Thiết kế thi công hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng plc

1.1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Đồ án tốt nghiệp

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THI CÔNG HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN

LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Lưu Thanh Tùng

Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp:

Trần Trọng Mẫn 1811030058 18DCTA2

Nguyễn Anh Huy 1811030243 18DCTA2

Đinh Tấn Khoa 1811030247 18DCTA2

TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ĐOAN II TÓM TẮT ĐỀ TÀI III ABSTRACT IV DANH SÁCH HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU X DANH MỤC SƠ ĐỒ XI

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 LỜI MỞ ĐẦU 1

1.1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2

1.1.3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 2

1.1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

1.1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 3

1.1.6 NỘI DUNG ĐỒ ÁN 3

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 3

1.2.1 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 4

1.2.2 Ứng dụng 4

Chương 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC 5

2.1 Các thành phần của hệ thống 5

2.1.1 Khối nguồn 24VDC 5

2.1.2 Khối nguồn 5VDC 6

2.1.3 Định nghĩa PLC 6

2.1.4 Nguyên lý hoạt động của PLC 8

2.1.5 PLC sử dụng trong đồ án (PLC FX1S 20MR) 10

2.1.6 Cáp lập trình PLC 11

2.1.7 Sơ đồ đấu dây cho mô hình 12

2.1.8 Cảm biến vật cản Hồng ngoại E3F – DS30C4 12

2.1.9 Cảm biến màu TCS3200 14

2.1.10 Giới thiệu mạch Arduino 18

2.1.11 Module mạch relay 4 kênh 24

2.1.12 Van điện từ 26

2.1.13 Băng tải 27

2.1.14 Hệ thống Xilanh 30

2.1.15 Xi lanh cấp phôi 32

2.1.16 Nút nhấn 33

2.1.17 Sản phẩm 34

2.2 Giới thiệu phần cứng mô hình 35

2.2.1 Hệ thống truyền động 36

2.3 Giới thiệu phần mềm lập trình 37

2.3.1 Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi 37

2.3.2 Phần mềm lập trình Arduino 38

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT 39

3.1 Thiết kế phần cứng 39

3.1.1 Mặt Băng 39

3.1.2 Băng tải 40

3.1.3 Sản phẩm màu 42

3.1.4 Khay đựng sản phẩm 43

3.1.5 Giá đỡ cảm biến màu 44

3.1.6 Giá đỡ cảm biến hồng ngoại 45

3.1.7 Sơ đồ nẹp điện 46

3.1.8 Sơ đồ động lực khí nén 47

3.2 Sơ đồ 48

3.2.1 Sơ đồ khối 48

3.2.2 Lưu đồ giải thuật 50

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 51

4.1 mô hình hoàn thiện 51

4.2 Kết quả đạt được sau khi thiết kế và lắp đặt 51

4.3 Thử nghiêm đánh giá 53

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 53

5.1 Kết quả 53

5.1.1 Kết quả đạt được 53

5.1.2 Chưa đạt được 53

5.2 Thuận lợi và khó khăn 53

5.2.1 Thuận lợi 53

5.2.2 Khó khăn 53

5.3 Kết luận 53

5.4 Các vấn đề gặp phải khi làm mô hình 53

5.5 mô hình hoàn thiện 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2 1: Nguồn tổ ong 24VDC 5

Hình 2 2: Nguồn 5V 2A 6

Hình 2 3: Cấu trúc bên trong PLC 7

Hình 2 4: Nguyên lý hoạt động của PLC 9

Hình 2 5: PLC FX1S 20MR 10

Hình 2 6: Cáp kết nối lập trình PLC 11

Hình 2 7: Sơ đồ đấu dây PLC cho mô hình 12

Hình 2 8: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4 12

Hình 2 9: Kích thước cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4 14

Hình 2 10: Cảm biến màu TCS3200 14

Hình 2 11: Cấu tạo của cảm biến màu 16

Hình 2 12: Hướng dẫn nối chân cảm biến màu TCS3200 với Arduino UNO R3 19

Hình 2 13: Mạch Arduino UNO R3 20

Hình 2 14: Arduino UNO R3 sơ đồ chân tín hiệu 22

Hình 2 15: Mạch Relay 4 kênh 5 VDC 24

Hình 2 16: Sơ đồ Module Relay 4 kênh 5 VDC 25

Hình 2 17: Van điện từ CKD 5/2 26

Hình 2 18: Băng tải 27

Hình 2 19: Mô tơ băng tải 29

Hình 2 20: Xilanh 2 Ty 30

Hình 2 21: Cấu tạo xilanh 31

Hình 2 22: Xilanh cấp phôi 32

Hình 2 23: Nút nhấn thường đóng và nút nhấn thường hở 33

Hình 2 24: Sản phẩm 3 màu được phân loại 34

Hình 2 25: Phần mềm GX Works2 37

Hình 2 26: Phần mềm Arduino 38

Hình 3 1: Thiết kế bố trí linh kiện 39

Hình 3 2: Thiết kế mặt bằng 39

Hình 3 3: Bản vẽ thiết kế băng tải 40

Hình 3 4: Vị trí lắp đặt bẳng tải 41

Hình 3 5: Thiết kế sản phẩm 42

Hình 3 6: Sản phẩm 3 màu được phân loại 42

Hình 3 7: Khay sản phẩm 43

Hình 3 8: Vị trí lắp đặt khay sản phẩm 43

Hình 3 9: Thiết kế giá đỡ cảm biến màu 44

Hình 3 10: Vị trí lắp đặt cảm biến màu 44

Hình 3 11: Thiết kế giá đỡ cảm biến hồng ngoại 45

Hình 3 12: Vị trí lắp đặt giá đỡ cảm biến hồng ngoại 45

Hình 3 13: Thiết kế sơ đồ nẹp điện 46

Hình 3 14: Lắp đặt mạch điện theo bản thiết kế 46

Hình 3 15: Sơ đồ động lực phần khí nén 47

Hình 4 1: Mô hình đã hoàn thiện 51

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1: Các tính năng của PLC FX1S 20MR 11

Bảng 2 2: Bảng giới thiệu các chân cảm biến 16

Bảng 2 3: Lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3 17

Bảng 2 4: Bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số 17

Bảng 2 5: Bảng các thiết bị dùng trong mô hình 35

Bảng 4 1: Bảng kết quả nhận biết màu 51

Bảng 4 2: Bảng kết quả phân loại sản phẩm 52

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ Đồ 3 1: Sơ đồ khối 48

Sơ Đồ 3 2: Lưu đồ giải thuật 50

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng khía cạnh, vào trong các khâu của quá trình sản xuất, được phổ biến trong các doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam cũng như các nước trên quốc tế Nhờ vậy có thể đóng góp vào sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật và công cuộc “Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước”

Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc, tính chất vật liệu, theo kích thước, …dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạt được những mục đích mà con người mong muốn

Những các ứng dụng sáng tạo và khoa học kỹ thuật thường chỉ áp dụng đuợc cho những nhà máy có mô hình sản xuất tiên tiến với qui mô kinh doanh lớn Tuy nhiên, tại những nhà máy, xí nghiệp nhỏ hay các hợp tác xã nông thôn ở địa phương vẫn còn sản xuất theo mô hình thủ công, chủ yếu dựa vào sức người lao động Do đó,

em quyết định nghiên cứu về mô hình sản phẩm nhằm đưa việc ứng dụng khoa học

kỹ thuật vào mô hình sản xuất thô sơ tại địa phương Mô hình em nghiên cứu về cách nhận dạng màu sản phẩm (phân loại sản phẩm theo màu sắc) Mô hình sản xuất sẽ góp phần làm tăng chất lượng sản phẩm và lợi nhuận kinh tế Bài báo cáo này trình bày cách thiết kế mạch gửi tín hiệu nhận dạng màu sản phẩm dùng hai loại cảm biến: cảm biến màu và cảm biến hồng ngoại Trong quá trình thiết kế không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn

1.1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản

lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu đó, em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC

Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định các màu sắc của sản phẩm Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có các màu khác nhau

Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:

Chuyển động của băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền bánh răng trụ

Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có các màu khác nhau

Chu trình làm việc máy: khi ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm được đưa vào băng chuyền Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được phân loại với các màu sắc khác nhau Các sản phẩm sau khi được phân loại sẽ được chuyển đến các khay đựng sản phẩm Chu trình cứ thế tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm

Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:

- Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn

- Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng

Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa

1.1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khác nhau Lập trình Arduino cho các cảm biến màu sắc và lập trình PLC để phân loại sản phẩm

Hệ thống được điều khiển bằng PLC để phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc khác nhau thông qua 2 nút nhấn

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa

Để thiết kế được chúng ta cần thiết kế cơ khí và điều khiển được động cơ và

hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình và điều khiển Ngoài ra còn có các vấn

đề khác như là: vật liệu mô hình, nguồn cung cấp, tính toán thông số chi tiết

1.1.3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN

- Ý nghĩa khoa học:

Hệ thống nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hoàn Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất

- Điện áp cung cấp

1.1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Đề tài “Thiết Kế Hệ Thống Băng Tải Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Sắc Dùng PLC” đã được nhiều sinh viên của các trường nghiên cứu và thực hiện Đồng

thời cũng đã có nhiều sinh viên thiết kế những mô hình đơn giản Mô hình này cũng

đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số nhà máy và là một sản phẩm cơ điện

tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, em đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau

Phương pháp thực nghiệm

Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo hoàn thiện Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa có trên thị trường Sau đó chế tạo thật mô hình

Cho chạy thử hết công suất, sau khi đã vận hành hết các chức năng cũng như công suất của hệ thống để rút ra giới hạn của hệ thống từ đó đưa ra phương án cải tiến hay thay thế từ đó đưa ra các đánh giá về hệ thống (công suất làm việc của hệ thống, vận tốc của băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn các chỉ số và điện năng, năng suất của

hệ thống )

1.1.6 NỘI DUNG ĐỒ ÁN

- Chương 1 của đồ án: Sẽ trình bày tổng quan Nói về tính cấp bách, cần thiết của hệ thống Nêu ra những mục tiêu và phạm vi của hệ thống, phương pháp nghiên cứu hệ thống

- Chương 2 của đồ án: Sẽ trình bày tổng quan về các hệ thống phân loại sản

phẩm hiện nay Trong đó trình bày về các hệ thống phân loại sản phẩm, cấu tạo, nguyên lí hoạt động và ứng dụng

- Chương 3 của đồ án: Sẽ là cấu tạo của mô hình, cơ sở lý thuyết và thông số kỹ

thuật của các thành phần thiết bị xây dựng nên mô hình, phần cứng, code, sơ đồ board mạch

- Chương 4 của đồ án: Sẽ là chương gồm thử nghiệm đánh giá, và đưa ra phân tích chính xác về thử nghiệm

- Chương 5 của đồ án: Sẽ nói lên giải pháp thích hợp để phân loại các sản phẩm

cho phù hợp, và giải pháp khắc phục lỗi đang gặp phải từ mô hình từ đó đưa ra kết luận và hướng nghiên cứu phát triển của đề tài để sau này đưa mô hình vào thực tế phục vụ cho cho cuộc sống

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

- Từ xa xưa con người chúng ta đã biết cách phân loại ra những mặt hàng sản

phẩm để phục vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho nhu cầu buôn bán trao đổi hàng hóa Nhưng những việc làm ấy vẫn còn thô sơ và mất nhiều thời gian, khi nền kinh tế hiện nay bắt đầu phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học và kỹ thuật thì con người đã biết cách áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máy móc dần được thay thế cho sức lao động của con người Chính vì thế mà các dây

chuyền phân loại sản phẩm được ra đời và phát triển mạnh mẽ

- Phân loại sản phẩm là một trong những hình thức đã và đang áp dụng nhiều

trong quy trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp khác nhau tại khắp các quốc gia trên thế giới Với mục tiêu nhằm nâng cao tính ổn định và chất lượng của công việc, vì vậy hệ thống phân loại sản phẩm ngày càng được tin dùng rất nhiều Tuy

nhiên, có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này rất cao, vì vậy hiện nay đa phần chỉ được áp dụng trong các hệ thống nhà máy có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp

đó PLC đưa ra tín hiệu về van tác động điều khiển xilanh đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt

1.2.2 Ứng dụng

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm có màu sắc như nhựa hay trong chế biến Nông sản (như cá loại trái cây, hạt điều, cà phê,…),Các cuộn giấy màu, bánh kẹo, nước ngọt… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động

Được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc trong thực tế để tăng khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm

Chương 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO

MÀU SẮC DÙNG PLC

2.1.1 Khối nguồn 24VDC

Hình 2 1: Nguồn tổ ong 24VDC

Nguồn tổ ong 24V (5A) luôn đạt được sự ổn định và an toàn tuyệt đối cho thiết

bị, khiến chúng ta thật sự dễ dàng trong việc bảo hành, sữa chữa thiết bị

Nguồn tổ ong 24V (5A) thiết kế chắc chắn với vỏ kim loại bền bỉ, linh kiện lắp ráp cẩn thận

- Hiệu quả cao, giá thành thấp, độ tin cậy cao

- Cung cấp dòng điện chuẩn thông số kỹ thuật

- An tàn, chống cháy nổ

Thông số kỹ thuật bộ nguồn tổ ong 24V 5A

- Điện áp đầu vào AC 110V / 220V

- Điện áp ra: 24 VDC

- Dòng ra: 0 – 5A

- Trọng lượng tịnh: 550g

- Kích thước: 200 * 100 * 45mm

- Chất liệu vỏ: Vỏ kim loại / vỏ nhôm

Ký hiệu kết nối nguồn

- L, N nguồn điện AC 110-120

- -V nguồn ra DC “-“

- +V công xuất đầu ra DC “+”

- ADJ điều chỉnh điện áp đầu ra

- Dùng để cấp nguồn: cấp nguồn cho đầu ra tiếp điểm đóng mở của relay 5VDC,

Van điện từ VKD 5/2, Động cơ băng tải

- PLC có tên đầy đủ là Programmable Logic Controller (là bộ điều khiển Logic

có thể lập trình) Nếu các bộ thiết bị điều khiển khác chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định thì bộ thiết bị PLC lại có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy ý do người sử dụng viết thông qua một số loại ngôn ngữ lập trình Chính vì lý do này mà PLC có khả năng thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển khi sử dụng thiết bị

- Được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968 Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC

là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển

Cấu trúc bên trong PLC

Một PLC có khối Module Input, khối CPU (Central Processing Unit) và khối Module Output Khối Module Input có chức năng thu nhận các dữ liệu digital, analog

và chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU Khối CPU quyết định và thực hiện chương trình điều khiển thông qua chương trình chứa trong bộ nhớ Khối Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU thành dữ liệu analog, digital thực hiện điều khiển các đối tượng

Hệ thống PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình

Hình 2 3: Cấu trúc bên trong PLC

Bộ xử lý PLC:

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

phục việc này thì một số loại plc có dùng thêm pin để tránh việc mất giá trị khi bị mất điện

Đối với loại plc có sử dụng pin cho bộ nhớ thì bạn nên lên kế hoạch định kỳ thay pin cho plc để tránh việc để hết pin có thể làm mất chương trình hoặc thông số của hệ thống Khi thay pin cho plc bạn chỉ cần tìm mua loại pin có thông số đúng dung lượng và điện áp là có thể thay thế được không bắt buộc phải cùng loại

• RAM: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên được sử dụng trong máy tính và hầu hết các

thiết bị điện tử tại sao nó lại gọi như vậy? Bởi vì nó không bắt buộc phải phân bổ một vị trí vật lý của bộ nhớ khi thực hiện một thao tác hoặc chuyển đổi dữ liệu giúp tăng tốc quá trình và tiết kiệm thời gian Nhưng trong trường hợp điện bị cắt, tất cả dữ liệu lưu trong RAM sẽ bị mất

• ROM: Bộ nhớ chỉ đọc, nó có bộ nhớ không bay hơi, nơi lưu trữ có thể đọc được

nhưng có thể sửa đổi

• EPROM: Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa nó giống như ROM nhưng dữ liệu được lưu

trữ có thể được chỉnh sửa, xóa và lưu trữ các thay đổi mới bằng cách phơi nó ra ánh sáng cực tím Nhưng cách tiếp xúc với tia cực tím là một cách khó khăn và phức tạp

• EEPROM: Điện xóa được Programmable Read-Only Memory Nó trông giống

như EPROM nhưng cách chỉnh sửa, xóa và lưu trữ các thay đổi mới cho dữ liệu được thực hiện bằng điện không phải bằng tia UV, nhưng số lần xóa và chỉnh sửa

nó bị giới hạn bởi một số lần nhất định

• Flash EPROM: nó trông giống như EEPROM nhưng nó có thể bị xóa hoặc chỉnh

sửa bởi thời gian không giới hạn của các con số

2.1.4 Nguyên lý hoạt động của PLC

- Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

- Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay

1 vòng quét (Scan Cycle)

- Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 1ms-100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết

bị ngoại vi

Hình 2 4: Nguyên lý hoạt động của PLC

Ưu điểm:

- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn

- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao

- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa

- Cấu trúc dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác

Nhược điểm:

- Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình

- Tuy nhiên hiện tại giá thành đã giảm đáng kể, quý khách hàng có thể tham khảo các dòng PLC Mitsubishi hoặc PLC Delta giá thành rất hấp dẫn, vui lòng liên hệ công ty để được báo giá và tư vấn nhiệt tình

- Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao

chân max 30Khz 2 phases

Hình 2 6: Cáp kết nối lập trình PLC

2.1.7 Sơ đồ đấu dây cho mô hình

Hình 2 7: Sơ đồ đấu dây PLC cho mô hình

2.1.8 Cảm biến vật cản Hồng ngoại E3F – DS30C4

Hình 2 8: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử đo và phát hiện bức

xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh Bức xạ hồng ngoại đã vô tình được phát hiện bởi một nhà thiên văn học tên là William Herchel vào năm 1800 Trong khi đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng (cách nhau bởi một lăng kính), ông nhận thấy rằng nhiệt độ vượt ra ngoài ánh sáng đỏ là cao nhất IR Sensor là vô hình đối với mắt người, vì bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến (mặc dù nó vẫn nằm trên cùng một phổ điện từ) Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ trên năm độ Kelvin ) đều phát ra bức xạ hồng ngoại

Có hai loại cảm biến hồng ngoại: chủ động và thụ động Cảm biến hồng ngoại hoạt động cả phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại chủ động

có hai phần: diode phát sáng (LED) và máy thu Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ khỏi vật thể và được người nhận phát hiện Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot)

• Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại:

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại cũng khá đơn giản Khi con vật hay con người đi ngang qua thiết bị, sẽ xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cảm biến thu vào và cho vào mạch xử lý để tạo tác dụng điều khiển hay báo động Thân nhiệt của mỗi người đều ở mức 370C, đó là nguồn nhiệt mà ai cũng có và nếu dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta sẽ có cảm biến phát hiện ra người Dựa vào nguyên lý đó mà các nhà khoa học đã có ý tưởng chế ra cảm biến hồng ngoại, có thể điều khiển theo nguồn thân nhiệt chuyển động hay còn gọi là cảm biến chuyển động

• Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại:

• Thông số cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4

- Kích thước đường kính ngoài: 18mm (mm)

- Phát hiện: Vật cản

- Khoảng cách phát hiện: 10 – 30cm có thể điều chỉnh

- Điện áp làm việc: DC 6 – 36VDC

- NPN

Kích thước

Hình 2 9: Kích thước cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4

Dùng để: Phát hiện vật cản chạy ngang qua

2.1.9 Cảm biến màu TCS3200

Hình 2 10: Cảm biến màu TCS3200

Cảm biến màu TCS3200D tích hợp 1 dãy bộ dò ánh sáng quang bên trong, với mỗi cảm biến ứng với các màu đỏ, xanh lá, xanh dương Các bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp cảm biến để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các màu sắc Bên trong cảm biến có bộ dao động tạo ra sóng vuông có tần số là tỷ lệ thuận với cường độ của màu sắc được lựa chọn

+ Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao

+ Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

+ Điện năng tiêu thụ thấp Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển

Chức năng chân:

+ S0, S1: Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra

+ S2, S3: Đầu vào chọn kiểu photodiode

+ OE: Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT

+ OUT: Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc

+ Linh kiện điện tử Module cảm biến màu TCS3200D với khả năng nhận biết 3 mầu

cơ bản RGB và 4 đèn LED trắng Các TCS3200D có thể phát hiện và đo lường gần như tất cả màu sắc có thể nhìn thấy Ứng dụng bao gồm kiểm tra đọc dải, phân loại theo màu sắc, cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn, và kết hợp màu sắc, đó chỉ là một vài ứng dụng TCS3200D có các bộ tách sóng quang, có 2 bộ lọc màu sắc

là bộ lọc màu đỏ, xanh dương, hoặc màu xanh lá, hoặc không có bộ lọc (rõ ràng) Các

bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu Bên trong là một bộ dao động tạo ra đầu ra sóng vuông có tần số là tỷ

lệ thuận với cường độ của màu sắc lựa chọn

Việc sử dụng các thiết bị cảm biến màu sắc nó đem lại lợi ích cho người sử dụng như tiết kiệm chi phí, bảo vệ được các thiết bị điện an toàn Ngoài ra với cảm biến màu sắc nó có thể giúp chúng ta phân biệc được màu sắc mà mắt thường khó có thể nhận biết được

+ Trong đề tài này em đã chọn sử dụng cảm biến màu TCS3200 Cảm biến TCS3200 này có 10 chân, các chân của mạch được tóm tắt theo bảng 2 2

Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi thành tần số nhất định Sau đó tần số này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số Tần số được tạo ra tương ứng với màu sắc của ánh sáng với một tần số nhất định Tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã được chuyển đổi thành một tần số Mỗi màu sắc có tần số riêng của Đây là cách cảm biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc Yếu tố quan trọng nhất là 2 chân là S2 và S3 Chính là những xác định màu sắc đã được cảm nhận Vì đây là 2 chân (S2 và S3) và có thể cao hoặc thấp, có tổng cộng 4 kết hợp có thể

Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắc khác nhau Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

Bảng 2 0.3: Lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3

Bảng 2 0.4: Bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số

Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ~500KHZ Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau và cường

Nguyên lý hoạt động của linh kiện điện tử TCS 3200D:

Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì Tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng

2.1.10 Giới thiệu mạch Arduino

Arduino chỉ là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện

tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được theo tên của một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm

2005 như là một công khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi,

là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nổi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ

để tham quan nơi đã sinh ra Arduino

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn

Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các

dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code

Sơ đồ đấu chân với Arduino

- Cảm biến TCS3200 dùng để cảm biến màu sắc

Hình 2 12: Hướng dẫn nối chân cảm biến màu TCS3200 với Arduino UNO R3

Hình 2 13: Mạch Arduino UNO R3

Arduino UNO R3 là kit Arduino UNO thế hệ thứ 3, với khả năng lập trình cho các ứng dụng điều khiển phúc tạp do được trang bị cấu hình mạch cho các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)

Đặc tính:

- Vi điều khiển: ATmega328P (8bits)

- Điện áp hoạt động: 5V

- Tần số hoạt động: 16MHz

- Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7VDC – 12VDC

- Điện áp vào giới hạn: 6 – 20VDC

- Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

- Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

- Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

- Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Ứng dụng Arduino trong đời sống

- Làm Robot Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động

cơ, nên nó thường được dùng để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot

- Game tương tác: Arduino có thể được sử dụng để tương tác với Joystick, màn hình, …khi chơi các game như Tetrix, phá gach, Mario…

- Máy bay không người lái

- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các biển quảng cáo…

- Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh

- Làm máy in 3D

- Làm đàn bằng ánh sáng

- Làm lò nướng bánh biết tweet để báo cho bạn khi bánh chín

- Arduino còn rất nhiều ứng dụng hữu ích khác tùy vào sự sáng tạo của người dùng

Khả năng kết nối

- Arduino có thể hoạt động độc lập

- Arduino có thể kết nối với một máy tính Máy tính của bạn được phép truy cập

dữ liệu cảm biến từ thế giới bên ngoài và cung cấp thông tin phản hồi

- Các Arduino có thể kết nối với nhau

- Arduino có thể kết nối với thiết bị điện tử khác

- Arduino có thể kết nối với các chip điều khiển

Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm

- Có thể sử dụng ngay Vì Arduino là một bộ hoàn chỉnh gồm bộ nguồn 5V

- Khả năng chuyển đổi đơn vị tự động

- Một ưu điểm lớn khác của Arduino là thư viện các mẫu có sẵn trong phần mềm Arduino

- Cộng đồng lớn, có rất nhiều diễn đàn trên internet nói về Arduino

• Nhược điểm

- Cấu trúc: Cấu trúc của Arduino cũng là nhược điểm của nó Trong khi xây dựng một dự án bạn phải làm cho kích thước của nó càng nhỏ càng tốt Nhưng với cấu trúc lớn của Arduino chúng ta phải gắn với PCB có kích thước lớn

- Chi phí: Yếu tố quan trọng nhất mà không thể phủ nhận là chi phí Đây là vấn đề mà mọi kỹ sư hoặc chuyên gia phải đối mặt Lúc này chúng ta phải xem chi phí cho Arduino có hiệu quả hay không

Hình 2 14: Arduino UNO R3 sơ đồ chân tín hiệu

❖ Arduino UNO R3:

❖ Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ

liệu (TX) TTL

❖ Ngắt ngoài: Chân 2 và chân 3

❖ PWM: 3,5,6,9 và 11 cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng

hàm analogWrite ()

❖ SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hỗ trợ giao tiếp

SPI bằng thư viện SPI

❖ LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13

Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW)

❖ TWI/I12C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị

khác

❖ Arduino UNO R3 có 6 chân Analog từ A0 đến A5, đầu vào cung cấp độ phân giải 10 bit

2.1.11 Module mạch relay 4 kênh

Mạch 4 Relay Opto cách ly 5/12VDC (có hai loại 5VDC và 12VDC) thích hợp với các ứng dụng đóng ngắt tải AC hoặc DC, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp opto và transistor cách ly, kích đóng bằng mức thấp (0VDC) phù hợp với mọi loại MCU và thiết kế có thể sử dụng nguồn ngoài giúp cho việc sử dụng trở nên thật linh động và

dễ dàng

Hình 2 15: Mạch Relay 4 kênh 5 VDC

Thông số kỹ thuật

- Điện áp sử dụng: Có hai loại 5VDC và 12VDC

- Tín hiệu kích: mức thấp Low (GND 0VDC) Relay đóng, mức cao High (VCC

5 hoặc 12VDC tùy loại) Relay ngắt

- Mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA

- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A (Để an toàn nên dùng cho tải có công suất <100W)

- Tích hợp Opto cách ly, Diod chống nhiễu và đèn báo tín hiệu kích

- Kích thước: 75 x 55 x 20mm

Hình 2 16: Sơ đồ Module Relay 4 kênh 5 VDC

Các chân Module Relay 4 kênh

DC (+): Kết nối cực dương của nguồn điện

DC (-): Kết nối cược âm của nguồn điện

IN1 - IN4: Theo cài đặt của người dùng nó có thể ở mức cao hoặc mức thấp

NO1 - NO4: Cổng thường mở

COM1 – COM4: Cổng chung rơle

NC1 – NC4: Cổng thường đóng

2.1.12 Van điện từ

Hình 2 17: Van điện từ CKD 5/2 Van khí nén 5/2

Van điện từ tên tiếng anh là solenoid valve đây là tên gọi chung của van, vì chiếc van hoạt động chủ yêu dựa vào cuộn hút điện từ (cuộn coil van điện từ) chúng kích hoạt

và điều khiển chiếc van hoạt động

Khi cuộn coil điện từ được cấp điện, từ trường được tạo ra và tác động trực tiếp lên piston của thân van làm cho piston di chuyển, tùy thuộc vào thiết kế của van thì piston