- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ công tác đào tạo tại Tr−ờng Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ NGÀNH: điều khiển và tự động hoá MÃ SỐ: Trần Duy Khánh Ng−ời h−ớng dẫn khoa học: TS. - 8 Ch−ơng 1: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm trong đào tạo tại tr−ờng CĐCN Sao đỏ Error! Bookmark not defined. - Hệ thống điều khiển tự động Error! Bookmark not defined. - Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm tại tr−ờng CĐCN Sao đỏ Error! Bookmark not defined. - Sơ đồ tổng quan mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm.. - Phân loại sản phẩm Error! Bookmark not defined. - Đóng gói sản phẩm Error! Bookmark not defined. - Tổng quát về vi điều khiển Error! Bookmark not defined. - Vai trò của vi điều khiển trong quá trình tự động hóa. - Ưu và nh−ợc điểm của bộ vi điều khiển ....Error! Bookmark not defined. - Vi điều khiển MCS Error! Bookmark not defined. - Ch−ơng 3: thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng vi điều khiển......Error! Bookmark not defined. - Ch−ơng trình điều khiển Error! Bookmark not defined. - Một trong những biện pháp để nâng cao chất l−ợng đào tạo để ‘‘Đào tạo những gì xã hội cần” đó là tăng c−ờng cơ sở vật chất theo h−ớng sát với thực tế sản xuất: Các mô hình, các thiết bị thí nghiệm, thực hành đ−ợc đầu t− mua sắm, sản xuất mô phỏng các dây chuyền sản xuất tự động trong thực tế, các thiết bị, mô hình này mô phỏng các dây chuyền sản xuất tự động điều khiển bằng PLC. - Là một giáo viên của Tr−ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ sau 2 năm tham gia nghiên cứu học tập cao học chuyên ngành Đo l−ờng và tin học công nghiệp – Tr−ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nhận thấy những mặt mạnh, tính linh hoạt của vi điều khiển ứng dụng trong tự động hoá, nhất là ở những phạm vi ứng dụng nhỏ và vừa nên tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ công -2- tác đào tạo tại Tr−ờng Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ” để làm luận văn tốt nghiệp cao học của mình. - Đề tài sẽ giúp cho việc xây dựng các bộ điều khiển bằng vi điều khiển để linh hoạt thay thế các bộ PLC điều khiển các mô hình, thiết bị mô phỏng các dây chuyền sản xuất trong thực tế phục vụ công tác giảng dạy. - Nghiên cứu xây dựng mạch điện điều khiển mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại tr−ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ. - Nghiên cứu xây dựng phần mềm điều khiển mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại tr−ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ. - Thực nghiệm và hoàn thiện bộ điều khiển mô hình hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm bằng vi điều khiển. - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của mô hình phân loại sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại tr−ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ. - Thiết kế mạch điện phần cứng, xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại tr−ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ. - Nghiên cứu mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động tại khoa ĐT-TH tr−ờng CĐ CN Sao Đỏ. - Thiết kế, hoàn thiện bộ điều khiển mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động phục vụ đào tạo tại tr−ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Sao Đỏ. - Lý thuyết về vi điều khiển. - Nghiên cứu tài liệu viết về quá trình tự động hóa và điều khiển bằng vi điều khiển để đ−a ra cơ sở lý thuyết về bộ điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm tự động. - Nghiên cứu các đề tài, các công trình khoa học về bộ điều khiển bằng vi điều khiển để rút kinh nghiệm và làm cơ sở phát triển đề tài. - Nghiên cứu lý thuyết về cách thiết kế, lập trình, lắp đặt bộ điều khiển bằng vi điều khiển. - Lắp đặt thực nghiệm hoàn chỉnh bộ điều khiển mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động. - Thực nghiệm kết nối, vận hành hệ thống, theo dõi và ghi lại thông tin, số liệu khi quan sát hệ thống điều khiển phân loại, đếm sản phẩm tự động, khi thay đổi các thông số kỹ thuật. - Kiểm tra, điều chỉnh các cơ sở dữ liệu lý thuyết rút ra các kết luận về thông số kỹ thuật điều khiển hệ thống, đảm bảo nguyên tắc mang tính phổ biến để cho kết quả thực nghiệm đ−ợc khách quan. - Mở đầu Ch−ơng 1: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm trong đào tạo tại tr−ờng CĐCN Sao đỏ Ch−ơng 2: Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong đề tài Ch−ơng 3: Thiết kế bộ điều khiển cho mô hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động sử dụng vi điều khiển Kết luận và khuyến nghị. - -5- Ch−ơng 1: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm trong đào tạo tại tr−ờng CĐCN Sao đỏ 1.1. - Các dây chuyền đóng gói và phân loại sản phẩm. - Điều khiển robot tự động để thay thế con ng−ời làm những công việc nặng nhọc, nguy hiểm. - Do nhu cầu tự động hóa trong công nghiệp ngày càng tăng cho nên các tr−ờng đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp, trung cấp nghề và cao đẳng nghề đều có ngành học về điều khiển tự động và tự động hóa nhằm cung cấp cho xã hội đội ngũ kỹ s−, cử nhân và công nhân kỹ thuật có chuyên ngành về điều khiển tự động. - Đặc biệt ở một số khoa có nhu cầu cao về các thiết bị, mô hình điều khiển tự động nh− khoa Điện, Điện tử-Tin học, Cơ khí, Động lực. - Hệ thống điều khiển tự động. - Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển tự động đ−ợc mô tả hình 1.1. - Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển tự động - Thông số môi tr−ờng: Bao gồm thông số điện và thông số phi điện. - Là các thông tin từ các tác động điều khiển gửi tới trung tâm điều khiển. - Hệ thống điều khiển -8. - Hệ thống điều khiển: Trung tâm điều khiển các thiết bị điều khiển có thể là mạch điều khiển Rơle, hệ vi điều khiển, hệ vi xử lý hoặc PLC. - Chúng có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ các thiết bị vào, thực hiện các logic điều khiển và cấp tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành. - Thực hiện các thuật toán logic hay bộ điều khiển: Thực hiện quá trình thu thập và xử lý tín hiệu, điều chỉnh tham số và công nghệ đa tín hiệu điều khiển khối công suất. - Khối công suất: Để điều khiển cơ cấu chấp hành, đáp ứng đ−ợc yêu cầu đã đề ra. - Hiện nay các hệ thống giao tiếp với cơ cấu chấp hành th−ờng sử dụng rơle, transistor công suất, IC công suất chuyên dụng trong giới hạn của đề tài đã sử dụng Transistor công suất kết hợp với rơle vừ có tính chất cách ly về điện và cung cấp đủ công suất cho cơ cấu chấp hành - Cơ cấu chấp hành: Là các hệ thống truyền động, biến đổi tín hiệu điều khiển thành tác động điều khiển. - Tác nhân điều khiển: Là những yếu tố tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến các thông số môi tr−ờng. - Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm tại tr−ờng CĐCN Sao đỏ 1.4.1. - Hệ thống cấp phôi: Mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm theo mầu sắc sử dụng ph−ơng pháp cấp phôi kiểu ống dẫn. - Hệ thống điều khiển: Có rất nhiều ph−ơng pháp để thực hiện điều khiển cho dây chuyền phân loại, đóng gói sản phẩm nh−: Sử dụng vi xử lý, vi điều khiển, điều khiển thông qua ghép nối máy tính và điều khiển bằng PLC. - Trong đề tài này lựa chọn điều khiển bằng vi điều khiển. - Phân loại sản phẩm. - Phân loại sản phẩm theo chiều cao. - Nguyên lý làm việc: Khi có sản phẩm nằm trong ống cấp phôi, cảm biến SS1 phát hiện và chuyển tín hiệu điều khiển về hệ thống điều khiển. - Hệ thống điều khiển cấp tín hiệu điều khiển mở van khí V1 điều khiển Xilanh X1. - Sau khi sản phẩm vào vị trí khay chứa, hệ thống điều khiển cấp tín hiệu mở van V2 điều khiển xilanh X2 để hạ đầu Hình 1.4. - Cảm biến kích th−ớc sẽ kiểm tra kích th−ớc và gửi thông tin về hệ thống điều khiển để xác nhận kích th−ớc của sản phẩm. - Sau khi thông tin về kích th−ớc đã đ−ợc xác nhận, hệ thống điều khiển cấp lệnh khởi động động cơ băng tải dịch chuyển sản phẩm qua hệ thống kiểm tra kích th−ớc. - Phân loại sản phẩm theo mầu sắc. - Trạng thái của các cảm biến màu Cảm biếnMàu SS3 SS4 Màu trắng On On Màu đỏ on Off Màu đen Off Off Căn cứ theo bảng trạng thái của cảm biến mà hệ thống điều khiển sẽ xác nhận đ−ợc trạng thái màu sắc của sản phẩm đề từ đó cấp tín hiệu điều khiển cơ cấu đóng gói sản phẩm. - Phân loại sản phẩm theo màu sắc -15- 1.4.3. - 4- Khay chứa sản phẩm. - 5- Cần gạt sản phẩm. - 8- Cảm biến đếm sản phẩm SS6. - Khi băng tải vận chyển sản phẩm đi qua hệ thống cảm biến phân biệt màu sắc, thông tin về màu sắc của sản phẩm sẽ đ−ợc hệ thống điều khiển l−u trữ vào bộ nhớ. - Sau khi sản phẩm di chuyển đến vị trí các hộp chứa, hệ thống điều khiển sẽ nhận biết đ−ợc vị trí các hộp dành cho các sản phẩm có màu sắc cụ thể thông qua cảm biến SS5. - Khi băng tải di chuyển đến vị trí đóng gói, hệ thống điều khiển cấp lệnh dừng băng tải đồng thời cấp lệnh mở van V4 điều khiển Xilanh X3 đẩy sản phẩm từ khay chứa vào rãnh tr−ợt tới hộp chứa sản phẩm (hình1.14b). - Cơ cấu đếm và đóng gói sản phẩm -17- Khi có sản phẩm đi qua rãnh tr−ợt, cặp cảm biến thu phát SS6 nhận đ−ợc tín hiệu và gửi tín hiệu về hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển sẽ thực hiện lệnh đếm số sản phẩm cho mỗi gói. - Khi số l−ợng sản phẩm của một hộp chứa lớn hơn hoặc bằng số sản phẩm quy định, hệ thống điều khiển sẽ cấp tín hiệu cảnh báo thùng chứa đã đầy sản phẩm cần thay đổi hộp chứa khác Với cấu tạo phần cứng của mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm nh− vậy, ban đầu hệ thống đ−ợc nhập về sử dụng phầm mềm điều khiển là các ch−ơng trình viết cho PLC. - Sử dụng các bộ PLC để điều khiển toàn bộ hệ thống. - Trong nội dung của đề tài, tác giả nghiên cứu cấu trúc phần cứng, từ đó nghiên cứu cấu tạo, đặc tính của các linh kiện, lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch in cho mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển MCS51, thiết kế mạch lực, viết phần mềm cho vi điều khiển MCS51. - Sau khi đã thiết kế xong hệ thống sẽ thi công lắp đặt để điều khiển mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm. - Tổng quát về vi điều khiển. - Vi điều khiển là một chíp có khả năng hoạt động theo ch−ơng trình. - Ch−ơng trình do con ng−ời lập ra và có khả năng nạp vào bộ nhớ của vi điều khiển, sau đó vi điều khiển thực hiện vai trò điều khiển theo logic và xử lý số liệu theo hai h−ớng cơ bản là xử lý số thực và xử lý số nguyên. - Vi điều khiển là sự tích hợp của nhiều thành phần, mỗi thành phần có chức năng riêng và cùng đ−ợc tích hợp trong một chíp. - Về mặt cấu trúc của vi điều khiển đ−ợc thiết kế dựa trên những nguyên tắc cấu trúc máy tính. - Vi điều khiển chính là một máy tính nhỏ để thực hiện một dãy các số liệu, dữ kiện của quá trình sản xuất và th−ờng đ−ợc thiết kế cùng với một số loại IC chuyên dụng để tạo ra các ứng dụng có tính chuyên dụng cao và th−ờng đ−ợc gắn ngay tại nơi sản xuất để thuận tiện cho vận hành và theo dõi. - Trên thế giới vi điều khiển đ−ợc sản xuất đa dạng về chủng loại do các hãng sản xuất nh−: Intel, Philips. - Để vi xử lý hoạt động cần có ch−ơng trình kèm theo, các ch−ơng trình này điều khiển các mạch logic và từ đó vi xử lý xử lý các dữ liệu cần thiết theo các yêu cầu. - Để thực hiện các công việc với các thiết bi cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị ký tự lên màn hình. - Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và ch−ơng trình thực hiện, các mạch giao tiếp ngoại vi để nhập xuất và điều khiển. - Để thiết kế và điều khiển các khối này đòi hỏi ng−ời thiết kế phải biết tinh t−ờng về các thành phần của bộ vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bi ngoại vi. - Vì một số nh−ợc điểm trên nên các nhà chế tạo đã tích hợp một ít bộ nhớ và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất đ−ợc gọi là Microcontroller – Vi điều khiển. - Đến năm 1980 hãng Intel cho ra đời họ MCS51 là chuẩn công nghệ cho nhiều họ vi điều khiển phát triển sau này với bộ nhớ 4KB ROM, 128 byte RAM, 32 đ−ờng nhập xuất, một cổng nối tiếp và hai bộ định thời 16 bits. - -21- Hiện nay Intel không còn cung cấp các loại vi điều khiển họ MCS51 nữa và thay vào đó là các hãng sản xuất nh−: ATMEL, Philips, AMD, Siemens, Matra&Dllas, Semiconductors đ−ợc cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chíp MCS51 và đ−ợc đổi tên chíp theo các hãng sản xuất nh. - Thông số cơ bản của chíp P89V51Rxx Tên chíp Dung l−ợng RAM Dung l−ợng FLASH ROM Kênh PCA Chế độ nạp P89V51RBx 1Kbytes 16KBytes 05 Nối tiếp P89V51RCx 1Kbytes 32KBytes 05 Nối tiếp P89V51RDx 1Kbytes 72KBytes 05 Nối tiếp Vi điều khiển đ−ợc ứng dụng trong các dây truyền tự động vừa và nhỏ, các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ô tô, quảng cáo v.v… Hiện nay có rất nhiều họ vi điều khiển trên thị tr−ờng với nhiều ứng dụng khác nhau trong đó họ MCS51 đ−ợc sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới và ở Việt Nam. - Trong các loại hình điều khiển tự động thì vi điều khiển đóng vai trò chủ đạo, đ−ợc sử dụng rộng rãi và chiếm vị trí quan trọng nhất trong các thiết bị điều khiển trong công nghiệp. - Vai trò chính của vi điều khiển trong quá trình tự động hóa là: -23. - Trong quá trình hoạt động thì vi điều khiển giám sát, điều khiển trạng thái hoạt động của hệ thống qua các tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nạp vào, sau đó sẽ dựa trên ch−ơng trình xử lý logic và toán học để xác định các công việc cần thiết và đ−a đến các thiết bị đầu ra. - Vi điều khiển có thể sử dụng để điều chỉnh các quá trình đơn giản và lặp lại hoặc một vài trong số chúng có thể liên kết với các thiết bị điều khiển chủ hoặc máy chủ khác thông qua một mạng ngắn để dễ điều khiển thống nhất các quá trình phức tạp nh−: Chuẩn CAN, I2C, RS232, RS485. - Điều khiển bằng vi điều khiển giải quyết một số vấn đề. - Các doanh nghiệp hầu hết đều nhận thức đ−ợc tầm quan trọng và vai trò tất yếu của quá trình tự động hóa dây chuyền sản xuất, từ đó có xu h−ớng trang bị cho mình những dây chuyền tự động phù hợp với chức năng sản xuất mà phổ biến nhất là vi điều khiển của hãng Phillips . - Ưu và nh−ợc điểm của bộ vi điều khiển. - Ưu điểm của bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển - Vi điều khiển có khả năng t−ơng tự nh− khả năng của vi xử lý, nh−ng cấu trúc phần cứng dành cho ng−ời dùng đơn giản hơn. - Nhờ khả năng điều khiển theo ch−ơng trình và khả năng bổ xung các linh kiện để cấu thành một hệ thống xử lý, điều khiển mạnh và mềm dẻo. - Thiết kế đ−ợc các sản phẩm có tính chuyên dụng trong đo l−ờng và điều khiển nh−: Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, thiết bị thăm dò dầu khí và định vị,… ngoài ra còn ghép nối đ−ợc với các thiết bị, hỗ trợ thiết bị và điều khiển thiết bị điện tử công nghiệp cũng nh− trong dân dụng. - Kết nối các vi điều khiển với nhau trong hệ thống điều khiển tự động lớn. - Nh−ợc điểm của bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển - Thiết kế mạch điều khiển và xử lý đòi hỏi kỹ thuật viên có trình độ hiểu biết về cấu tạo linh kiện điện tử, kỹ thuật mạch điện tử, kỹ thuật xung, kỹ thuật số và kỹ năng thiết kế mạch điện tử. - Bộ vi điều khiển có tốc độ xử lý giới hạn (f
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt