghiệp, vì vậy độ tin cậy (sử dụng ổn định dài lâu) cao, thậm chí trong nhiều máy móc hiện đại như một số máy in 3D sử dụng chính bo mạch Arduino để điều khiển thiết bị của máy Với việc ứng dụng bo mạch Arduino trong cơ điện tử hiện na đang là một xu hướng rất phổ biến trên thế giới vì các

ưu điểm vượt trội của nó Việc tiếp cận với nền tảng Arduino sẽ giúp sinh viên cũng như các kỹ sư trẻ tiếp cận với các công nghệ, phương pháp phát triển sản phẩm tiên tiến, bắt kịp với công nghệ mới của thế giới

Chính vì những ưu điểm này nên chúng em quyết định lựa chọn cơ cấu điều khiển chính của hệ là Arduino

* IC 74HC595

Hình 2 11 IC dịch chốt

GVHD: TS PHAN NGUY N DUY MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 25SVTH: TRẦN TÂN-PHAN THANH HÒA

là IC dịch chốt với mối quan hệ "vào nối tiếp và ra song song 8 bit"

Sơ đồ & chức năng các chân 74HC595

Để hiểu rõ về IC 74HC595 ta cần có trong tay datasheet của nó

Hình 2 12 Sơ đồ chân của IC 74HC595

• Các chân từ 1 tới 7 và chân số15 là ngõ ra của IC Chân DS (14) là ngõ vào của IC (đây là IC vào nối tiếp nên ta chỉ cần 1 ngõ vào là đủ)

• Chân 16 - VCC là chân cấp nguồn dương (từ 2V đến 6V)

• Chân số 8 GND là chân cấp Ground – cực (-) của nguồn

• Chân SHCP: là chân đưa xung clock (xung nhịp) vào IC và khi có cạnh

lên

của xung thì IC đưa tín hiệu ở ngõ vào vào bộ nhớ của IC để chờ xử lý

(xung clock là 1 chuỗi tín hiệu logic 0 và 1 có thể là 1 xen kẽ với 0 cũng có thể là 0,1 ngẫu nhiên, nhưng nói chung nó là 1 chuổi tín hiệu logic)

Hình 2 13 Tín hiêu xung clock

Còn cạnh lên và cạnh xuống của xung thì ta có thể thấy trên hình, cạnh lên là khixung clock chuyển trạng thái từ 0 lên 1, còn cạnh xuống là thời điểm khi chuyểntừ

1 xuống 0)

Vậy khi có cạnh lên của xung tại chân SHCP thì 1 tín hiệu logic từ ngõ vào

của IC sẽ được lưu trữ vào trong IC để chờ tín hiệu cho phép xử lý Bộ nhớ tối đacủa IC là 8 bit, nếu vượt quá ngưỡng này thì giá trị mới sẽ được đưa vào IC vàđồng thời giá trị cũ nhất của IC sẽ được xoá đi

Hình 2 14 Cách nạp dữ liệu của bộ nhớ ic ghi dịch

- Chân STCP: là chân đưa xung clock vào IC để khi có cạnh lên của xung thì

IC đưa toàn bộ 8bit data đã được lưu (đã nói ở chân SHCP) ra ngõ ra của IC

- Chân MR: là chân reset IC (tức là trả IC về trạng thái ban đầu – giống như

khi ta ghost máy tính vậy – khi chân này tích cực thì toàn bộ bộ nhớ của IC sẽ

bị xoá tất cả bằng 0, tuy nhiên lưu ý là lúc này tín hiệu ở ngõ ra không bị xoá

mà vẫn giữ nguyên giá trị trước đó) và chân này tích cực mức thấp (LOWactive) có nghĩa là muốn reset IC thì phải đưa 0V vào chân này

- Chân EO: là chân Output Enable chân khi được tích cực thì mới cho phép ta

điều chỉnh được giá trị ngõ ra Khi tên chân IC mà có dấu gạch trên đầu tức là

nó tích cực thấp (LOW active) tức là muốn tích cực chân này thì ta phải đưa0v (GND) vào chân này Còn nếu khi chân này không được tích cực (tức làđưa mức logic 1 vào chân này thì ngõ ra bị đưa lên trạng thái trở kháng cao)

- Chân số 9 chân Q7S: Chữ S ở đây là viết tắt cho từ Serial (nối tiếp) chân này

thường được dùng khi ta nối tiếp các IC 74HC595 với nhau (chân Q7S củacon trước nối vào chân DS của con sau) chân này sẽ có giá trị của bit trọng sốcao của bộ nhớ IC (Bit mới được đưa vào sẽ nằm ở vị trí LSB – trong số thấp)nếu mắc nối tiếp các IC 74HC595 lại với nhau theo cách như vậy thì khi bitMSB bị đẩy ra khỏi bộ nhớ của IC sẽ không mất đi mà trước đó nó đã đượcsao chép qua IC phía sau

Hình 2 15 Giản đồ hoạt động của IC

2.2.5 Hệ thống thiết bị hiển thị

1 Giới thiệu

LED 7 đoạn hay LED 7 đoạn (Seven Segment display) dùng nhiều trong cácmạch hiện thị thông báo, hiện thị số, kí tự đơn giản LED 7 đoạn được cấu tạo từcác LED đơn sắp xếp theo các đoạn nét để có thể biểu diễn các chữ số hoặc các kí

tự đơn Tùy vào kích thước của số và kí tự mà mỗi đoạn được cấu tạo bởi một haynhiều LED đơn Qua đó người ta chỉ cần các bit tương ứng với các LED đơn đểđiều khiển, hiển thị số từ 0 đến 9 và các kí tự

Hình 2 16 LED 7 đoạn

2 0Cấu tạo & Nguyên lý hoạt động

Trong LED 7 đoạn bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau, vì vậy mà

có tên là LED 7 đoạn là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thịđược các số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người tacòn dùng thêm 1 led để hiển thị dấu chấm (dot)

Hình 2 17 Cấu tạo led 7 đoạn

Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân

đó là led sẽ sáng như mong muốn

LED 7 đoạn dù có nhiều biến thể nhưng cũng chỉ vẫn có 2 loại:

+ Chân Anode chung (Chân + các led mắc chung lại với nhau )

+ Chân Catode chung (Chân - các led được mắc chung với nhau )

Hình 2 18 Cấu tạo 2 loại LED 7 đoạn

Điện áp giữa Vcc và Gnd phải lớn hơn 1 3 V mới cung cấp đủ led sáng, tuy nhiên không đƣợc cao quá 3V

CHƯƠNG 3: TÍNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG

3.1.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NG TẢI V ĐỘNG CƠ

⇨ Lựa chọn động cơ thực tế Pđctt > Pđc khoảng 20

⇨ Ta chọn được động cơ có các thông số sau:

Pđc  7,7 W , nđc = 116( Vòng/phút)Nguồn 12VDC , n= 116( vòng/ph) Công suất  7,7 Moment xoắn cực đại 7,5

N m ; khối lượng 250g, đường kính trục 6mm Hệ số giảm tốc là 56:1 Nhôngbằng thép, tuyệt đối không có hiện tượng bị bể nhông, không có hiện tượng bịhãy cùi

3.1.2 Băng tải

Các yêu cầu phổ biến nhất đối với bất kì hệ thống băng tải là vận chuyển sảnphẩm từ điểm A đến điểm B Lựa chọn băng tải có thể là một nhiệm vụ khókhăn, nhưng giá trị của thời gian và đầu tư hệ thống xử lý vật liệu phải có thểcải thiện sự đáng kể năng suất và hiệu quả trong cơ sở phần phôi, cung cấp trởlại tốt nhất về đầu tư cho bạn

H nh 3 2 Sơ đồ truyền động băng tải

Nhiệm

vụ chínhcủa băngtải: Làvậnchuyểnvật từđiểm Ađến B

Chọn tốc độ sản phẩm chạy trên băng tải v=0 03 m/s (xấp xỉ 20m/ph)

Số lượng sản phẩm nhiều nhất di động trên băng tải: 1

Thông số cơ bản của băng tải

P1 n1

Chiều dài băng tải: L= 60cm

Chiều rộng của băng tải : B= 9,5cm

Đường kính trục của băng tải: D=

1cm

⇨ Tốc độ quay của trục n 1000.60.v

1000.60.0, 03

=19 vòng/phChọn tỉ số truyền: i = 0,6

Trong đó m là tổng khối lượng vật nặng trên băng tải

mB là khối lượng băng tải trên thanh trượt

mB= 0,08 kg

G là hệ số ma sát giữa băng tải với thanh trượt

Ở đây la dùng vật liệu nhôm nên G= 0,6

n1 : Tốc độ quay của bánh đai chủ động ( Vòng/ph)