Bài Tập Lớn Đo Lường Cảm Biến Phân Loại Đếm Sản Phẩm Cao Thấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BỘ CÔNG THƯƠNG  BÀI TẬP LỚN : HỌC PHẦN ĐO LƯỜNG & CẢM BIẾN Tên đề tài: TÌM HIỂU PHÂN TÍCH VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN B

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ CÔNG THƯƠNG



BÀI TẬP LỚN : HỌC PHẦN ĐO LƯỜNG & CẢM BIẾN

Tên đề tài:

TÌM HIỂU PHÂN TÍCH VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG

PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI VỚI HAI

LOẠI SẢN PHẨM DÀI/NGẮN

Nhóm SVTH: Cao Đức Thiện

Nguyễn Đăng Sự Nghiêm Văn Tài Phạm Văn Tài

Lê Duy Thái

Vi Văn Thắng Phạm Văn Thanh Đặng Duy Thiêm Nguyễn Đức Thiện Nguyễn Trọng Thông Lớp: TĐH 1-K11

GVHD: Hà Văn Phương

Hà Nội-2018

Yêu Cầu:

• Tìm hiểu tổng quan hệ thống

• Phân tích công nghệ và đưa ra các nhiệm vụ cụ thể cần thực hiện của bài toán

• Vẽ sơ đồ khối nguyên lý hệ thống

• Xây dựng mô hình hệ thống bao gồm các thiết bị, khâu chức năng

• Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống như cảm biến, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành,… (trình bầy nhiệm vụ, hình ảnh, nguyên lí

làm việc, thông số kỹ thuật của thiết bị đó)

• Sơ đồ đấu nối hệ thống

• Chương trình điều khiển

Mục lục

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 1

I Đặt vấn đề 1

II Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động 2

III Tính cấp thiết của đề tài 3

IV Tìm hiểu chung về các bộ phận trong đề tài 4

IV.1 Băng tải 4

IV.2 Cảm biến 11

Chương 2: Thiết kế mô hình hệ thống phân loại theo chiều cao 14

I Sơ đồ khối hệ thống 14

II Cấu tạo chung của hệ thống 14

III Nguyên lý hoạt động của hệ thống 14

IV Tính chọn thiết bị 15

IV.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều và chọn động cơ 15

IV.2 Mạch rơ le 19

IV.3 Cảm biến quang 20

IV.4 Băng tải 23

IV.5 Bộ vi điều khiển 23

Chương 3: Kết quả bài tập lớn 27

I Về nội dung 27

I.1 Những kết quả đã làm được 27

I.2 Tồn tại 27

Phụ lục 29

Lời nói đầu

Môn học Đo lường- cảm biến trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng trong ngành điện hiện nay Giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp

Kỹ thuật Đo lường –Cảm biến là môn học nghiên cứu các phương pháp

đo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất,… và đại lượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc…

Bài giảng Kỹ thuật Đo lường –Cảm biến được biên soạn dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Viễn thông, Kỹ thuật Thông tin, Tự động hoá, Trang thiết bị điện, Tín hiệu Giao thông

Về đề tài, với mục tiêu đưa đất nước ngày càng phát triển giàu mạnh, hiện đại tiến tới hội nhập cùng thế giới thì phát triển trong công nghiệp đóng vai trò quyết định trong quá trình đó Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có được năng suất lao động cao, giảm thiểu sức lao động của con người, do đó áp dụng các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp là một giải pháp thiết thực

Ngày nay, việc ứng dụng các vi xử lí như Arduino trong học tập và nghiên cứu trở nên khá dễ dàng và thực tiện, giúp việc ứng dụng trở nên rộng rãi Vi

xử lý Atmel 328P trên Arduino Uno mang lại hiệu quả khá tốt, chính xác và bền

bỉ trong môi trường nghiên cứu và học tập Do đó chúng em chọn đề tài “ Tìm hiểu , phân tích và thực hiện hệ thống phân lọa và đếm sản phẩm trên băng tải với hai loại sản phẩm Dài/Ngắn” với mục đích tạo môi trường thực hành

và ứng dụng lí thuyết được học về môn đo lường & cảm biến vào những mô hình trong thực tế Qua đó ứng dụng được cách chọn, sử dụng cảm biến, các kĩ năng cơ bản về lập trình, kết nối và ứng dụng cảm biến và Arduino trong thực

tế sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hà Văn Phương trong môn đo

lường & điều khiển đã tận tình chỉ bảo, tạo điều khiển và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện bài tập lớn này

Các hoạt động thủ công của thương ta nói chung và các hoạt động phân loại sản phẩm thủ công nói riêng thì vẫn còn tốn khá nhiều công sức của nhân công Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại như phân loại rác hoặc phân loại những chất hóa học độc hại thì công nhân tham gia hoạt động phân loại khá nguy hiểm đến sức khỏe và cũng như ảnh hưởng đến năng suất của quá trình

Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có định hướng phát triển rõ rệt Phần lớn các doanh nghiệp của nước ta sử dụng công nghệ lạc hậu so với các nước trên thế giới từ 2-3 thế hệ 80%-90% công nghệ của nước ta đang sử dụng là công nghệ nhập khẩu 76% công nghệ máy móc thuộc thập niên 50-60, 50% là công nghệ là đồ tân trang Sự thiếu hụt lẫn khó khăn trong vấn đề cạnh tranh về giá cả trên thị trường

Trên thế giới đã ứng dụng nhiều về những hệ thống tự động trong sản xuất

và họ đang nhân mạnh mô hình số lượng công nhân ngày càng ít đi Trình độ chuyên môn cao , dẫn tới chất lượng sản phẩm cao cạnh tranh tốt trên thị trường

Khi sản xuất ra được tự động xắp xếp đều trên băng chuyền bên cạnh băng chuyền có đặt các thiết bị để nhận biết phân loại phụ thuộc vào sản phẩm Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị phân loại chúng sê được đẩy vào hộp năm trên các băng chuyền khác Các sản phẩm còn lại sẻ được băng chuyền tiếp tục

2 | P a g e

mang đi đến các thùng hàng, thông qua hệ thống đếm tự động chữ đen khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sỗ tự động dừng trong một khoáng thời gian để đóng gói sản phẩm Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khỉ có lệnh dùng Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng

Hoạt động phân loại phân loại tự động có điểm mạnh là năng xuất và tính

chính xác cao, cần ít sức người mà vẫn đạt hiệu quả nên có thể cạnh tranh về giá

cũng như chất lượng trên thị trường Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa

và nhỏ nào của nước tạ cũng đầu tư số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh từ nước ngoài

II Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động

Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng loại sản phâm mà ta có thê đưa ra những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau Hiện nay có một sô phương pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong đời sống như:

• Phân loại sản phẩm theo chiều cao

• Phân loại sản phẩm theo màu sắc

• Phân loại sản phẩm theo khối lượng

• Phân loại sản phẩm theo mã vạch

• Phân loại sản phẩm theo vật liệu

Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiều thuật toán và hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau Ví dụ muốn phân loại vải thì phải phân loại chiều cao và màu sắc, về nước uống( như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiểu cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân loại gạch thì theo hình ảnh, chiều cao

Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến thứ nhất nhưng chưa kích cảm biến thứ hai thì được phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua hai cảm biến đồi vật cao nhất

Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản nhẩm đi qua cảm biên nào nhận biêt

III Tính cấp thiết của đề tài

Trong cuộc sống hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao vài tính lặp lại, nên các công nhân khỏ đảm bảo được sự chính xác đường cong Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhò

mà ta thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhầm đáp ứng nhu cầu câp bách này

Tùy vào mức độ phức tạp ưong yêu cấu phân loại, các hệ thống phân loại của những quy mô lớn, quy mô nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung

là chi phí cho các loại quy mô này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện ở việt Nam

Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng vào các các hệ thống phân loại có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp việt nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lao động con người để làm việc Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một ýêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sàn phẩm Còn rất nhiều loại phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu cùa nhà sản xuất như: phân loại sản phẩm theo chiều cao, phân loại sản phẩm theo màu sắc, phân loại sản phẩm theo khối lượng, phân loại sản phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm theo hình ảnh trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung câp thông tin Nhằm mục tiêu tăng năng suất lao động, giảm sức người,độ chính xác cao, giá thành hạ, nâng cao chất lượng sản xuất; các sản phẩm công nghệ đòi hỏi ngày càng hoàn thiện và tối ưu Trong đó, hệ thống băng tải là một phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu, sản

Xuất phát từ những khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm Nhận thấy tầm quan trọng của băng tải trong các ngành công nghiệp và đây là một hệ thống cần có sự cải tiến và thiết kế mới, đáp ứng nhu cầu sản xuất chuyên môn hóa cao cũng như phù hợp với đặc thù riêng của từng lĩnh vực, sản phẩm Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em học được ở trường

IV Tìm hiểu chung về các bộ phận trong đề tài

IV.1 Băng tải

Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sừ dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các

cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu

Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác Trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành

và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được

5 | P a g e

IV.1.1 Cấu tạo chung băng tải

• Bộ phận kéo với các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

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

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

• Hệ thống đỡ( con lăn, giá đỡ, ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và

cạc yếu tố làm việc

IV.1.2 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phầm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:

Băng tải con lăn 30 ÷ 500

kg

Vận chuyên chi tiết nên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách < 50m

- Các loại băng tải xích , băng tải con lăn có ưu diêm là độ ôn đinh cao khi vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khi tương đổi phức tạp, đòi hỏi

đọ chính xác cao, giá thành khá đắt

- 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 0,2 m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10KN

- Băng tải xoắn vít

Có 2 kiểu cấu tạo:

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

+ Băng tải 2 buồng xoắn: Băng tải này thì có hai buồng xoắn song song với nhau, có một chiều xoắn phải, có một chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ một tốc độ phân phổi chuyên động

Cả hai loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng băng thép hoặc băng xỉ măng

IV.1.3 Phân loại

Băng tải có nhiều kiểu dáng khác nhau vì thế được phân loại như sau:

a Theo phương chuyển động

7 | P a g e

- Theo phương ngang: Băng tải loại này được ứng dụng trong việc vận chuyển các loại nguyên liệu cho ngành xây dựng, vận chuyển than đá hoặc những sản phẩm đóng gói

- Theo phương nghiêng: Dùng vận chuyển sản phẩm trên cao đã được đóng thùng hoặc vận chuyển các sản phẩm dạng rời như than đá, sỏi

Kết cấu loại băng tải này là băng tải đai vải, chân của băng tải có thể nâng lên

xuống để tạo dốc nghiêng hoặc ở cố định nhưng lớn nhất phải nhỏ hơn góc vào

giữa vật liệu và băng từ 7-10 độ

8 | P a g e

- Theo phương đứng: Băng tài loại này dùng để vận chuyển dạng kiện hoặc khối

nhỏ lên cao Thông thường thì băng tải loại này vận chuyển hàng từ trên xuống

hoặc từ dưới lên, hình dáng bên ngoài giống băng tải gầu Đặc biệt nó cỏn ưu điểm nữa là không tốn diện tích nơi nó vận hành

10 | P a g e

d Theo cấu tạo

- Băng tải con lăn: Băng tải loại này không có bộ phận kéo, người sử dụng phải tác động lực để trượt những sản phẩm trên con lăn

IV.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của băng tải

a Ưu điểm của băng tải

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc t hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghi

- -Vốn đầu tư Không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn gi dường dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với vận chuyển khác là không lớn lắm

b Nhược điểm của băng tải

11 | P a g e

- Để tăng được tuổi thọ sử dụng của băng tải, khi sử dụng bạn nên chp tốc độ trung bình không cao

- Độ nghiêng của băng tải nhỏ hơn 24 độ

- Không vận chuyển theo hướng đường cong cần bố trí thêm động khung băng

12 | P a g e

IV.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

IV.2.3 Phân loại cảm biến quang

• Cảm biến quang Thu Phát Độc Lập (Through Beam):

13 | P a g e

• Cảm biến quang Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective):

• Cảm biến quang Thu Phát Chung – Khuyếch Tán (Diffuse Replective):

• Cảm Biến Quang Loại Phản Xạ Giới Hạn (Limited Reflective)

Bộ phận động lực : gồm các thiết bị vận tải ( băng chuyền ) các bộ phận phân loại (Các động cơ Servo ), động cơ bánh răng

Bộ phận nhận biết và phân loại sản phẩm: hệ thống sử dụng cảm biến hoặc công tắc hành trình để nhận biết và phân loại chiều cao sản phẩm Hệ thống có thể sử dụng cảm biến quang, cảm biến tiệm cận tùy vào sự bố trí khác nhau

Bộ phận điều khiển phân loại sản phẩm: sử dụng máy tính và Arduino Uno

để điều khiển hệ thống

III Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm này hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiêu dài của sản phẩm Sau đó dùng động cơ servo để phân loại sản phâm có chiều cao dài, trung bình và ngắn Sản phẩm sau phân loại sẽ được chuyển đến các thùng hàng để đóng gói

Arduino

On/OFF

Cảm biến Máy tính

Hiển thị Động cơ servo

Cơ cấu chấp hành

15 | P a g e

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn máy hoạt động được cần những chuyên động cần thiết: để truyền động chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều Sau khi cảm biến đã xác định được sản phẩm, ta sẽ dùng động cơ servo tạo chuyển động quay ngang đẩy sản phẩm xuống dưới máng đỡ sản phẩm

IV Tính chọn thiết bị

IV.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều và chọn động cơ

Động cơ điện 1 chiều là động cơ hoạt động với dòng điện 1 chiều Động

cơ điện 1 chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong 1 phạm vi hoạt động

Động cơ điện 1 chiều trong dân dụng thường là các dạng 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 momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và trong phạm vị rộng

IV.1.1 Cấu tạo động cơ 1 chiều

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

-Rotor (phần ứng): gồm lõi thép và dây quấn phần ứng 'Lá thép hình rẹp làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0.5mm, phủ sơn cách điện ghép với phần

tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, 2 đầu vối 2 phiến: tác dụng của phần

tử dây dẫn trong 2 rãnh dưới 2 cực khác tên

-Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng gắn

ở đầu trục rotor