Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đóng gói gạch tự động

Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất.. Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sả

Trang

MỤC LỤC -

DANH MỤC CÁC HÌNH -

LỜI NÓI ĐẦU - 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG - 2

1.1 Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất - 3

1.1.1 Phân loại tự động hóa - 3

1.1.1.1.Tự động hóa cứng -3

1.1.1.2.Tự động hóa lập trình -3

1.1.1.3.Tự động hóa linh hoạt -4

1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay -4

1.1.3. Sự cần thiết của tự động hóa -5

1.2 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm gạch men -6

1.3 Thực trạng sản xuất gạch men ở Việt Nam -7

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 9

2.1 Giới thiệu họ vi điều khiển. -10

2.2 PLC -14

2.2.1 Giới thiệu PLC S7-300 -Error! Bookmark not defined.5 2.2.2 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC -16

2.2.2.1 Bộ đếm (counter) -20

2.2.2.2 Bộ định thời gian (timer) -21

2.3 Khối cảm biến -22

2.3.1 Giới thiệu sơ lược về cảm biến -22

2.3.2 Các linh kiện trong mạch cảm biến -22

2.4 Khối hiển thị -24

2.5 Một số linh kiện dùng trong hệ thống -25

2.6 Các phương án thiết kế -33

2.6.1 Phương án thứ nhất -33

2.6.2 Phương án thứ hai -34

2.6.3 Phương án thứ ba -35

2.7 Thiết kế sơ bộ mô hình -36

2.7.1 Băng tải -36

2.7.2 Cụm chi tiết cấp nắp và cấp đế - 37

2.8 Các phương pháp truyền động trong hệ thống - 40

2.8.1 Truyền động trong băng tải -40

2.8.2 Truyền động bánh răng nón -40

2.8.2.1 Thông số hình học -41

2.8.2.2 .Tính lực tác dụng lên bánh răng nón -41

2.8.2.3 Tính tải trọng -42

2.8.2.4 Đặc điểm tính toán -42

2.8.2.5. Tính theo ứng suất tiếp xúc -43

2.8.2.6.Tính theo ứng suất uốn -43

2.9 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống -44

2.10 Tính toán chế tạo các cụm chi tiết trong hệ thống - 45

2.10.1. Tính toán thiết kế băng tải - 45

2.10.2. Tính toán thiết kế hộp cấp đế - 45

2.11 Một số linh kiện khác dùng trong hệ thống - 46

2.12 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống -49

2.12.1. Khối hiển thị led -49

2.12.2 Sơ đồ khối cảm biến - 52

2.12.3. Khối công suất -53

2.13 Lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển -55

2.13.1. Lưu đồ chương trình dùng PLC -55

2.13.2. Lưu đồ chương trình dùng vi điều khiển -56

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU -58

3.1 Phần mềm -59

3.2 Phần cứng -59

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN – ĐỀ SUẤT -60

4.1 Kết luận -61

4.2 Đề xuất ý kiến -61

TÀI LIỆU THAM KHẢO -62

PHỤ LỤC -63

Hình 1.1 Gạch men trong xây dựng - 7

Hình 1.2 Một số mẫu gạch men - 7

Hình 1.3 Dây chuyền sản xuất gạch men Thái Bình - 8

Hình 1.4 Dây chuyền sản xuất gạch men Hà Nội - 8

Hình 2.1 Sơ đồ chân Atmega32 -10

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32 -12

Hinh 2.3 Phần cứng s7-300 -15

Hình 2.4 Bộ s7-300 -16

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300 -19

Hình 2.6 Led hồng ngoại -22

Hình 2.7 Đặc tuyến volt-amperre led hồng ngoại -23

Hình 2.8 Quang trở -23

Hình 2.9 Led 7 đoạn -24

Hình 2.10 Cấu trúc led 7 đoạn -24

Hình 2.11 Led anode chung -25

Hình 2.12 Led cathode chung -25

Hình 2.13 Diode -25

Hình 2.14 Cấu tạo của diode -26

Hình 2.15 Phân cực thuận và đường đặc tính của Diode -26

Hình 2.16 Cấu tạo của tụ điện -27

Hình 2.17 Hình dáng của các loại tụ điện -27

Hình 2.18 Sơ đò chân của họ 78xx -28

Hình 2.19 Hình dáng thực tế của opto -29

Hình 2.20 Cấu tạo của opto -29

Hình 2.21 Kí hiệu và cấu tạo của mosfet -30

Hình 2.22 Hình dáng chân của IRF540 -31

Hình 2.23 Hình dáng thực tế của role -31

Hình 2.24 Hình dáng thực tế của công tắc hành trình -32

Hình 2.25 Mô hình phương án thứ nhất -33

Hình 2.26 Mô hình phương án thứ hai -34

Hình 2.27 Mô hình phương án thứ ba -35

Hình 2.29 Băng tải -36

Hình 2.30 Hệ thống cấp đế -37

Hình 2.34 Sơ đồ bố trí cảm biến quang -39

Hình 2.35 Tay đẩy đế -39

Hình 2.36 Bánh răng côn -40

Hình 2.37 Bánh răng trục chéo -40

Hình 2.38 Bánh răng cong -40

Hình 2.39 Cặp bánh răng nón -41

Hình 2.40 Lực phân bố trên bánh răng nón -42

Hình 2.41 Lực phân bố trên bánh đỉnh răng nón -43

Hình 2.42 Sơ đồ khối các cụm chi tiết của dây chuyền -44

Hình 2.43 Thiết kế trục băng tải -45

Hình 2.44 Thiết kế bộ phận căng băng tải -45

Hình 2.45 Thiết kế cột chứa đế -46

Hình 2.46 Bộ chuyển hướng truyền động -46

Hình 2.47 Bộ truyền xích -47

Hình 2.48 Tổng thể mô hình -48

Hình2.49 Mạch quét 3 led 7 thanh -49

Hình 2.50 Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC7447 -50

Hình 2.51 Sơ đồ chân IC7447 -50

Hình 2.52 Các hiển thị của 7447A -51

Hình 2.53 Bảng giá trị LOGIC -51

Hình 2.54 Mạch hiển thị -52

Hình 2.55 Khối cảm biến quang -52

Hình 2.56 Opamp Lm324 -53

Hình 2.57 Khối công suất -54

Hình 2.58 Sơ đồ giải thuật -57

LỜI NÓI ĐẦU -
-

Trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, cơ khí nói chung đóng một vai trò rất quan trọng Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ, cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh thế thị trường Chính vì vậy xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới - Lĩnh vực cơ khí tự động hóa Trên thế giới, cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu đời và phát triển rất mạnh nhưng tại Việt Nam đây là lĩnh vực mới và đang trong quá trình hình thành và phát triển Một trong những sản phẩm của Cơ điện tử - Tự động hóa là dây chuyền phân loại và đóng gói gạch tự động Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng gạch trong các công trình xây dựng

là rất nhiều Nắm bắt được tầm quan trọng của hệ thống, nhóm thực hiện nghiên cứu" Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đóng gói gạch tự động " Trong khi thực hiện đồ án, chúng em đã phân chia nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm để cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đã được giao:

Thân Văn Thọ : Thực hiện phần thiết kế cơ khí

Chế Ngọc Dũng : Thực hiện phần hệ thống và chương trình điều khiển

Sản phẩm cũng như kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có gì lớn lao nhưng đó là thành quả bước đầu khi chúng em ra trường bước vào cuộc sống

mới

Mặc dù chúng em đã cố gắng để hoàn thiện hệ thống nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong nhận được sự đóng góp của Quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn và trong khoa đã giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

Nhóm sinh viên thực hiện :

Chế Ngọc Dũng Thân Văn Thọ

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG PHÂN

LOẠI ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG

1.1 Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất

Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người

Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất Công nghệ này bao gồm:

 Những công cụ máy móc tự động

 Máy móc lắp ráp tự động

 Người máy công nghiệp

 Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động

 Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và

bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp Những đặc trưng chính của tự động hóa cứng:

 Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng

 Năng suất máy cao

 Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay đổi sản phẩm

Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo

ra sản phẩm mới Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:

 Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát

 Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng

 Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới

 Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt

1.1.1.3 Tự động hóa linh hoạt

Là hệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác Không mất thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay thế các cài đặt vật lý(công cụ đồ gá, máy móc) Hiệu quả là hệ thống có thể lên

kế hoạch kết hợp sản xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt có thể tóm tắt sau:

 Đầu tư cao cho thiết bị

 Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau

 Tấc độ sản xuất trung bình

 Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế

Tự động hóa linh hoạt là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được Khái niệm của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa quá và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển

1.1.2 Tự động hóa trong thời đại hiện nay

Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động phân xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn, hàng khối như vòng bi, pittông

Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc khi mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy điều khiển theo chương trình số Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi chuyển sang gia công loạt chi tiết khác

Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh hướng mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử dụng thiết bị cao (85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao Nó được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công nghiệp hàng không Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết

kế quy trình công nghệ, thiết kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lượng sản phẩm Đây là hình thức tự động hóa tiến bộ nhất đưa lại hiệu quả kinh tế lớn

1.1.3 Sự cần thiết của tự động hóa

 Nâng cao năng suất

Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng

 Chi phí nhân công cao

Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không ngừng tăng lên Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay Chi phí cao của lao động đang ép các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc Bởi vì máy móc có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp hơn

 Sự thiếu lao động

Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động Chẳng hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng nguồn cung cấp lao động của mình Việc thiếu hụt lao động cũng kích thích sự phát triển của tự động hoá

 Xu hướng dịch chuyển của lao động về thành phần dịch vụ

Xu hướng này đặc biệt thịnh hành ở Mỹ vào lúc 1986, tỷ lệ lao động được thuê trong sản xuất 20% Năm 1947, nó vào khoảng 30% Trước năm 2000, ước lượng là đạt con số khoảng 2% Chắc chắn là tự động hoá sản xuất đã tạo ra sự dịch chuyển này Tuy nhiên còn có nhiều sức ép xã hội, đoàn thể chịu trách nhiệm cho xu hướng này Sự phát triển của lực lượng lao động văn phòng được thuê, được chính phủ liên bang, tiểu bang và địa phương đã tiêu thụ một phần lao động mà đáng lẽ đã phải tiêu thụ ở khu vực sản xuất Ngoài ra, còn có xu hướng xem công việc là tẻ nhạt, không có ý nghĩa là bẩn thỉu Quan điểm này đã khiến cho mọi người tìm kiếm việc làm trong thành phần dịch vụ của nền kinh tế (Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật bán hàng …)

 Sự an toàn

Bằng việc tự động hoá các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn Sự an toàn và thoải mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với sự ban hành đạo luật sức khoẻ và an toàn nghề nghiệp (1970) Nó cũng là sự tự động hoá

 Giá nguyên vật liệu cao

Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách hiệu quả hơn Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá

 Nâng cao chất lượng sản phẩm

Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu chuẩn chất lượng

 Rút ngắn thời gian sản xuất

Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của khách hàng và thời gian giao sản phẩm Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn

 Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất

Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà sản xuất vì nó giữ chặt vốn lại Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị

Nó không đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm Tương tự như nhà sản xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất Tự động hoá

có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ sản phẩm phân xưởng

 Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định

Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với việc đầu tư đào tạo con người Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định

Tất cả những yếu tố trên tạo nên hệ thống sản xuất tự động hóa thay cho công cụ sản xuất băng tay

Nhận xét: Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất

ta chọn hệ thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra

1.2 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm gạch men

Gạch Ceramic, Granite lát nền và gạch ốp tường trang trí có rất nhiều loại kích thước Cùng với đó là các loại gạch khác như gạch len (dùng ốp sát chân tường phần tiếp xúc giữa nền và tường không những mang tính trang trí cao mà còn chống ố nước khi lau nền nhà, gạch viền (lát kết hợp tạo thành những tấm thảm trang trí nền nhà làm phong phú thêm nền gạch tránh sự đơn điệu nhàm chán), gạch góc, gạch cắt ghép thuỷ lực trang trí (mang tính trang trí cao, tạo điểm nhấn làm nổi bật trọng tâm) tạo điều kiện cho người sử dụng lát kết hợp thể hiện sở thích cũng như đặt để dấu ấn của cá nhân mình trong mỗi ngôi nhà Mặc

khác ngày nay nhu cầu của người dân càng nâng cao không những ăn ngon, mặc đẹp mà phải xây dựng cho mình cho gia đình một cơ ngơi hoành tránh Và gạch men là vật liệu làm tô thêm vẽ nổi bật ngôi nhà của họ vì thế gạch men càng được tiêu thụ mạnh mẽ trong thập niên gần đây

Chính vì thế mà vài năm gần đây hàng loại gạch men mới như (gạch men bóng, gach men mờ, gạch men in hoa văn… ) phục vụ cho người dân rất đa dạng

và rộng khắp trên cả nước, tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc lựa chọn, đa dạng về mẫu mã lẫn chất lượng

1.3 Thực trạng sản xuất gạch men ở Việt Nam

Việt Nam hiện là nước sản xuất gạch đứng thứ 03 trong vùng Đông Á, sau Trung Quốc và Indonesia, về sản xuất gạch ốp lát Ceramic và đứng thứ 09 trên Thế giới Nằm trong tốp 10 quốc gia trên thế giới về sản lượng, có tổng công suất đến vài triệu m2/năm, nhưng ngành sản xuất gạch ốp lát của Việt Nam (VN) cũng như thị trường gạch nội vẫn đang bị “hụt hơi” so với hàng ngoại nhập Vậy đâu

là nguyên nhân, giải pháp cho sự “thờ ơ” của người tiêu dùng với hàng Việt? Các DN sản xuất gạch hiện nay đang phải chịu trận trước thực trạng “ế ẩm” của gạch VN so với các loại gạch ngoại có xuất xứ từ châu Âu (Italia, Đức, Ai Cập ) và đặc biệt là Trung Quốc (TQ) Các công trình chung cư cao cấp, nhà biệt thự chủ yếu sử dụng gạch nội thất Italia, Tây Ban Nha với giá thành cao hơn hẳn các thương hiệu Việt như Viglacera, Prime, Đồng Tâm… Một mét vuông gạch Italia được “ưa thích” sử dụng tại các công trình xây dựng giá đắt hơn gạch Việt gần 6 lần Trong khi đó, phân khúc thị trường hướng tới hàng Việt (đa phần

Hình 1.1 gạch men trong

xây dựng

Hình 1.2 một số mẫu gạch men

là các công trình nhà ở từ cấp 2 trở lên tại các đô thị) chưa phải là đối trọng với mảng thị trường bình dân (bao gồm các nhà tái định cư, căn hộ cấp 4 cũng như các công trình xây dựng tại nông thôn hiện đang chiếm tỷ lệ lớn) Gạch Việt dù chất lượng tốt, bền nhưng nhược điểm là giá thành cao (so với hàng TQ) và mẫu

mã chưa đa dạng (so với những mặt hàng có nguồn gốc châu Âu và TQ) Rõ ràng, sức mua dành cho gạch nội còn quá thấp so với hàng ngoại Theo ông Lê Đình Quý Sơn - Viện trưởng Viện nghiên cứu công nghệ Gốm sứ cũng như ông Đinh Quang Huy - Chủ tịch Hiệp hội Gốm sứ Xây dựng Việt Nam, các DN trong nước cần chung sức đầu tư thích đáng cho khoa học công nghệ để liên tục đổi mới, chuyên môn hoá từng khâu; không để “mạnh ai nấy làm” như trước kia sẽ rất lãng phí và không hiệu quả Tất cả phải hướng tới giảm giá tối đa bởi đại bộ phận người tiêu dùng đều ham rẻ Nói như đại diện một Cty xây dựng tại huyện

Từ Liêm thì “Hầu hết chủ đầu tư trung bình và nhỏ lẻ đều chọn hàng TQ bởi giá cực rẻ, mẫu mã rất đẹp, chất lượng hơi kém cũng ok vì họ sẵn sàng thay nếu hỏng bởi phụ kiện kèm theo rất nhiều” Hiện chỉ có một vài điểm sáng trong bức tranh chung các DN trong nước như Prime Group (được Tạp chí World Ceramic xếp thứ 5 trong các nhà sản xuất gạch ceramic thế giới về sản lượng), Viglacera

Hà Nội (với sản phẩm mới nhất là gạch ốp ngoại thất mosaic chống ẩm, mốc, mưa acid do ứng dụng công nghệ tự làm sạch có giá thành rất cạnh tranh)…vì thế các công ty gạch việt nam cần phải đầu tự dây chuyền sản xuất ứng dụng công nghệ hiện đại, tự động hóa trong sản xuất để có thể cạnh tranh với các mặt hàng khác trên thế giới

Hình 1.3 Dây chuyền sản

xuât gạch Thái bình

Hình 1.4 Dây chuyền sản xuât

gạch Hà Nội

CHƯƠNG 2

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Giới thiệu họ vi điều khiển

Atmega32 là vi điều khiển thuộc họ AVR của hãng Atmel,có 40 chân

trong đó có 32 chân I/O,có 4 kênh điều xung PWM,sử dụng thạch anh ngoài

8MHz

Nhân AVR kết hợp tập lệnh đầy đủ với 32 thanh ghi đa năng Tất cả các

thanh ghi liên kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU) cho phép 2

thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu kỳ đồng hồ Kết

quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ vi điều khiển CISC thường

Dưới đây là hình vẽ sơ đồ chân của VĐK At mega32

Hình 2.1 Sơ đồ chân Atmega32

 At mega32 gồm có 4 port :port A,port B,port C và port D

 Port A gồm 8 chân từ PA0 đến PA7:là cổng vào tương tự cho

chuyển đổi tương tự sang số.Nó cũng là cổng vào/ra hai hướng 8 bít

trong trường hợp không sử sụng làm cổng chuyển đổi tương tự,có điện

trở nối lên nguồn dương bên trong.Port A cung cấp đường địa chỉ dữ

liệu vao/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ bên ngoài

 Port B gồm 8 chân từ PB0 đến PB7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port B cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32

 Port C gồm các chân từ PC0 đến PC7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bit,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong,Port C cung cấp các địa chỉ lối ra khi sử dụng bộ nhớ bên ngoài và đồng thời cung cấp ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32

 Port D gồm các chân từ PD0 đến PD7:là cổng vào/ra hai hướng 8 bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Port D cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32

 Chân nguồn Vcc (chân số 10 à chân số 30):điện áp nguồn nuôi của Atmega32 từ 4.5v đến 5.5v

 Chân Reset (chân số 9):lối vào đặt lại

 Chân GND (chân số 11 và chân 31):chân nối mas

 Chân XTAL1,XTAL2 là hai chân nối thạch anh ngoài (chân số 12 và chân số 13).Atmega32 sử dụng thạch anh ngoài là 8MHz

 Chân ICP(chân số 20):là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu cho bộ định thời/đếm 1

 Chân OC1B(chân số 18):là chân ra cho chức năng

so sánh lối ra bộ định thời/đếm 1

 Chân INT1(chân số 17):chân ngõ vào ngắt

Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32

ATmega32 có các đặc tính sau:

• 32Kbytes bộ nhớ ISP Flash với Read-While-Write capacities

• 2Kbytes RAM

• 1024 bytes EEPROM

• 32 đường I/O đa năng

• 32 thanh ghi đa năng

• JTAG interface

• On-chip Debug and Program

• 3 bộ định thời phức hợp với chế độ so sánh

• Ngắt ngoài và trong

• Bộ truyền nhận nối tiếp USART lập trình được

• Bộ giao tiếp nối tiếp định hướng 2 dây

• 8 kênh, 10bit ADC với ngưỡng vào lựa chọn khác nhau độ lợi lập trình được

• Bộ WatchDog Timer khả trình với dao động nội

• Port SPI nối tiếp

• Hệ thống ngắt để tiếp tục hàm

 ATmega32 có các chế độ tiết kiệm năng lượng như sau:

 Chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng

bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm bộ định thời, cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động

 Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi nhưng làm đông lạnh bộ tạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng

 Chế độ Power-save đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho phép chương trình sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng các thiết bị còn lại là ngủ

 Chế độ ADC Noise Reduction dừng CPU và tất cả các thiết bị còn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, tối thiểu hoá switching noise trong khi ADC đang hoạt động

 Chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tĩnh thể/bộ cộng hưởng) chạy trong khi các thiết bị còn lại ngủ Các điều này cho phép bộ vi điều khiển khởi động rất nhanh trong chế độ tiêu thụ công suất thấp

 Thiết bị được sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của Atmel

Bộ nhớ On-chip ISP Flash cho phép lập trình lại vào hệ thống qua giao diện SPI bởi

bộ lập trình bộ nhớ cố định truyền thống hoặc bởi chương trình On-chip Boot chạy trên nhân AVR Chương trình boot có thể sử dụng bất cứ giao điện nào để download chương trình ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng Phần mềm trong vùng Boot Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Application Flash được cập nhật, cung cấp thao tác Read-While-Write thực sự Bằng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In- System Self-Programmable Flash trong chỉ nguyên vẹn 1 chip ATmega32 là một bộ

vi điều khiển mạnh có thể cung cấp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho nhiều ứng dụng điều khiển nhúng

2.2 PLC

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 -1970 Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao Thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy

và các quá trình công nghệ PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành Chúng được thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chương trình Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều khiển) Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic, ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp

Vì vậy các PLC:

+ Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn,

+ Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra,

+ Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển log-

ic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là:

+ Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến,

+ Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ,

+ Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu thập được,

+ Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

2.2.1 Giới thiệu PLC S7-300

S7-300 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-300

là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ

PLC S7-300 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu

- Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản

- Các CPU có thể sử dụng trong mạng, hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn

lẻ

- Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn

- Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản và phức tạp

Hinh 2.3 Phần cứng s7-300

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý

Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra

Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả điều khiển tới đầu ra Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan) Thời gian một vòng quét phụ thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, vào tốc độ của CPU Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn dấn một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu

- Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi

xử lý (thường là 5V) và cho các mạch điện đầu ra hoặc các module còn lại (thường là 24V)

- Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân

cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm

- Giao diện vào/ra

Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ Tín hiệu vào/ra

có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic

 Cấu tạo chung của PLC

Các PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối ghép

Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra Kiểu hộp đơn thường vẫn có khả năng ghép nối được với các module ngoài để mở rộng khả năng của PLC

Kiểu module ghép nối gồm các module riêng cho mỗi chức năng như module nguồn, module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra, module

mờ, module PID các module được lắp trên các rãnh và dược kết nối với nhau Kiểu cấu tạo này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module riêng biệt Việc sử dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể Kết cấu này khá linh hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ

 Các phương pháp lập trình

Từ các cách mô tả hệ tự động các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau Các phương pháp lập trình đều được thiết kế đơn giản, gần với các cách mô tả đã được biết đến Từ đó nói chung có ba phương pháp lập trình cơ bản là phương pháp bảng lệnh STL, phương pháp biểu

đồ bậc thang LAD và phương pháp lưu đồ điều khiển CSF Trong đó, hai phương pháp bảng lệnh STL và biểu đồ bậc thang LAD được dùng phổ biến hơn cả

 Cấu trúc phần cứng của hệ thống plc s7-300

Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra củng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ plc được thiết kế không cứng hóa về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được sử dụng nhiều hay

ít tùy vào yêu cầu công nghệ, song tối thiểu phải có một module chính là các module cpu, các module còn lại là các module truyền nhận tín hiệu đối với các đối tượng điều khiển, các chức năng chuyên dung như PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là module mở rộng

Tất cả các mocdule đều được gá trên những thanh ray (rack)

-Module cpu

Là module có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (chuẩn RS485) và có thể có một vài cổng vào ra số Các cổng vào ra có trên module cpu được gọi là cổng vào ra onboard

Trong plc s7-300 có nhiều loại module cpu khác nhau Nói chung chúng được đặt tên theo bộ xử lý có trong nó như: cpu 312, module cpu 314, cpu 315….những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ ra onboard cũng như các khối đặt biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành

- Module mở rộng

Các module mở rộng được chia làm 5 loại chính:

+ PS (power supply): module nguồn nuôi có 3 loại 2A, 5A và 10A

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300 + SM module mở rộng cổng tín hiệu vào ra, bao gồm:

- DI(digital input) module mở rộng đầu vào số Số các cổng vào của ule này là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module

mod DO(digital output) module mở rộng đầu vào số Số các cổng vào của module này là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module

- DI/DO(digital input/ digital output) module mở rộng đầu vào/ra số

- AI(analog input) ) module mở rộng cổng vào tương tự

- AO(analog input) module mở rộng cổng ra tín hiệu tương tự

- AI/AO(analog input/ analog input) module mở rộng cổng vao/ra tín hiệu tương tự

+ IM (interface module): module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module cpu Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng

+ FM module có chức năng điều khiển riêng ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module điều khiển PID, module điều khiển vòng kín…

+ CP(communication module) module phục vụ truyền thông giữa các plc với nhau hay giữa các plc với máy tính

 Cấu trúc bộ nhớ cpu của s7-300

Được chia làm 3 vùng chính:

- Vùng chứa chương trình ứng dụng: vùng chứa chương trình ứng dụng được chia làm 3 miền

+ OB: Miền chứa chương trình tổ chức

+ FC: Miền chứa chương trình con tổ chức được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

+FB: Miền chứa chương trình con tổ chức được tổ chức thành hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác

- Vùng chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau

+ I(procees image input ): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số Trước khi thực hiện chương trình, plc sẽ đọc giá trị logic của tất cả đầu vào và cất giữ trong vùng nhớ I

+Q(procees image output): ): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, plc sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm ảo đến cổng ra số

+M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit

+T Miền nhớ phục vụ thời gian Bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước, giá trị đếm thời gian tức thời, cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ thơi gian

+C Miền nhớ phục vụ đếm Bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị đếm tức thời, cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ đếm

+PI Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự

+PQ Miền địa chỉ cổng ra các module tương tự

- Vùng chứa các khối dữ liệu

+ DB : Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối

+ L : Miền dữ liệu địa phương

2.2.2.1.Bộ đếm (counter)

Bộ đếm (Counter): Được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm PLC được gọi

là bộ đếm logic vì nó là bộ nhớ, có tác dụng như là bộ đếm vật lý, số lượng bộ đếm có thể sự dụng tùy thuộc vào loại PLC

Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C0; C128; C225

 Bộ đếm lên - xuống: nội dung bộ đếm tăng 1 hay giảm 1, tuy thuộc

cờ chuyên dùng cho phép chiều đếm, khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm

 Bộ đếm pha: bộ đếm loại này thực hiện đếm lên hay xuống tùy thuộc vào sự lệch pha của 2 tín hiệu xung kích bộ đếm, thường dùng encoder

 Bộ đếm tốc độ cao: bộ đếm này đếm được xung kích có tần số cao, 20KHz trở xuống tùy thuộc vào số lượng, bộ đếm loại này được sử dụng đồng thời Bộ đếm loại này còn được chế tạo riêng 1 modul chuyên dùng, khi đó tần số đếm có thể đạt đến 50KHZ

o Các loại bộ đếm trên có thể là

 Bộ đếm 16 bit: bộ đếm 16 bit thường là bộ đếm chuẩn, bộ đếm này

có thể đếm được khoảng giá trị từ -32.768 đến + 32.767

 Bộ đếm 32 bit có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng

 Bộ đếm chốt: có khả năng duy tri nội dung đếm ngay cả khi PLC không được cấp điện

2.2.2.2.Bộ định thời gian (timer)

Được dùng để định thời các sự kiện, bộ định thời trên PLC được gọi là bộ định thời logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC, có tác dụng như là bộ định thời vật

ly, số lượng bộ định thời tùy vào loại PLC Thực chất nó là bộ đếm xung với chu

ki thay dổi xung kich bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc và được gọi là độ phân giải

Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân T0; T200, T246

o Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải

 Độ phân giải 100ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1 đến 3276,7s

 Độ phân giải 10ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.01đến 327.67s

 Độ phân giải 1ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.001 đến 32,767s

2.3 Khối cảm biến

Gồm các cảm biến quang để phân loại sản phẩm được bố trí theo chiều dọc và ngang, một cảm biến để đếm đủ sản phẩm đưa vào hộp

2.3.1 Giới thiệu sơ lược về cảm biến

Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thì cảm biến phải có phần phát và phần thu Phần phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác Hai bộ phận phát và thu có cùng tần số khi có sản phẩm đi qua giữa phần phát và phần thu, ánh sáng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tần số khác tần số phát như chế tạo ra một xung tác động đến bộ xử lí và xung được gởi

về vi diều khiển để xử lí.Có nhiều linh kiện phát và thu ánh sáng hồng ngoại nhưng chúng em chọn led hồng ngoại và quang trở

2.3.2 Các linh kiện trong mạch cảm biến

 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của led hồng ngoại

Hình 2.6 Led hồng ngoại Led được cấu tạo từ GaAs với vùng cấm có độ rộng là 1.43ev tương ứng với bức xạ 900nm Ngoài ra khi pha tạp si với nguyên vật liệu GaALAs, độ rộng vùng cấm có thể thay đổi Với cách này người ta có thể tạo ra giải sóng giữa 800nm-900nm và do đó tạo ra sự điều dưỡng sao cho led hồng ngoại phát ra bước sóng thích hợp nhất cho điểm cực đại của độ nhạy các bộ thu

Hoạt động: khi mối nối p-n phân cực thuận thì dòng điện qua mối nối lớn

vì sự dẫn điện là do hạt tải đa số, còn khi mối nối phân cực nghịch thì chỉ có dòng rỉ do sự di chuyển của các hạt tải thiểu số Nhưng khi chiếu sáng vào mối

nối, dòng điện nghịch tăng lên gần như tỷ lệ với quang thông trong lúc dòng thuận không tăng Đặc tuyến volt-ampere của led hồng ngoại như sau:

Hình 2.7 Đặc tuyến volt-amperre led hồng ngoại

Hình 2.8.Quang trở

Thông thường, điện trở của quang trở khoảng 1000 000 ohms Khi chiếu ánh sáng vào, điện trở này giảm xuống rất thấp Người ta ứng dụng đặc tính này của quang trở để làm ra các mạch phát hiện sáng/tối

Hình 2.10 Cấu trúc led 7 doạn

- LED anode chung

Hình 2.11 Led anode chung Đối với dạng anode chung, chân com phải ở mức logic 1 và muốn led sáng thì tương ứng các chân a-f, dp phải ở mức logic 0

- LED cathode chung

Hình 2.12 Led cathode chung Đối với dạng cathode chung, chân com phải ở mức logic 0 và muốn led sáng thì tương ứng các chân a-f, dp phải ở mức logic 1

2.5 Một số linh kiện khác dùng trong hệ thống

-Diode

Hình 2.13.Diode

Cấu tạo:Diode được cấu tạo bởi hai lớp bán dẫn P và N như hình vẽ ()

Hình 2.14 Cấu tạo của diode

Phân cực thuận cho diode: Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt

(vùng bán dẫn P ) và điện áp âm(-) vào Katôt (vùng bán dẫn N) ,khi đó dưới tác dụng tương tác cảu điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữa hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2 V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không =>Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode vẫn không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6 V)

Hình 2.15 Phân cực thuận và đường đặc tính của Diode

Phân cực ngược cho Diode :Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp

nguồn dương (+) cho Katôt (bán dẫn N) ,nguồn âm (-) cho Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược ,miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản

dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chịu điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V mới bị đánh thủng

Ứng dụng :Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử

dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng , mạch ghim áp phân cực cho transistor hoạt động

-Tụ điện :Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong cac mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động vv

Cấu tạo: Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có

một lớp cách điện gọi là điện môi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hóa chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hóa

Hình 2.16 Cấu tạo của tụ điện

Hình dáng thực tế của tụ điện

Hình 2.17 Hình dáng của các loại tụ điện

Ứng dụng của tu điện : Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện

và điện tử, trong các thiết bị điện tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu , lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động vv

IC LM7805 va LM7812

Hình dáng và sơ đồ chân

Đăc điểm : Dòng cực đại có thể duy trì 1A

Dòng đỉnh 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

1 : Vin - Chân nguồn đầu và

2 : GND - Chân nối đất

3 : Vout - chân nguồn đầu ra

Ứng dụng : Cho ra điện áp +5V (lm7805) và điện áp +12 V( lm7812) khi ta

cấp vào điện áp một chiều có giá trị lớn hơn điện áp ra khoảng 2V

*Một số linh kiện cơ bản trong mạch cách ly giữa VĐK ATMEGA 32 và mạch điều khiển motor

-Opto

Hình 2.19 Hình dáng thực tế của opto

Cấu tạo

Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led

và 1 photo diot hay 1 photo transitor

*Một số linh kiện cơ bản trong mạch công suất

-IRF 540 : Đây là linh kiện điện tử công suất (thuộc mosfet ) chịu được dòng,

áp và nhiệt độ tương đối lớn

Giới thiệu sơ qua về mosfet :Mosfet là Transistor hiệu ứng trường

( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường

mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích

hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính

Kí hiệu và cấu tạo của mosfet

Mosfet N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D

là vô cùng lớn còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S ( UGS ) Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ

Hình dáng và cấu tạo chân IRF540

Hệ thống tiếp điểm: Bao gồm các tiếp điểm ở mạch chính và các điểm phụ cho mạch điều khiển Các tiếp điểm được cách điểm độc lập và gắn chặt trên mạch từ di động có lò xo đệm để đảm bảo các tiếp điểm di động tiếp xúc tốt với tiếp điểm cố định

Cơ cấu truyền động hệ thống tiếp điểm: Bao gồm giá mang các tiếp điểm di động, lò xo nhả mạch để đẩy bật tiếp điểm hở mạch trở về vị trí ban đầu

Buồng dập hồ quang: Đối với các rơle điện từ có công suất lớn, tải dòng lớn cần có buồng dập hồ quang để dễ triệt tiêu ngay tia hồ quang trong quá trình tiếp điểm hở mạch để tránh ngay các bề mặt vít của tiếp điểm không bị rỗ mặt gây tiếp điện xấu

Nguyên lý hoạt động

Khi có dòng điện qua cuộn dây lắp đặt ở lõi mạch từ cố định, thì cuộn dây tạo ra lực từ hút mạch từ di động, vì do lực hút lớn hơn lực cản của lò xo nên các mạch từ đóng mạch dẫn dòng điện đi qua vào các thiết bị điện

Muốn cắt mạch thì ngừng cấp điện cho cuộn dây, nhờ lò xo lúc trước bị nén đẩy bật các tiếp điểm nhả mạch

-Công tắc hành trình

Công tắt hành trình: công tắc làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1

vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Khi công tắc hành trình được tác động thì

nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như:

- Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)

- Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VDK để khi cơ cấu đến vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó)

Hình 2.24 Hình dáng thực tế của công tắc hành trình

2.6 Các phương án thiết kế

Trong giới hạn đề tài tốt nghiệp, do còn nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian, kinh tế… chúng em giới hạn thực hiện các công đoạn của hệ thống phân loại, đóng gói gạch

• Cấp gạch: bằng tay

• Cấp đế hộp tự động

• Đóng hộp tự động

Dựa trên những yêu cầu đề ra cùng với việc tham khảo các dây chuyền đã

có chúng em đã đưa ra các phương thiết kế

10 Băng tải BT1

11 Băng tải BT2

12 Băng tải BT3

 Nguyên lý hoạt động : Sản phẩm được di chuyển bằng băng tải BT1 nếu là

chính phẩm thì cho qua, ngược lại là phế phẩm thì tay gạt phế phẩm gạt ra ngoài

Đế được đưa vào vị trí mong muốn nhờ tay đẩy đế hộp Gạch được xếp vào đế

theo thứ tự nhờ băng tải di động( khoảng cách 2 trục ru lô có thể thay đổi) Cơ

cấu đóng nắp nhờ lực kéo băng tải BT3

 Ưu điểm : Không giới hạn chiều dài xếp gạch vào đế chỉ cần thay đổi khoảng

cách 2 trục băng tải di động

 Nhược điểm : Cần sự chính xác trong khâu chế tạo và lắp đặt hệ thống, năng

suất làm việc không cao

2.6.2 Phương án thiết kế thứ hai

Hình 2.26 Mô hình phương án thứ hai

 Ưu điểm :Thời gian sản phẩm vào hộp sẽ nhanh hơn nhiều so với phương

3 Khối dẫn đế vào cột

4 Cột chứa nắp

5 Tay đẩy đế

6 Tay đẩy gạch men

 Nguyên lý hoạt động : Cũng như 2 phương án trên gạch được dẫn đến bộ phận phân loại, nếu tốt cho qua ngược lại Khi đủ sản phẩm thì tay đẩy 6 hoạt động, gạch được đi xuống đế Đế được nằm ở vị trí đợi gạch đẩy vào nhờ hệ thống chứa đế và cơ cấu tay đẩy 5 Việc đóng nắp cũng lợi dụng bên cơ khí

 Ưu điểm : Năng suất cao, chế tạo và lắp đặt các chi tiết không yêu cầu quá cao về mặt kỹ thuật Tiết kiệm được mặt bằng để lắp đặt hệ thống Đây cũng là phương án chúng em lựa chọn để chế tạo hệ thống

2.7.Thiết kế sơ bộ mô hình

Các chi tiết của dây chuyền được làm bằng nhôm là chủ yếu: gồm nhiều loại nhôm hộp 12x25, 25x25, 76x25… nhôm vê, nhôm ống nhỏ phù hợp với từng

vị trí Những chỗ chịu lực lớn, momen lớn, cần độ cứng vững cao nhôm được

nhét gỗ để gia tăng độ cứng vững

Các chi tiết trục và puli đều được gia công chính bằng tay Các cụm chi tiết có yêu cầu về độ cứng vững và chính xác chưa cao nên còn nhiều hạn chế trong quá trình vận hành

Trong dây chuyền còn có sử dụng các cảm biến quang, công tắc hành trình

2.7.1 Băng tải

Băng tải sử dụng đai và ray dẫn hướng để dẫn gạch và hộp Được dẫn động bằng bộ truyền động xích nhờ động cơ DC chạy nguồn 24V có momen lớn

Bố trí trên băng tải có 2 ru lô, một ru lô quay tự do và một ru lô quay nhờ

sự truyền động của động cơ Để giảm tính trượt của dây đai, trên ru lô có bọc lớp cao su Ngoài ra còn có bộ phận tăng độ căng của băng tải

Dây đai của băng tải được làm từ vải thô hoặc vải da giả

Hình 2.29 Băng Tải