MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG 3 1.1.YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG: 3 1.2.PHÂN LOẠI MÁY DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG 4 1.2.1. Máy dán nhãn dùng con lăn di động: 4 1.2.2. Dùng cơ cấu kẹp thủy lực: 5 1.2.3. Dùng cơ cấu ma sát 6 1.2.3.1. Loại 1: 6 1.2.3.2. Loại 2: 7 1.3KẾT LUẬN: 7 CHƯƠNG 2:XÁC ĐỊNH NGUYÊN LÍ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8 2.1.SƠ ĐỒ CHUNG VÀ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG: 8 2.1.2 Sơ đồ chung: 8 2.2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG: 9 2.2.1. Băng tải 9 2.2.1.2.Khái niệm 9 2.2.1.2. Cấu tạo: 9 2.2.1.3.Nguyên lí hoạt động của băng tải: 10 2.2.2. Cơ cấu cấp nhãn 10 2.2.3 Cảm biến quang 11 2.2.2.1. Các chế độ hoạt động cơ bản của cám biến quang: 12 2.2.2.Cần gạt 14 2.2.4.Động cơ 15 2.2.5 Xy lanh khí nén 15 2.2.6. Hình dạng chai: 16 CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG 18 3.1.CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG HỆ THỐNG: 18 3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG HỆ THỐNG 18 3.2.1:Băng tải 18 3.2.2:Phân loại lựa chọn băng tải 18 3.3. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG TẢI 19 3.3.1. Băng tải 19 3.3.2.Băng ma sát: 20 3.3.3 TÍNH TOÁN ĐỘNG CHO BĂNG TẢI 20 3.3.4. Tính toán động lực học cho băng tải: 21 3.2.1..5.Tính toán công suất và chọn động cơ cho băng tải: 23 CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 26 4.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN 26 4.1.1.Điều khiển bằng PLC 26 4.1.2.Cấu trúc của PLC 26 4.1.3 Ưu nhược điểm PLC 27 4.2.VI ĐIỀU KHIỂN 28 4.2.1Cấu trúc vi điều khiển(8051) 28 4.2.2Ưu nhược điểm vi điều khiển 29 4.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 29 4.2.1 Hoạt động của hệ thống 29 4.2.2.Arduino uno r3 30 4.2.3. Sơ đồ các linh kiện của arduino 31 4.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 32 4.3.1 Sơ đồ khối 33 4.3.2 Code chương trình của hệ thống: 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36  LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày cần phát triển giúp tiện ích trong sinh hoạt, linh hoạt trong sản xuất.Do đó, hầu hết các nhà máy công nghiệp đều ứng dụng khoa học nhằm tăng năng xuất,chất lượng sản phẩm đảm bảo.Muốn làm điều đó không thể thực hiện tự động hóa , vì tự động hóa là phương án duy nhất nâng cao năng xuất ,chất lượng sản phẩm. Từ thật tế đó, bộ môn tự động hóa ra đời cùng môn đồ án hệ thống cơ điện tử nhằm nâng cao nhận thức và kiến thức sinh viên tạo những hành trang vững chắc để bước vào đời. Từ yêu cầu thực tế về việc đóng chai ,đóng gói đề tài ‘dán nhãn chai tự động’ ra đời ,đưa sinh viên tới gần hơn sản xuất thực tế. Đồ án hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy cô bộ môn nói chung, cùng sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Thế Tranh nói riêng. Em xin chân thành cảm ơn những tình cảm , những kiến thức quý báo thầy cô dành cho em trong suốt quá trình làm đồ án. Em xin chân thành cám ơn Sinh viên thực hiện Trần Thiện – Lê Trọng Anh Tích  CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG 1.1.YÊU CẦU VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG: Với sự phát triển của công nghiệp sản xuất hàng hóa hiện nay, rất nhiều sản phẩm dạng chai tròn ra đời với các chức năng, cách sử dụng giống nhau thì việc làm sao để cho sản phẩm của mình ấn tượng, khác biệt hơn so với các dòng cùng loại cũng là bài toán khó cho các đơn vị nhằm ghi dấu ấn vào tâm trí khách hàng. Dán nhãn chai tròn tự động có tầm quan trọng trong việc quyết định tính thẩm mỹ, thông qua đó nói lên chất lượng sản phẩm . Dán nhãn chai tự động được sử dung phổ biến trong các ngành sản xuất thực phẩm (chai bia, chai rượu, chai sirô, chai nước chấm ...) và y tế ( chai, lọ chứa thuốc...) . Do đặt thù của nghành phục vụ mà yêu cầu nêu ra đối với máy dán nhãn tự động chủ yếu là đảm bảo được vị trí nhãn dán trên chai là đều, đẹp, không bị lệch, nhãn không bị tróc, tự động loại bỏ những sản phẩm không đạt yêu cầu. Máy được sản xuất trên dây chuyền hiện đại tạo hiệu suất cũng như chất lượng sản phẩm tốt nhất. Những vỏ bao bì được dán nhãn không bị nếp gấp, nhăn nhúm hay bong bóng tạo được thẩm mỹ cao cho vỏ chai,vỏ hộp, lọ. Các loại máy móc được ứng dụng đã giúp cho doanh nghiệp giảm thiểu các chi phí như nhân công, thời gian và tăng hiệu suất lên đáng kể. Nhãn được dán ở đây là loại băng một mặt, được cung cấp sẵn ở dạng cuộn . Ngoài ra máy dán nhãn có sử dụng màn hình điều khiển LCD làm cho công việc được thuận lợi và dễ dàng hơn. - Thích hợp cho ngành dược phẩm, thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm, thuốc trừ sâu, nông hóa chất... - Máy dán nhãn sử dụng cho cả chai có khía, rãnh và chai có cổ. - Bảng điều khiển của máy dán nhãn nhỏ gọn tiện lợi khi thao tác. - Tiết kiệm lượng keo tiêu thụ nhờ sử dụng hệ thống dán theo dải. - Sử dụng Thép không gỉ 304. - Tiết kiệm chi phí nhân công - Dán chính xác, dễ vận hành - Máy nhỏ gọn, di chuyển dễ dàng Một sản phẩm đã có trên thị trường: Hình 1.1 Đặc tính: Máy dán nhãn chai tròn thích hợp dùng để dán nhãn chai tròn, các vật trụ tròn. Đầu dán nhãn sử dụng motor servo tinh độ cao để điều khiển xuất nhãn. Sử dụng lập trình điều khiển PLC, màn hình cảm ứng, giao diện thao tác Trung-Anh Kết cấu máy đơn giản, chặt chẽ, bảo hành bảo trì tiện lợi. Thiết bị phân chai thông dụng, khi thay đổi qui cách chai không cần thanh linh kiện, chỉ cần điều chỉnh. Nguyên lý hoạt động : Chai được cấp tới băng tải sẽ đi qua khe hở của con lăn di động và con lăn cố định. Khi phát hiện chai bởi cảm biến thì động cơ bước quay cấp nhãn khi 1 nữa dẫn động bằng cặp ma sát . Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột , chai từ băng tải tới nhãn dán dính vào chai sau đó được dán chặt ma băng ma sát nếu có 1 chai do dán nhãn không chính xác sẽ được nhận biết do cảm biến quang , chai được đưa ra ngoài do cơ cấu gạt trong đó chai và nhãn dán được nhận biết nhờ các bộ phận cám biến quang và cảm biến màu. Dưới tác dụng kéo của băng tải, lực ép của lò xo ,các con lăn di động thì nhãn sẽ được dán lên chai. 1.2.PHÂN LOẠI MÁY DÁN NHÃN CHAI TỰ ĐỘNG Trên thực tế hiện nay có nhiều loại dán nhãn sau:dùng băng ma sát (nhiều loại), dùng con lăn di động, dùng cơ cấu kẹp thủy lực ..... 1.2.1. Máy dán nhãn dùng con lăn di động: Hình 1.2 Cơ cấu này gồm : Mâm cặp cấp chai 1 Băng tải 2 Con lăn cố định 3 Cuộn nhãn ra 6 Lò xo7 Con lăn di động 4 Con lăn dẫn hướng 5 Cuộn nhãn vào 8 Đôi bánh ma sát 9 Nguyên lý hoạt động: Chai được cấp vào thông qua mâm cấp chai 1 , qua băng tải 2 sẽ đi qua khe hở giữa con lăn di động và con lăn cố định. Nhãn được cấp liên tục , dẫn động bằng cặp ma sát 9 . Dưới tác động của băng tải , lực kéo của lò xo 7, các con lăn di động thì nhãn được dán lên chai. Ưu điểm. Cơ cấu đơn giản , năng suất cao. Nhược điểm: Khả năng dán chính xác thấp , dễ bung ra sau khi dán , yêu cầu nhãn dán phải có keo 2 mặt điều này dẫn đến giá thành tăng , gây rất nhiều khó khăn cho việc giữ vệ sinh sau khi dán , nhìn chung phương án này không khả thi. 1.2.2. Dùng cơ cấu kẹp thủy lực: Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động: Nhờ cơ cấu kẹp bằng thủy lực được dẫn hướng bằng hai rảnh, hai xylanh thủy lực được điều khiển do tín hiệu phát ra từ cảm biến màu , khi chai cách nhãn 1 khoảng cách cố định , cảm biến màu nhận ra chai sẽ điều khiển 2 thanh kẹp kẹp chai lại đồng thời dán nhãn lên chai. Ưu điểm: Độ chính xác cao , năng suất lớn. Nhược điểm :Máy móc phức tạp , khó chế tạo, yêu cầu băng keo 2 mặt nên giá thành cao, gây rất nhiều khó khăn cho việc giữ vệ sinh sau khi dán hoặc cộng thêm công đoạn dán lớp nilong vào mặt ngoài làm cho giá thành cao. 1.2.3. Dùng cơ cấu ma sát 1.2.3.1. Loại 1: Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động Chai di chuyển trên băng tải đồng thời được quay tròn nhờ cơ cấu ma sát , trên băng ma sát được căng cuộn băng keo 2 mặt , khi chai lăn không trượt sẽ cuốn theo nhãn chai , nhãn chai sẽ được dán cứng nhờ được lăn ép trên băng ma sát . Ưu điểm : độ chính sát cao, ít phế phẩm. Nhược điểm : cũng như nhưng cái ở trên cũng phải nhãn dán có băng keo 2 mặt nên giá thành cao và vấn đề vệ sinh sau khi dán nhãn. 1.2.3.2. Loại 2: Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động: Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột , chai từ băng tải tới nhãn dán dính vào chai sau đó được dán chặt ma băng ma sát nếu có 1 chai do dán nhãn không chính xác sẽ được nhận biết do cảm biến quang , chai được đưa ra ngoài do cơ cấu gạt trong đó chai và nhãn dán được nhận biết nhờ các bộ phận cám biến quang và cảm biến màu. Ưu điểm: Năng xuất cao, độ chính xác lớn, cơ cấu đơn giản. Nhược điểm : Chi phí ban đầu cao do yêu cầu các cơ cấu phải chính xác 1.3KẾT LUẬN: Qua các ưu điểm , nhược điểm của các loại máy dán nhãn trên , ta chọn máy dán nhãn chai tự động dùng băng ma sát loại 2  CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH NGUYÊN LÍ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1.Nhiệm vụ thiết kế 2.1.2 Sơ đồ chung: Hình 2.1 Cơ cấu này gồm : 1 Cuộn nhãn ra 2 Cuộn chứa nhãn 3 Thanh dẫn hướng 4 Băng ma sát 5 Piston khí nén 6 Thanh ép chai 7 Cảm biến Nguyên lý hoạt động: Chai được cấp tới băng tải sẽ đi qua khe hở của con lăn di động và con lăn cố định. Khi phát hiện chai bởi cảm biến thì động cơ bước quay cấp nhãn khi 1 nữa dẫn động bằng cặp ma sát .Dưới tác dụng kéo của băng tải, lực ép của lò xo ,các con lăn di động thì nhãn sẽ được dán lên chai. Ưu điểm: cơ cấu đơn giản , năng xuất cao. Nhược điểm: khả năng dán chính xác thấp , dễ bung ra sau khi dán , yêu cầu nhãn dán phải có keo 2 mặt điều này dẫn đến giá thành cao , gây rất nhiều khó khăn cho việc vệ sinh sau khi dán. 2.2.CÁC BỘ PHẬN TRONG THIẾT KẾ 2.2.1. Băng tải 2.2.1.2.Khái niệm Băng tải là một thiết bị xử lý vật liệu cơ khí di chuyển hàng hóa, vật tư từ nơi này đến nơi khác trong một đường dẫn xác định trước . Băng tải đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến việc vận chuyển vật liệu nặng hoặc cồng kềnh. Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiều loại vật liệu. Bên cạnh đó là sản xuất, băng chuyền giảm nguy cơ chấn thương lưng, đầu gối, vai và chấn thương chỉnh hình khác. - Việc sử dụng băng tải công nghiệp khác nhau tùy theo vị trí, loại sản phẩm đang được di chuyển, khoảng cách mà đối tượng sẽ được di chuyển. Tiêu chuẩn cho băng tải được đo lường và xác định bởi tải trọng tối đa, trọng lượng của sản phẩm, số lượng các mảnh trên một đơn vị thời gian, tải trọng, tốc độ và dòng chảy của vật liệu. - Có hai loại chính của băng tải trong sản xuất hiện nay. Băng tải cao su là loại phổ biến nhất. Một băng tải cao su thường là một vành đai vô tận làm của một số loại vải hay cao su. Các vòng cao su di chuyển giữa các ròng rọc với hỗ trợ tại các điểm trung gian dọc theo chu vi vành đai. Băng tải cao su có thể mang theo nhiều loại vật liệu khác nhau. Các vật liệu có thể là những tảng đá có kích thước như quặng hoặc bột nguyên chất. Tốc độ sẽ khác nhau tùy theo nhu cầu của các thiết bị sản phẩm và chế biến. 2.2.1.2. Cấu tạo: Khung băng tải Rulo chủ đông, rulo bị động Cơ cấu dẫn hướng Cơ cấu tăng đơ, dây băng tải Động cơ và bộ giảm tốc 2.2.1.3.Nguyên lí hoạt động của băng tải: Khi rulô chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa rulô và dây băng băng tải . Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tải khi dây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulô bị động để dây băng tải căng ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băng tải và Rulô sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển động của băng tải. Để tránh băng tải bị võng, người ta dùng các Con lăn đặt ở phía dưới bề mặt băng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma sát trên đường đi của băng tng wuoc61ải. Băng tải cao su được bao bọc bởi chất liệu cao su chất lượng cao, bên trong làm bằng chất liệu Polyester, một loại sợi tổng hợp và sợi Poliamit, có đặc tính rất bền, chịu được nước, chịu được thời tiết ẩm, Dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma sát cao. Một yếu tố rất quan trọng là hệ số giãn dây băng tải phải rất thấp , vận chuyển được nhiều, có thể chuyển được vật liệu ở khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao. Hình 2.2 2.2.2. Cơ cấu cấp nhãn Là nơi chứa cuộn nhãn dán, thực hiện việc cấp nhãn dán cho chai khi nhận được lệnh điều khiển. Hình 2.3 Các thành phần chính: 1 Cuộn nhãn ra 2 Động cơ 3 Cuộn chứa nhãn 4 Thanh dẫn hướng 5 Miếng kẹp nhãn 6 Nhãn Cấu tạo nhãn dán: Nhãn được dán vào một miếng giấy trơn để nhãn dễ bung ra khi chạy đến thanh dẫn hướng Nguyên lí hoạt động Nhãn thì cuộn nhãn theo thanh dẫn hướng qua 2 vị trí kẹp và được quấn vào cuộn nhãn ra . Khi cảm biến nhận ra nhãn chai thì động cơ sẽ quay quấn nhãn vào . 2.2.3 Cảm biến quang Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào. Hình 2.5 2.2.2.1. Các chế độ hoạt động cơ bản của cám biến quang: Chế độ thu phát Chế độ phản xạ (gương) Chế độ phản xạ khuếch tán Chế độ chống ảnh hưởng của nền Ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về 4 chế độ này: các ưu việt, nhược điểm cũng như một số ví dụ ứng dụng. 2.2.2.2 Thu phát Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu sáng tách riêng. Bộ phát truyền ánh sáng đi và bộ thu nhận ánh sáng. Nếu có vật thể chắn nguồn sáng giữa hai phần này thì sẽ có tín hiệu ra của cảm biến. Ưu điểm: Khoảng cách phát hiện xa (ví dụ E3Z-T82 được tới 30m), phát hiện tốt trong môi trường nhiều bụi. Khả năng xác định vị trí chính xác của vật thể. Độ tin cậy cao, phát hiện được mọi loại vật thể (trừ loại trong suốt) Nhược điểm: Mất nhiều thời gian để chỉnh vị trí lắp đặt. Mất nhiều thời gian nối dây vì có 2 dây riêng biệt Giá thành sản phẩm cao Ví dụ ứng dụng: 1. Kiểm soát cổng ra vào: Thông thường cổng ra vào có kính mờ / tối che ngoài. Bởi vậy cần loại thu phát có cường độ sáng cao để xuyên qua lớp kính. Omron đi đầu trên thế giới về loại cảm biến quang sử dụng trong các ứng dụng này. 2. Môi trường khắc nghiệt: ví dụ trạm rửa xe, hoặc môi trường nhiều bụi, cần có cảm biến cường độ sáng cao. 3. Các ứng dụng rộng rãi khác trong tự động hóa công nghiệp, đặc biệt trong trường hợp cần xác định vị trí của vật thể. 2.2.2.3.Phản xạ gương Bộ phát truyền ánh sáng tới một gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản xạ lại tới bộ thu sáng của cảm biến. Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến sẽ phát tín hiệu ra. Ưu điểm: Giá thành thấp hơn loại thu phát Lắp đặt dễ hơn loại thu phát Chỉnh định dễ dàng Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể dùng kính lọc phân cực. Nhược điểm: Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát (E3Z-R: chỉ được 4-5m). Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một số khoảng cách ngắn nhất định. ​Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp. Loại này có sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và giá thành hợp lý. Ví dụ ứng dụng: Phát hiện vật trên băng chuyền Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy Phát hiện chai nhựa trong (khi dùng loại thích hợp) Kiểm soát cửa / cổng ra vào trong các tòa nhà 2.2.2.4.Phản xạ khuếch tán Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể. Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra. Ưu điểm: Lắp đặt đơn giản, dễ dàng Chỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất. Nhược điểm: Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ phát hiện được một phần ánh sáng phản xạ). Ví dụ loại E3Z-D: có khoảng cách phát hiện tối đa 1m. Tỉ lệ lỗi đen / trắng cao; khoảng cách phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sắc, kích thước, tính chất bề mặt của vật thể. Bởi vậy việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu có nền màu đen sau vật. Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại Thu phát và Phản xạ gương. Thông thường, nếu không cần độ chính xác cao, hoặc khó khăn trong việc lắp đặt gương, người ta sẽ dùng loại phản xạ khuếch tán. Ví dụ ứng dụng: Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy: như phát hiện vật trên băng chuyền Công nghiệp chế tạo gạch men (dùng loại nguồn sáng rộng) Tín hiệu ra của cảm biến sẽ có khi bộ thu không nhận được ánh sáng. Cảm biến thu phát và phản xạ gương thường hoạt động ở chế độ D-On này. Vật thể ngăn tia sáng và kích hoạt tín hiệu ra. 2.2.2.Cần gạt Hình 2.7 Động cơ servo Sử dụng động cơ servo kết nối với vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biên để gạt sản phẩm không đạt chất lượng , không có nhãn chai. Động cơ servo có ưu điểm nhỏ gọn ,dễ điều khiển, dễ sử dụng dòng điện nhỏ để hoạt động ,và hoạt động chính xác. 2.2.4.Động cơ Hình 2.8 Động cơ giảm tốc Điện áp hoạt động: 12V DC Công suất: 9W Tốc độ: 116 vòng / phút Trọng lượng: 208g Số lượng vòng quay phụ thuộc vào điện áp đầu vào Với các thông số băng tải thì động cơ trên là phù hợp Động cơ nhỏ gọn, nhưng vẫn đáp ứng đủ các yêu cầu của hệ thống 2.2.5 Xy lanh khí nén Hình 2.9. pit tông khí nén Xy lanh khí nén là gì? Xy lanh khí nén (đôi khi được gọi là xi lanh khí) là các thiết bị cơ được chạy bằng khí nén (thường là không khí). Để thực hiện chức năng của nó, xi lanh khí nén truyền động một lực lượng bằng cách chuyển đổi năng lượng tiềm năng của khí nén thành động năng. Điều này được thực hiện bằng khí nén có khả năng mở rộng, không phụ thuộc vào năng lượng bên ngoài, mà tự nó xảy ra do sự chênh áp được thiết lập bởi khí nén được ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Sự giãn nở không khí tác động đến một piston di chuyển theo hướng mong muốn. Hoạt động chung: Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với một đầu của piston và do đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh. Lượng khí này lớn dần sẽ làm piston di chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra công và làm thiết bị bên ngoài hoạt động. Chức năng đặc biệt: Tùy thuộc vào thiết kế của hệ thống, xi lanh khí nén có thể hoạt động trong nhiều cách khác nhau. Ví dụ như có khả năng thực hiện nhiều nét mà không cần sự can thiệp trung gian, để thực hiện một cú đánh đầy đủ với điểm dừng trung gian, phải được điều chỉnh để kiểm soát lượng mở rộng và / hoặc co rút của thanh piston lần actuated. Phân loại: Mặc dù xi lanh khí nén sẽ khác nhau về hình dạng, kích thước và chức năng, nhưng chúng ta có thể phân loại chúng thường rơi vào một trong các loại cụ thể dưới đây. Tuy nhiên cũng có rất nhiều các loại xi lanh khí nén có sẵn, rất nhiều trong số đó được thiết kế để thực hiện các chức năng cụ thể và chuyên ngành. Xi lanh tác động đơn: là loại xy lanh mà sử dụng khí nén của không khí để dịch chuyển xy lanh theo một hướng nhất định Xi lanh tác động kép: Double Acting xi lanh (DAC) sử dụng lực lượng của không khí di chuyển trong cả hai mở rộng và rút lại đột quỵ. Họ có hai cổng để cho phép không khí trong, một cho outstroke và một cho instroke. 2.2.6. Hình dạng chai: Tất cả các loại chai tròn Ø 6cm Hình 2.9.1  CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG 3.1.CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG HỆ THỐNG: Băng tải – Băng ma sát- Xy lanh – Động cơ 3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG HỆ THỐNG 3.2.1:Băng tải 3.2.2:Phân loại lựa chọn băng tải Băng tải có nhiều loại mỗi loại dùng để tải những vật liệu khác nhau . Tùy vào mục đích sử dụng và vật cần tải mà ta chọn băng tải phù hợp. Băng tải cao su: lắp đặt dễ dàng Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor. Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa ở những độ cao khác nhau. Băng tải xoắn ốc Băng tải linh hoạt Băng tải rung Hệ thống băng tải được sử dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất- chế biến – lắp ráp linh kiện các khu công nghiệp mỏ khai khoáng nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp cũng như vận chuyển vật liệu nặng mà sức người không thể đáp ứng kịp thời. Ưu điểm : Băng tải cấu tạo đơn giản, có độ bền cao Có khả năng vận chuyển vật liệu theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp được cả hai với khoảng các lớn. Không gây tiếng ồn cho xung quanh, năng suất tiêu hao nhỏ Vận chuyển được hàng rời như cát, đá răm, than, than đá từ nơi này đến nơi khác. Nhược điểm: Để tăng được tuổi thọ sử dụng của băng tải, khi sử dụng bạn nên chạy với tốc độ trung bình – không cao Độ nghiêng băng tải nhỏ hơn 24 độ Không vận chuyển theo hướng đường cong cần bố trí thêm động cơ và khung băng để đổi hướng Đặc điểm làm việc của băng tải Thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng con lăn vì thiết bị vận động liên tục và luôn bị tì đè lên con lăn. Nhờ lực ma sát giữa bề mặt đai và đường dẫn - con lăn nên băng tải được hoạt động một cách dễ dàng Tùy thuộc vào từng điều kiện sản xuất để lựa chọn việc sử dụng băng tải hay tổ hợp nhiều băng tải cùng với thiết bị băng chuyền khác và thiết bị tự động hóa trong sản xuất để nâng cao năng suất và giải phóng sức lao động cho con người. Mặt khác chi phí băng tải được thiết kế đơn giản, chi phí đầu tư chế tạo thiết bị băng chuyền thấp tạo điều kiện cho tất cả các doanh nghiệp lớn nhỏ trong thị trường hiện nay. Hình 3.2 Băng tải đai 3.3. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BĂNG TẢI 3.3.1. Băng tải Băng tải là băng chuyền chính, để vận chuyển chai tiếp đến khâu làm việc tiếp theo. Các thông số đầu vào: -Chiều dài băng tải:75cm -Chiều rộng băng tải:16cm -Vận tốc băng tải: 10m / phút -Đường kính tang băng tải :27 mm -Khối lượng sản phẩm: m=0.3 kg 3.3.2.Băng ma sát: Băng ma sát đặt trên băng tải chính ,dùng để tạo lực ép, xoay chai để có thể nhãn dán cứng vào phần thân chai. Phần con lăn có cấu tạo hơi đặc biệt một chút (một con lăn nhỏ và con lăn to) mục đích chính là tạo một phần lợi thế để chai đi vào dễ dàng sau đó được siết cứng nhờ con lăn to giúp nhãn chai bám chắc hơn và đẹp hơn. Hình 3.2 Các thành phần cơ bản: 1 Con lăn nhỏ 2 Con lăn to 3 Chai 4 Thanh ép cố định 5 Băng ma sát 3.3.3 TÍNH TOÁN ĐỘNG CHO BĂNG TẢI Băng tải Băng tải được tính toán và thiết kế như sau: Chọn đường kính các bánh dẫn và bị dẫn:D = D1 = D2= 25 cm Chọn tốc độ di chuyển trên băng tải v = 0.03 m/s Tốc độ quay trên trục ntr = = =19 (v/p) Chọn động cơ ndc = 57 (v/p) i== = = 3 Chọn bộ truyền đai 3.3.4. Tính toán động lực học cho băng tải: Chức năng của bộ truyền là truyền chuyển động cho động cơ sang băng tải. Các loại bộ truyền có khí thường gặp như: Bộ truyền bánh răng Bộ truyền trục vít- bánh vít Bộ truyền vít me đai ốc Bộ truyền xích Bộ truyền đai Với yêu cầu của đề tài và dựa vào khoảng cách hai trục của băng tải, ta chọn bộ truyền bánh đai để truyền chuyển động băng tải 2. Chức năng của bộ truyền đai là dùng để truyền chuyển động và tải trọng giữa 2 trục xa nhau có thể là cơ cấu an toàn bảo vệ cho động cơ. Kết cấu của bộ truyền đai gồm: Bánh đai dẫn Bánh đai bị dẫn Dây đai Bộ phận căng đai Nguyên lý làm việc của bộ truyền đai là truyền chuyển động bằng ma sát . Phân loại bộ truyền đai: Bộ truyền đai dẹt phẳng Bộ truyền đai thang Bộ truyền đai răng Bộ truyền đai răng lược Bộ truyền đai tròn Từ thực tế và ứng dụng vào mô hình chúng ta chọn bộ truyền đai răng để làm bộ truyền dẫn cho mô hình vì bộ truyền đai răng có những đặc điểm sau. Ưu điểm: Có thể truyền động giữa các trục xa cách nhau. Làm việc êm không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể chuyền động với vận tốc lớn Nhờ vào tính chức đàn hồi của đai nên tránh được giao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu. Kết cấu và vận hành đơn giản Truyền chuyển động bằng ma sát và ăn khớp khả nang tải cao hơn so với các loại đai khác. Nhược điểm: Giá thành cao nên rất ít được sử dụng. 3.2.1..5.Tính toán công suất và chọn động cơ cho băng tải: Do là mô hình thu nhỏ nên băng chuyền dẫn động bằng động cơ điện DC. Ta có thể lựa chọn các phương pháp sau: Băng tải dẫn động bằng động cơ điện DC. Ta có thể lựa chọn các phương án sau: Động cơ DC. Hình 3.8: Động cơ DC Ưu điểm: Gía thành rẽ , dễ điều khiển moment xoắn lớn, tốc độ nhanh , động cơ xoay vòng liên tục, Nhược điểm:Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển phức tạp . phải có mạch phản hồi mới nâng cao độ chính xác. Động cơ servo: Hình 3.9 Động cơ servo Ưu điểm: Mômen trên trục đều hơn Tốc độ cao hơn Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn Có nhiều kích cỡ hơn Làm việc êm hơn Độ chính xác cao hơn. Nhược điểm: Chi phí lớn hơn. Không làm việc ở chế độ mạch điểu khiển hờ, yêu cầu phải có hệ thống phản hồi. Yêu cẩu phải điều chỉnh các thông số vòng điều khiển. Bảo dưỡng tốn kém hơn. đặc biệt là động cơ DC servo. Với đặc điểm yêu cầu của băng truyền là tải trọng nhỏ, giá thành rẽ, dễ điều khiển ta chọn động cơ điện một chiều dễ dẫn động cho băng tải. Động cơ được chọn yêu cầu phải có moment lớn do yêu cầu làm của băng tải có tải trọng.Và băng tải chuyển động với vận tốc nhỏ nên ta chọn động cơ có tốc độ thấp nhưng phải đảm bảo yêu cầu về tốc độ cũng như tải . Vì vậy chúng ta chọn động cơ DC 12v. Tính toán chọn động cơ: Ta dùng tấm trượt gỗ lót dưới băng tải: Ta có FU =12.uG .( m+ ms) (N) Trong đó: uG: hệ số ma sát giữa băng tải và băng trượt. Vì vậy ta dùng tấm trượt bằng alu nên uG = 0.3 m: Tổng khối lượng của sản phẩm ms :khối lượng phần băng tải có trên băng trượt m + ms = 0.4 + 0.05 = 0.45 Vậy: Fu =12.0.3.0.45 = 1.62 (N) Công suất cần thiết trên trục: Ntr = Fu .v = 1.62.0.03 = 0.05(W) Ndc > Ntr Ndc = 0.2 (W) Hình 3.10 Động cơ giảm tốc CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 4.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN Trong thị trường hiện nay ta có thể sử dụng nhiều bộ điều khiển khác nhau như điều khiển bằng bộ điều khiển khả lập tình PLC, dùng bộ điều khiển bằng ADUINO, hay dùng các vi mạch vi điều khiển tự chế tạo nhưng chúng điều có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau. 4.1.1.Điều khiển bằng PLC - Giới thiệu PLC: Bộ điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển: +Dễ lập trình và thay đổi chương trình. +Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa. + Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. 4.1.2.Cấu trúc của PLC +Cấu trúc dạng modul: NGUỒN CẤP BỘ XỬ LÍ TRUNG TÂM(CPU) NGÕ RA(OUTPUT) NGÕ VÀO(INPUT) BỘ NHỚ Hình 4.1:Thành phần hệ thống plc 4.1.3 Ưu nhược điểm PLC Mô đun nguồn Mô đun xử lí tín hiệu Mô đun vào Mô đun ra Mô đun nhớ Thiết bị lập trình Ưu điêm:+khả năng kháng nhiễu rất tốt. +Cấu trúc dạng modul chuyên dụng rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp. +Khả năng lập trình được, lập trình dể dàng. +Yêu cầu người lập trình không cần giỏi. Nhược điểm: giá thành cao, người muốn sử dụng cũng phải hiểu biết nột chút kiến thức về điều khiển mới có thể lập trình được. - Khả năng ứng dụng PLC +Công nghiệp chế biến gỗ + Trong các hệ thống điều khiển cửa +Hệ thống máy nâng, thang máy +Sản xuất xe hơi +Hệ thống điều hòa không khí trong các nhà kính + Hệ thống xử lý nước thải +Hệ thống điều khiển máy dệt,… Hình 4.2. PLC 4.2.VI ĐIỀU KHIỂN - Giới thiệu vi điều khiển Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô đun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các mô đun thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài. Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tửu, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v. Họ vi điều khiển AMCC  Họ vi điều khiển Atmel Họ vi điều khiển Microchip Họ vi điều khiển Intel v.v. 4.2.1Cấu trúc vi điều khiển(8051) +Có 4/8/12/20 Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong để lưu chương trình. Nhờ vậy Vi điều khiển có khả năng nạp xoá chương trình bằng điện đến 10000 lần. +128 Byte RAM nội +4 Port xuất/nhập 8 bit +Từ 2 đến 3 bộ định thời 16-bit +Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp +Có thể mở rộng không gian nhớ chương trình ngoài 64KByte (bộ nhớ ROM ngoại): khi chương trình do người lập trình viết ra có dung lượng lớn hơn dung lượng bộ nhớ ROM nội, để lưu được chương trình này cần bộ nhớ ROM lớn hơn, cách giải quyết là kết nối Vi điều khiển với bộ nhớ ROM từ bên ngoài (hay còn gọi là ROM ngoại). Dung lượng bộ nhớ ROM ngoại lớn nhất mà Vi điều khiển có thể kết nối là 64Kbyte +Có thể mở rộng không gian nhớ dữ liệu ngoài 64KByte (bộ nhớ RAM ngoại) 4.2.2Ưu nhược điểm vi điều khiển + Ưu điểm: giá thành rẻ, có thể tùy chỉnh theo nhu cầu của người sử dụng. +Nhược điểm: dể bị nhiễu, độ bền không cao, phải biết lập trình tốt mới có thể thiết kế được. - Khả năng ứng dụng Chứa được nhiều dữ liệu được sử dụng trong các bộ điều khiển: + Làm đồng hộ + Bộ đo nhiệt + Lịch vạn niên + Điều khiển các thiết bị đèn v.v. Hình 21 Vi điều khiển 4.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 4.2.1 Hoạt động của hệ thống Chai được cấp vào băng tải đi qua khe ở giữa con lăn di động và con lăn cố định.Khi phát hiện chai cảm biến điều khiển động cơ bước quay làm cho cuộn nhãn quay theo .Dưới tác dụng kéo của băng tải , lực ép lò xo thì nhãn được dán lên chai. 4.2.2.Arduino uno r3 Hình 23. Arduino uno Thông số kĩ thuật Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30Ma Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC 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 Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO. Các chân năng lượng GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau. 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA. Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND. IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn. RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ. 4.2.3. Sơ đồ các linh kiện của arduino Hình 24Sơ đồ linh kiện mạch Arduino Mega 2560 5 Chân GND 3 chân 5V 1 chân 3.3v 1 nút reset 16 chân analog 4 chân UART 54 Chân digital trong đó có 15 chân chúng ta có thể sử dụng như PWM 6 Chân lập trình ISP Và nhiều thành phần khác... 4.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Cơ cấu này gồm : 1 Cuộn nhãn ra 2 Cuộn chứa nhãn 3 Thanh dẫn hướng 4 Băng ma sát 5thanh ép chai 6 Cảm biến Nguyên lý hoạt động: Chai được cấp tới băng tải sẽ đi qua khe hở của con lăn di động và con lăn cố định. Khi phát hiện chai bởi cảm biến thì động cơ bước quay cấp nhãn khi 1 nữa dẫn động bằng cặp ma sát .Dưới tác dụng kéo của băng tải, lực ép của lò xo ,các con lăn di động thì nhãn sẽ được dán lên chai. 4.3.1 Sơ đồ khối 4.3.2 Code chương trình của hệ thống: Code dán nhẫn: #define En 6 // chan Enable #define Step 5 // chan Step #define Dir 4 // Chan Dir #define cambien 3 int k=0; int i=0; Int x=0; void setup() { pinMode(cambien,INPUT); pinMode(En,OUTPUT); pinMode(Dir,OUTPUT); pinMode(Step,OUTPUT); } void loop() { int tt=digitalRead(cambien); If(tt==1) { delay(150); k++; } if (k>1) { delay(50); digitalWrite(role,HIGH); digitalWrite(En,LOW); digitalWrite(Dir,HIGH); for (i = 0; i<=200; i++){ digitalWrite(Step,HIGH); delay(10); digitalWrite(Step,LOW); delay(10); } k=0; } } TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. http://www.dientubachviet.vn/ [2]. http://arduino.vn/ [3].Bài giảng truyền động cơ khí, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 2008. [4]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Tự_động_hóa [5]. www.diendandientu.com [6]. www.tailieu.vn  ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: NGUYỄN THẾ TRANH SVTH: TRẦN THIỆN – LÊ TRỌNG ANH TÍCH Trang30