Thiết kế hệ thống băng chuyền đếm và đóng hộp sản phẩm

Mộttrong 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 đếm số lượng sản phẩm.. Một trong n

Đồ án vi xử lí trong điều khiển

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống “ Băng chuyền đếm và

đóng hộp sản phẩm”

Giáo viên hướng dẫn: Ths Lại Văn Song

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Mạnh Hùng 576113

Hà Văn Nam 576123

Nguyễn Danh Đạt 573103

Nguyễn Xuân Nguyên 576125

Mục lục

Mở đầu

1)Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

2.Mục tiêu của đề tài

3.Thời gian và địa điểm thực hiện

4.Ý nghĩa khoa học của đề tài

Chương 1: Tổng quan đề tài

1.1 Giới thiệu chung

1.2 Yêu cầu về hệ thống được thiết kế

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.4 Các loại bang tải thực tế

2.5 Các thiết bị sử dụng trong mô hình

MỞ ĐẦU

1)Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹthuật con người ngày càng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càngphát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình Tự động hoá ngàycàng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xãhội, nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp Bởi vậy, trình độ tựđộng hoá của một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốcgia đó Chính vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hoá là việc làmhết sức cần thiết Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá khôngnhững trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con ngườingày càng được phổ biến Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy có

tự động hoá trong đó Với đề tài “ Xây dựng mô hình băng chuyền đếm và đóng hộp sản phẩm” Như đã trình bày ởtrên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế sức lao động củacon người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết Do đó chúng

ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm gópphần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung

và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Mộttrong 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 đếm số lượng sản phẩm Tuy nhiên đối vớinhững doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toànchưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì màvẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năngsuất thấp chưa đạt hiệu quả Bởi vậy việc thiết kế và thi công một

mô hình sử dụng băng chuyền để đóng và đếm sản phẩm vì nó rấtgần gũi với thực tế, ngoài ra còn là một trong những mô hình học

2).Mục tiêu của đề tài

Trong nền sản xuất nói chung và ngành công nghiệp nói riêng

tự động hoá đóng vai trò rất quan trọng nhằm tăng độ chính xác,tăng năng xuất và tăng hiệu quả kinh tế quả kinh tế Trong đó sựcan thiệp của bàn tay con người trong quá trình sản xuất là rất

ít Và một dây chuyền sản xuất, quy trình sản xuất cuối cùng làđếm sản phẩm Quy trình này có thể thực hiện bằng bàn tay conngười, nhưng để thao tác với những sản phẩm có khối lượng lớnthì việc thay thế bằng máy móc thiết bị là điều tất yếu để tăngnăng suất, giảm bớt các công việc nặng nhọc cho con người.Mục đích của đề tài là “Xây dựng mô hình đếm sản phấm ”

Mô hình được sử dụng cho mục đích dạy học, học tập nghiêncứu trong phòng thí nghiệm đối với học sinh, sinh viên

3)Thời gian và địa điểm thực hiện:

Thời gian: trong khoảng 3 tháng

Địa điểm: tại nhà

4)Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Giúp sinh viên sử dụng vốn kiến thức của mình trong nghiên cứu các giải pháp tự động

hóa đóng góp vào sự phát triển chung của nước nhà

Chương 1 : Tổng quan về đề tài

1.1) Giới thiệu chung:

Ngày nay, các bộ điều khiển đang có ứng dụng rộng rãi trong cáclĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong tự động hoá và điều khiển Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hoá, tối ưu hoá về thời gian không gian giá thành, bảo mật, tính chủ động trong công việc, ngày càng đòi hỏi khắt khe Vì thế mà việc đưa tự động hóa vào sản xuất như diễn ra một điều tất yếu

Hệ thống tự động tự vận chuyển sản phẩm sẽ đáp ứng được 1 phần công đoạn tự động hóa qua đó giảm bớt sức lao động cho con người

Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy có tự động hoá trong

đó Như đã trình bày ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế sức lao động của con người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học

kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng 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 đếm số lượng sản phẩm

1.2 Yêu cầu thiết kế:

Lịch sử nhân loại đã chứng kiến những cuộc cách mạng

về khoa học kỹ thuật gần đây nhất là cuộc cách mạng về công

Đây là một đề tài có khối lượng công việc kết hợp bao gồm

cả cơ khí, điện và lập trình điều khiển, đòi hỏi sự chính xác cao

và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mang lại hiệu quả cao.Trong quá trình thực hiện đề tài đã thiết kế cần nghiên cứu tínhtoán sao cho quá trình làm việc của mô hình là tốt nhất, ổn địnhnhất, công năng nhiều nhất và cũng phải gần giống với mô hìnhthực tế nhất

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu :

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là “mô hình dây chuyền băng tải đếm và đóng hộp sản phấm” với kích thước thu nhỏ theo tỉ

lệ 1/20

2.2 Nội dung nghiên cứu:

Đồ án tập trung nghiên cứu về hệ thống băng chuyền đếm sảnphẩm hiển thị lên LCD , sử dụng dòng vi điều khiểnPIC16F877A ,nhằm giúp giảm sức lao động của con người , tăngnăng suất , cải thiện chất lượng sản phẩm

Phạm vi nghiên cứu:

Tìm hiều về các loại băng tải thường sử dụng trong thực tế

Tìm hiểu về những ứng dụng của PIC trong điều khiển

truyền động băng tải

Xây dựng mô hình đếm và đóng sản phẩm vào hộp

2.3 Phương pháp nghiên cứu:

Đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu kế thừa,dựa vào các môhình thiết kế thực tế đã được chế tạo hiên nay và nghiên cứu tàiliệu kết hợp với tìm kiếm thông tin Mạch là ứng dụng cơ bảncủa mudun cảm biến ánh sáng , kết hợp IC PIC16F877A

Đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng chức năng của vi điều khiểnnày trong tự động hóa các quá trình sản xuất , đề tài em lựa chọn

2.4 Các loại băng tải thực tế

a)Giới thiệu chung.

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơngiản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng.Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụngrộng 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 được dùng vận chuyểnnhiên liệu

Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưukiện, vật liệu hạt Trong một số các ngành công nghiệp nhẹ,công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển cácsản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các côngđoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sảnphẩm không dùng được

b)Ưu điểm của băng tải.

-Có cấu tạo đơn giản

-Có khả năng vận chuyển vật liệu theo phương nằm ngang hoặchơi nghiêng,

-Nghiêng với khoảng cách lớn

- Làm việc êm

- Năng suất cao

- Số lượng sản phẩm vận chuyển lớn

- Kết cấu đơn giản

- Sửa chữa thuận tiện

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hànhđơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao

và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác khônglớn lắm

- Hệ thống băng tải, băng chuyền có thể lắp đặt ở bất cứ nơinào, mọi địa hình, không những mang lại hiệu quả kinh tế caocong giảm thiển tai nạn trong lao động , đảm bảo tính an toànlao động cao

c) Cấu tạo băng tải

2

Hình 1.1: Cấu tạo chung băng tải

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

Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

hiện nay.

Hệ thống băng tải là thiết bị truyền tải có tính kinh tế caonhất trong ứng dụng vận chuyển hang hoá , nguyên vật liệu, tưliệu sản xuất… Mỗi loại băng tải sẽ được ứng dụng để làmviệc trong điều kiện môi trường khác nhau.:

Băng tải cao su: Thường được sử dụng để chuyển nguyên liệuthan, kẽm, quặng… Từ vùng khai thác ra vùng tập kết loại này

có thể lắp trên mọi địa hình và mọi khoảng cách

Hình ảnh 1.2: Băng tải cao su

Băng tải con lăn: Là hệ thống băng tải gồm những con lăn được

bố trí trên các giá dựng đứng thường dung trong côn

thực phẩm , dùng để vận chuyển các hộp sản phẩm, giá đỡ thùng hàng.

Băng tải xích: Sử dụng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt

là công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy thường sử dụng băng tải xích để truyền tải phụ tùng xe

Băng tải xoắn ốc dùng trong công nghiệp thực phẩm và nuớc giải khát, bao bì dược phẩm và bán lẻ … Băng tải vận chuyển

liên tục theo một dòng liên tục

Hình ảnh 1.5: Băng tải

xoắn ốcBăng tải rung: Thường sử dụng vận chuyển thực phẩm, phù hợp với môi trường khắc nhiệt

Hình ảnh 1.6: Băng tải

rungBăng tải linh hoạt thường sử dụng trong vận chuyển bao bì thựcphẩm , đóng gói công nghiệp dược phẩm

Hình ảnh 1.7: Băng tải

linh hoạt

Băng tải đứng: Thường vận chuyển hàng hoá giống như thang

Hình ảnh 1.8: Băng tải đứng

2.5 Các thiết bị sử dụng trong mô hình

1) ULN2803

Thông số kỹ thuật:

Điện áp ra max: 50V (Vce)

Điện áo vào max: 30V (Vin)

Dòng điện đầu ra liên tục: Ic = 500mA

Dòng điện đầu vào liên tục: IIN = 25mA

Công suất tiêu tán trên mỗi cặp darlington: 1W

Nhiệt độ làm việc: -55 ~ 150oC

Mạch đệm này dùng để cấp nguồn ngoài cho động cơ, tránh việc cấptrực tiếp dòng quá cao gây hỏng mạch

ULN 2803 là một vi mạch đệm, bản chất cấu tạo là các mảng darlington

chịu được dòng đện lớn và điện áp cao, trong đó có chứa 8 cặp transistor

NPN ghép darlington cực góp hở với cực phát chung Mỗi kênh của ULN 2803 có một diode chặn có thể sử dụng trong trường hợp tải có

tính cảm ứng, ví dụ như các relay

Cấu tạo của IC đệm dòng ULN2803

ULN 2803 có khả năng điều khiển 8 kênh riêng biệt, có thể nối trực tiếp với vi điều khiển 5V Bên cạnh đó, mỗi kênh của ULN 2803 có thể

chịu được dòng điện lớn trong một khoảng thời gian dài lên tới 500mAvới biên độ đỉnh lên tới 600mA

Ứng dụng của ULN 2803 được sử dụng trong các mạch đệm điều

khiển động cơ một chiều, động cơ bước, khối hiển thị ma trận led,

Sơ đồ mạch điện kết nối IC ULN2803

2) Vi điều khiển PIC16F877A

Lịch sử phát triển vi điều khiển PIC

- PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty

Microchip Technology Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển

bởi Microelectronics Division thuộc General Instrument

- PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent

Computer" (Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng

- CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập,

và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bây giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động)

- Năm 1985 General Intruments bán bộ phận sản xuất vi điện tử của họ

và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án liên quan (do các dự án lúc trước đó đã lỗi thời)

- Năm 1989 Microchip Technology tiếp tục phát triển PIC, bắt đầu bằng việc thêm bộ nhớ EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào/ra khả trình Tiếp đến là tích hợp khả năng ngắt, ADC (Analog Digital Convert) để tạo thành các bộ vi điều khiển (Micro Controller)

- Đến năm 1992 Microchip Technology đã cho ra đời 6 loại chíp với 3 dòng khác nhau

+ Dòng chíp có độ dài mã lệnh bằng 12 bít gồm 4 chíp PIC 15C5x Các chip này có từ 12 đến 28 chân vào/ra

+ Dòng chíp độ dài mã lệnh bằng 14 bit là PIC 16C71 Bộ vi điều khiển này đã tích hợp thêm hai tài nguyên là ngắt ADC

+ Dòng chíp độ dài mã lệnh bằng 16 bit là PIC 17C41, tuy nhiên dòng chíp này không được chú trọng phát triển vào thời điểm đó

- Cùng thời gian này hàng loạt các công cụ hỗ trợ cũng được các công

ty khác nhau cho ra đời Điển hình là PICMASTER emulator, PIC Pro IIprogrammer và cả trình dịch C (C Compiler) Các công cụ này cùng với việc thay bộ nhớ OTP(one – time programmable parts) bằng bộ nhớ EEP(Electically Erasable Parts) đã mang đến rất nhiều tiện lợi cho người lập trình, ví dụ như người lập trình có thể nạp chương trình mà không cần

gở chíp ra khỏi mạch PIC 16C84 là bộ vi điều khiển đầu tiên có bộ nhớ kiểu EEP

- Không lâu sau đó Microchip Technology tiếp tục đưa vào bộ vi điều khiển mã lệnh dài 14 bit PIC16f877 tính năng gỡ rối (Flash debugging) Tính năng này cho phép người lập trình có thể kiểm soát từng thanh ghi, từng câu lệnh trong chương trình Nhờ những cải tiến liên tiếp,

PIC16F87 trở thành bộ vi điều khiển bán chạy nhất vào thời điểm đó (Năm 1995 đến 1998)

- Đến năm 2000, Microchip Technology tái phát triển lại dòng chíp có

độ dài mã lệnh bằng 16 bit đã có trước đó 8 năm Đại diện cho dòng chíp này là PIC18F4520 với tốc độ mã lệnh bằng 16 bit đã có trước đó 8năm Đại diện cho dòng chíp này là PIC18F452 với tốc độ và dung

lượng bộ nhớ được cải thiện và khá nhiều tính năng được bổ xung như các bộ định thời (timer), truyền thông nối tiếp

- Trước nhu cầu về tốc độ xử lý cũng như các tính năng đặc biệt khác, Microchip Technology tiếp tục cho ra đời các dòng vi điều khiển tiên tiến hơn: PIC24, PIC33, dsPIC

Giới thiệu :

PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính

năng, 40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường) Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A như sau: như sau:

Hình ảnh thực tế của PIC 16F877A

Hình 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A.

RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7

VDD GND

VDD GND PIC16F877A

RD7/PSP7 RD6/PSP6 RD5/PSP5 RD4/PSP4 OSC1/CLKIN

OSC2/CLKOUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL

RC7/RX/DT RC6/TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RD3/PSP3 RD2/PSP2 RD0/PSP0

RD1/PSP1

1 2 3 4 5 6 7

40 39 38 37 36 35 34 33 8

9 10

32 31 30

27 13

14 15 16 17 18

26 25 24 23 22 21 19

20

Nguồn cung cấp sẽ là nguồn 5V, vấn đề ở đây là, vi điều khiển PIC16F877A có đến hai chân cấp nguồn VCC và hai chân GND,taphải cấp nguồn vào tất cả các chân nguồn trên, như vậy thì vi điềukhiển mới hoạt động được Và mạch nguyên lí sau khi cấp nguồnnhư sau

Hình 2.2 Vi điều khiển PIC16F877A sau khi cấp nguồn

Tiếp theo, ngoài nguồn cung cấp, ta cần phải cung cấp xung hoạt độngcho vi điều khiển PIC16F877A và các vi điều khiển nói chung chophép nhiều cách cung cấp xung hoạt động khác nhau Ở đây ta sẽ dùngthạch anh làm nguồn xung, và công việc của ta là gắn thạch anh vàohai chân 13 và 14 của vi điều khiển

Bây giờ là mạch reset cho vi điều khiển sử dụng chế độ reset từ chânMCLR của vi điều khiển (chân số 1) Ta đã biết vi điều khiển sẽ được

reset khi chân MCLR chuyển từ mức logic 1 xuống mức logic 0 Bình

thường công tắc hở, chân MCLR của vi điều khiển mang mức logic 1(vì được nối với nguồn qua điện trở hạn dòng R1) Điện trở R1 phải cógiá trị nhỏ hơn 40K để bảo đảm điện áp cung cấp cho vi điều khiển.Khi ấn công tắc, chân MCLR được nối với GND nên mang mức logic

0, khi đó vi điều khiển sẽ được reset

Đến đây xem như ta đã hoàn thành những thành phần cơ bản nhất chomột mạch dành cho vi điều khiển PIC16F877A

*các PORT của PIC16F877A

Module I/O của PIC16F887 có 35I/O trong đó có 1 input Tất cả các chân của PIC có khả năng cấp và rút dòng khoảng 25mA, đủ điều khiển

2 LED mắc song song Tuy nhiên, giới hạn của mỗi PORT (8 chân) chỉ

là 90mA mà thôi Do đó, khi thiết kế cần tính toán tránh quá tải cho từngchân (vượt quá 25mA) và tránh quá tải cho toàn PORT (90mA)

Các PORT của PIC16F887 lần lượt được đặt tên theo chữ cái là

PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE, tương ứng với mỗi chân I/O ngoài chứng năng Input và Output logic ra còn tích hợp thêm nhiều tính năng khác, như RX, TX cho module USART, SDO, SDI, SCK, SS cho module SPI …

Ngoài ra, những chân ANx là những chân có tính năng Analog, nghĩa là ngõ và của module ADC

3 Text LCD.

Text LCD là các loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thịmột ký tự ASCII Cũng vì lý do chỉ hiện thị được ký tự ASCII nên loại LCD này được gọi là Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD có thể hiển thị hình ảnh) Mỗi ô của Text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn” và “hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký

tự cần hiển thị Trong các Text LCD, các mẫu ký tự đượcđịnh nghĩa sẵn Kích thước của Text LCD được định nghĩa bằng số ký tự có thể hiển thị trên 1 dòng và tổng sốdòng mà LCD có Ví dụ LCD 16x2 là loại có 2 dòng và mỗi dòng có thể hiển thị tối đa 16 ký tự Một số kích thước Text LCD thông thường gồm 16x1, 16x2, 16x4, 20x2, 20x4…Hình 1 là một ví dụ Text LCD 16x2

điều khiển bởi chip HD44780U của hãng Hitachi Đối với các LCD khác bạn cần tham khảo datasheet riêng củatừng loại Tuy nhiên, HD44780U cũng được coi là chuẩnchung cho các loại Text LCD, vì thế bạn có thể dùng chương trình ví dụ trong bài này để test trên các LCD khác với rất ít hoặc không cần chỉnh sửa.

HD44780U là bộ điều khiển cho các Text LCD dạng

ma trận điểm (dot-matrix), chip này có thể được dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng hiển thị HD44780U có 2 mode giao tiếp là 4 bit và 8 bit Nó chứa sẵn 208 ký tự mẫu kích thước font 5x8 và 32 ký tự mẫu font 5x10 (tổngcộng là 240 ký tự mẫu khác nhau)

* Sơ đồ chân

Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết nối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền” Thứ tự các chân thườngđược sắp xếp như sau:

Bảng 1 Sơ đồ chân