BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY PHÂN LOẠI MÀU SẮC
VÀ CÂN ĐO ĐỊNH LƢỢNG

Ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Giảng viên hƣớng dẫn: Ths. Nguyễn Vạn Quốc
Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Minh Hiển

1711050241

17DTDA2

Lê Việt Hƣng

1711050173

17DTDA2

Nguyễn Ngọc Tiến

1711050214

17DTDA2

TP. Hồ Chí Minh, 2021


LỜI CẢM ƠN
Để đồ án tốt nghiệp đạt đƣợc kết quả tốt đẹp, nhóm chúng em đã nhận đƣợc sự
hỗ trợ, giúp đỡ của các thầy cô và doanh nghiệp thực tập. Với tình cảm sâu sắc,
chân thành, cho phép chúng em đƣợc bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả các cá nhân và
cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài đồ án.
Trƣớc hết chúng em xin cảm ơn các thầy cô Viện Kỹ thuật Hutech thuộc trƣờng Đại
học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và
lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan tâm, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cơ, đến nay
chúng em đã có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp đề tài “Thiết kế và thi công máy
phân loại màu sắc và cân đo định lƣợng”.
Đặc biệt nhóm chúng em gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giảng viên – Thạc sĩ
Nguyễn Vạn Quốc đã quan tâm giúp đỡ, hƣớng dẫn chúng em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp trong suốt thời gian vừa qua.
Chúng em xin tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạoo trƣờng Đại học Cơng nghệ thành phố
Hồ Chí Minh, các Khoa-Viện, Phòng-Ban chức năng đã trực tiếp và gián tiếp giúp
đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Với điều kiện thời gian cũng nhƣ kinh nghiệm cịn hạn chế, đề tài đồ án này khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, đóng góp
ý kiến của các thầy cơ để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình,
phục vụ tốt hơn cơng tác thực tế sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

ii



MỤC LỤC
PHIẾU ĐĂNG KÍ TÊN ĐỀ TÀI ĐATN
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... xiii
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 4
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .................................................................. 4
1.1

Giới thiệu chung: ........................................................................................... 4

1.2

Phân loại sản phẩm theo màu sắc: ................................................................. 4

1.2.1

Khái quát: ................................................................................................ 4

1.2.2

Nguyên lý hoạt động: .............................................................................. 5

1.2.3


Nhận xét: ................................................................................................. 5

1.2.4

Ứng dụng: ............................................................................................... 5

1.2.5

Kết luận: .................................................................................................. 5

1.2.6

Mục tiêu thiết kế: .................................................................................... 5

1.2.7

Yêu cầu: .................................................................................................. 6

1.2.8

Nội dung thiết kế: ................................................................................... 6

1.3

Phân loại sản phẩm theo chiều cao ................................................................ 7

1.3.1

Khái quát ................................................................................................. 7


1.3.2

Cấu tạo .................................................................................................... 7

1.3.3

Nguyên lý hoạt động ............................................................................... 7

1.3.4

Ứng dụng ................................................................................................ 8

1.4

Phân loại sản phẩm theo hình dạng ............................................................... 8

1.4.1

Cấu tạo .................................................................................................... 8
iii


1.4.2

Nguyên lý hoạt động ............................................................................... 9

1.4.3

Ứng dụng ................................................................................................ 9


1.5

Cân định lƣợng loadcell: ............................................................................. 10

1.5.1

Khái quát: .............................................................................................. 10

1.5.2

Nguyên lý hoạt động: ............................................................................ 10

1.5.3

Ứng dụng: ............................................................................................. 10

CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 11
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ...................................................................................... 11
2.1

Tổng quan về hệ thống điều khiển. ............................................................. 11

2.2

Giới thiệu về PLC ........................................................................................ 13

2.2.1

Lịch sử phát triển PLC .......................................................................... 13


2.2.2

Vai trò của PLC .................................................................................... 15

2.2.3

Các thiết bị nhập và xuất dùng trong PLC ............................................ 16

2.2.4

Ƣu điểm của PLC ................................................................................. 17

2.2.5

Đặc điểm bộ điều khiển lập trình .......................................................... 20

2.2.6

Cấu trúc phần cứng của PLC ................................................................ 21

2.2.7

Hoạt động của PLC ............................................................................... 23

2.2.8

Các bƣớc thiết kế 1 hệ thống điều khiển dùng PLC ............................. 25

2.2.9


Ứng dụng của PLC ............................................................................... 29

2.2.10 Board PLC Mitsubishi FX3U – 24MT ................................................. 30
2.3

Giới thiệu tổng quan về HMI ...................................................................... 31

2.3.1

Giới thiệu .............................................................................................. 31

2.3.2

Thành phần HMI truyền thông ............................................................. 31

CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 34
PHƢƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ............................................................................... 34
3.1

Giới thiệu mơ hình ....................................................................................... 34

3.2

Chức năng từng phần ................................................................................... 34

3.3

Thiết kế các khối.......................................................................................... 35


3.3.1

Khối cảm biến ....................................................................................... 35

iv


3.3.2

Khối xử lý màu sắc ............................................................................... 35

3.3.3

Khối băng chuyền ................................................................................. 36

3.3.4

Hệ thống khí nén ................................................................................... 36

3.3.5

Khối xử lý trung tâm: Board PLC Mitsubishi FX3U – 24MT ............. 37

3.3.6

Bộ nguồn ............................................................................................... 41

3.4

HMI Delta DOP- B03S211 ......................................................................... 42


3.4.1

Cài đặt ................................................................................................... 42

3.4.2

Định nghĩa pin của truyền thơng nối tiếp DOP-B03S211 .................... 43

3.4.3

Kích thƣớc............................................................................................. 43

3.4.4

Thông số kỹ thuật ................................................................................. 43

3.5

Arduino Uno R3: ......................................................................................... 45

3.5.1

Uno........................................................................................................ 47

3.5.2

Các chân năng lƣợng: ........................................................................... 51

3.5.3


Các chân Input/Output: ......................................................................... 51

3.6

Cân Loadcell (Cảm biến cân nặng) ............................................................. 54

3.6.1

Khái niệm .............................................................................................. 54

3.6.2

Thành phần cấu tạo ............................................................................... 54

3.6.3

Cách thức hoạt động ............................................................................. 54

3.6.4

Phân loại các Loadcell .......................................................................... 55

3.6.5

Ứng dụng của Loadcell ......................................................................... 55

3.7

Bộ chuyển đổi SENECA Z-SG ................................................................... 55


3.7.1

Đặc điểm chung .................................................................................... 55

3.7.2

Bảng công tắc nhúng............................................................................. 57

3.8

Động cơ DC 24V công suất lớn 120W – 1800v/p: ..................................... 59

3.8.1

Giới thiệu: ............................................................................................. 59

3.8.2

Đặc điểm kĩ thuật: ................................................................................. 60

3.9

Cảm biến màu sắc: ....................................................................................... 61

3.9.1

Cảm biến màu sắc TCS3200: ............................................................... 61

3.9.2


Cảm biến màu sắc TSC230 V1:............................................................ 62

v


3.9.3
3.10

Cảm biến màu sắc TSC230 V2: ............................................................ 63
Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản E3F-DS10C4. ........................... 63

3.10.1 Thông số kỹ thuật: ................................................................................ 64
3.10.2 Sơ đồ chân............................................................................................. 64
3.11

Nguồn tổ ong ............................................................................................ 65

3.11.1 Giới thiệu .............................................................................................. 66
3.11.2 Thông Số Kĩ Thuật: .............................................................................. 66
3.12

Mạch giảm áp: .......................................................................................... 66

3.12.1 Giới thiệu .............................................................................................. 66
3.12.2 Thông số kỹ thuật: ................................................................................ 67
3.13

Hệ thống xilanh: ....................................................................................... 67


3.13.1 Giới thiệu .............................................................................................. 67
3.13.2 Có 2 loại xi lanh khí nén phổ biến: ....................................................... 67
3.13.3 Thông số kỹ thuật của xilanh khí nén TN: ........................................... 68
3.14

Mạch relay 4 kênh: ................................................................................... 68

3.14.1 Giới thiệu .............................................................................................. 68
3.14.2 Thông số kỹ thuật: ................................................................................ 69
3.15

Đèn báo pha .............................................................................................. 69

3.16

Nút khẩn cấp............................................................................................. 70

3.17

MCB 1P 10A ............................................................................................ 71

3.18

Dây cáp điện (CADIVI) ........................................................................... 72

3.19

Ống xoắn ruột gà ...................................................................................... 74

3.19.1 Giới thiệu .............................................................................................. 74

3.19.2 Thông số kỹ thuật: ................................................................................ 74
3.20

Đầu cose pin 2.5-14.................................................................................. 75

3.21

Cầu đấu điện ............................................................................................. 75

3.22

Băng tải: ................................................................................................... 75

3.22.1 Khái niệm băng tải: ............................................................................... 75
3.22.2 Các loại băng tải phổ biến: ................................................................... 76

vi


3.22.3 Cấu tạo băng tải: ................................................................................... 77
3.22.4 Nguyên lý làm việc của băng tải: ......................................................... 78
CHƢƠNG 4 .............................................................................................................. 79
QUY TRÌNH THIẾT KẾ .......................................................................................... 79
4.1

Lƣu đồ giải thuật .......................................................................................... 79

4.1.1

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình chính ................................................... 79


4.1.2

Lƣu đồ giải thuật khối nhận biết màu sắc ............................................. 80

4.2

Quá trình hoạt động ..................................................................................... 80

4.3

Chƣơng trình lập trình PLC ......................................................................... 81

4.4

Sơ đồ nối dây PLC ....................................................................................... 84

4.5

Lập trình Arduino ........................................................................................ 85

4.6

Code lập trình Arduino ................................................................................ 87

4.7

Đấu nói PLC, Loadcel và bộ chuyển đổi Seneca Z-SG .............................. 90

CHƢƠNG 5 .............................................................................................................. 91

THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ MƠ HÌNH ................................................................. 91
5.1

Thi cơng ....................................................................................................... 91

5.2

Phân loại sản phẩm theo màu sắc ................................................................ 92

5.2.1

Mô phỏng phân loại sản phẩm theo màu sắc ........................................ 92

5.2.2

Chƣơng trình PLC Mitsubishi (GX Works 2) ...................................... 92

5.2.3

Chƣơng trình MX OPC Configurator ................................................... 94

5.2.4

Chƣơng trình Factory IO ...................................................................... 96

5.3

Cân định lƣợng ............................................................................................ 99

5.3.1


Chƣơng trình GX Works 2 ................................................................... 99

5.3.2

Lập trình trên HMI ..............................................................................100

5.4

Kết quả thi cơng mơ hình vật lý ................................................................101

5.5

Kết quả thi cơng mô phỏng trên Factory IO ..............................................102

CHƢƠNG 6 ............................................................................................................104
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN ...............................................................104
6.1

Đánh giá kết quả ........................................................................................104

vii


6.1.1

Thực hiện và kết quả ...........................................................................104

6.1.2


Đánh giá ..............................................................................................104

6.2

Kết luận......................................................................................................104

6.2.1

Thực hiện đƣợc ...................................................................................104

6.2.2

Chƣa thực hiện đƣợc ...........................................................................105

6.2.3

Thuận lợi .............................................................................................105

6.2.4

Khó khăn .............................................................................................105

6.2.5

Đề nghị ................................................................................................105

6.2.6

Hƣớng phát triển đề tài .......................................................................106


TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................107

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Phân loại sản phẩm theo màu trong cơng nghiệp......................................... 6
Hình 1.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao trong cơng nghiệp ................................ 8
Hình 1.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng trong cơng nghiệp ............................... 9
Hình 2.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC .................................................................. 12
Hình 2.2 Sơ đồ khối PLC .......................................................................................... 13
Hình 2.3 Các thiết bị kết nối với ngõ vào PLC ......................................................... 16
Hình 2.4 Các thiết kết nối ngõ ra PLC ...................................................................... 17
Hình 2.5 Bảng điều khiển bằng PLC ........................................................................ 18
Hình 2.6 Cấu trúc phần cứng PLC ............................................................................ 21
Hình 2.7 Minh họa hoạt động của PLC .................................................................... 23
Hình 2.8 Chu kì vịng qt của PLC ......................................................................... 24
Hình 2.9 Lƣu đồ xây dựng chƣơng trình PLC .......................................................... 27
Hình 2.10 Lƣu đồ xây dựng chƣơng trình PLC ........................................................ 28
Hình 2.11 Ứng dụng PLC hiện nay........................................................................... 29
Hình 2.12 Board PLC Mitsubishi FX3U - 24MT ..................................................... 30
Hình 2.13 Các tính năng của Board PLC Mitsubishi FX3U – 24............................. 30
Hình 3.1 Board PLC .................................................................................................. 37
Hình 3.2 Cấu tạo PLC Board .................................................................................... 38
Hình 3.3 Sơ đồ Board FX3U – 24MT ....................................................................... 39
Hình 3.4 Giải đáp tên Board PLC ............................................................................. 39
Hình 3.5 Cổng kết nối và cáp lập trình ..................................................................... 40
Hình 3.6 HMI Delta DOP – B03S211 ...................................................................... 42
Hình 3.7 Kích thƣớc HMI Delta ............................................................................... 43
Hình 3.8 Những phiên bản của Arduino ................................................................... 46

Hình 3.9 Arduino Uno............................................................................................... 47
Hình 3.10 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn ....................................................... 49
Hình 3.11 Arduino đời đầu ....................................................................................... 50

ix


Hình 3.12 Các lỗ vít giúp cố định vị trí Arduino ...................................................... 50
Hình 3.13 Các ngõ vào/ngõ ra của Arduino .............................................................. 51
Hình 3.14 Các shield xếp chồng lên Arduino ........................................................... 53
Hình 3.15 Một số shield thơng dụng ......................................................................... 53
Hình 3.16 Cân Loadcell ............................................................................................ 54
Hình 3.17 Loadcell cảm nhận sự thay đổi của tải và chuyển thành những tín hiệu
điện ............................................................................................................................ 55
Hình 3.18 Kết nối Z-SG với Loadcell ....................................................................... 57
Hình 3.19 Động cơ DC 24V công suất lớn 120W – 1800v/p ................................... 60
Hình 3.20 Cảm biến màu TCS3200 .......................................................................... 62
Hình 3.21 Cảm biến màu TSC230 V1 ...................................................................... 62
Hình 3.22 Cảm biến màu TSC230 V2 ...................................................................... 63
Hình 3.23 Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản E3F-DS10C4 ............................ 65
Hình 3.24 Nguồn tổ ong ............................................................................................ 65
Hình 3.25 Mạch giảm áp DC LM2596 3A ............................................................... 67
Hình 3.26 Cấu tạo của xilanh .................................................................................... 67
Hình 3.27 Mạch relay 4 kênh 5VDC ........................................................................ 68
Hình 3.28 Đèn báo pha.............................................................................................. 70
Hình 3.29 Nút dừng khẩn cấp ................................................................................... 71
Hình 3.30 MCB 1P 10A 0,6KA ................................................................................ 72
Hình 3.31 Thơng số kỹ thuật CADIVI CV - 6mm2 .................................................. 73
Hình 3.32 Ống xoắn ruột gà ...................................................................................... 75
Hình 3.33 Cose pin .................................................................................................... 75

Hình 3.34 Cầu đấu điện ............................................................................................. 75
Hình 3.35 Băng tải .................................................................................................... 76
Hình 4.1 Lƣu đồ giải thuật của hệ thống ................................................................... 79
Hình 4.2 Lƣu đồ giải thuật của hệ thống phân loại màu ........................................... 80
Hình 4.3 Phơi màu sắc .............................................................................................. 81
Hình 4.4 Chƣơng trình điều khiển hệ thống ............................................................. 82

x


Hình 4.5 Chƣơng trình điều khiển hệ thống ............................................................. 82
Hình 4.6 Chƣơng trình điều khiển hệ thống ............................................................. 83
Hình 4.7 Chƣơng trình điều khiển hệ thống ............................................................. 83
Hình 4.8 Chƣơng trình điều khiển hệ thống ............................................................. 84
Hình 4.9 Sơ đồ nối dây PLC ..................................................................................... 84
Hình 4.10 Giao diện lập trình Arduino trên Desktop ................................................ 85
Hình 4.11 Giao diện lập trình Arduino ..................................................................... 85
Hình 4.12 Chƣơng trình code Arduino ..................................................................... 86
Hình 4.13 Nạp chƣơng trình cho board Arduino thành cơng ................................... 86
Hình 4.14 Sơ đồ nối dây của Arduino với cảm biến màu sắc và mạch relay ........... 87
Hình 5.1 Thiết kế băng tải, cấp nguồn động cơ ........................................................ 91
Hình 5.2 Kết nối các thiết bị ..................................................................................... 92
Hình 5.3 Chƣơng trình PLC Mitsubishi (GX Works 2) ............................................ 92
Hình 5.4 Nhập chƣơng trình PLC đã thiết kế ........................................................... 93
Hình 5.5 Mơ phỏng chƣơng trình.............................................................................. 93
Hình 5.6 Chƣơng trình MX OPC Configurator ........................................................ 94
Hình 5.7 Chƣơng trình MX OPC Configurator ........................................................ 95
Hình 5.8 Chƣơng trình MX OPC Configurator ........................................................ 95
Hình 5.9 Tình trạng hoạt động của các địa chỉ đã gắn .............................................. 96
Hình 5.10 Thiết kế mơ hình trên Factory IO ............................................................. 97

Hình 5.11 Gắn địa chỉ cho các thiết bị ...................................................................... 98
Hình 5.12 Nối các thiết bị, chỉnh sửa và cho chạy mơ phỏng .................................. 99
Hình 5.13 Chƣơng trình GX Works 2 .....................................................................100
Hình 5.14 Giao diện viết chƣơng trình GX Woks 2 cho cân định lƣợng ...............100
Hình 5.15 Chọn các mục cần thiết kế .....................................................................101
Hình 5.16 Mơ hình vật lý hồn chỉnh .....................................................................102
Hình 5.17 Mơ phỏng trên Factory IO .....................................................................102
Hình 5.18 Mơ phỏng trên Factory IO .....................................................................103
Hình 5.19 Mơ phỏng trên Factory IO .....................................................................103

xi


Hình 5.20 Mơ phỏng trên màn hình HMI Delta .....................................................103

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 So sánh sơ bộ về các hệ điều khiển: .......................................................... 19
Bảng 3.1 Các tính năng PLC Board FX3U – 24MT ................................................. 40
Bảng 3.2 Pin của truyền thông nối tiếp DOP – B03S211 ......................................... 43
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật HMI Delta .................................................................... 43
Bảng 3.4 Một vài thông số của Arduino UNO R3 .................................................... 48
Bảng 3.5 Kết nối Z-SG với Loadcell ........................................................................ 56
Bảng 3.6 Bảng công tắc nhúng ................................................................................. 57
Bảng 3.7 Các thông số của đèn báo pha ................................................................... 69
Bảng 4.1 Bảng định địa chỉ Input và Output............................................................. 81
Bảng 6.1 Quá trình thực hiện và kết quả .................................................................104


xiii


LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá hiện đại. Một đặc
điểm quan trọng của q trình cơng nghiệp là chúng cho phép dễ dàng kết hợp
những việc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một dây chuyền tự động.
So với các phƣơng tiện tự động hoá khác, các dây chuyền tự động dùng robot có
nhiều ƣu điểm hơn nhƣ dễ dàng thay đổi chƣơng trình làm việc, có khả năng tạo ra
dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có thể tự động hố tồn phần.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt đƣợc số lƣợng sản phẩm
lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các cơng ty, xí nghiệp sản xuất thƣờng sử
dụng cơng nghệ lập trình PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại
đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho nhu cầu và đời sống xã hội. Qua đồ án tốt
nghiệp này em sẽ giới thiệu đề tài “Thiết kế và thi công máy phân loại màu sắc và
cân đo định lƣợng”.
Từ xa xƣa con ngƣời chúng ta đã biết cách phân loại ra những mặt hàng sản
phẩm để phục vụ cho sinh hoạt mà cịn phục vụ cho nhu cầu bn bán trao đổi
hàng hóa. Nhƣng những việc làm ấy vẫn cịn thơ 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 ngƣời đã biết cách áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máy
móc dần đƣợc thay thế cho sức lao động của con ngƣời. Chính vì thế mà các dây
chuyền phân loại sản phẩm đƣợc 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 lƣợng của cơng việc, vì vậy
hệ thống phân loại sản phẩm ngày càng đƣợc 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 đƣợc áp dụng trong các hệ thống nhà máy có yêu cầu phân loại phức tạp, còn

một lƣợng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp từ con ngƣời.

1


Nhóm chúng em sẽ trình bày đề tài “Thiết kế và thi công máy phân loại màu
sắc và cân đo định lƣợng”, do chính nhóm tiến hành nghiên cứu và thực hiện.
Với mơ hình này, chúng ta có thể phát triển thêm thành một hệ thống hồn chỉnh,
có thể giúp mọi ngƣời dễ dàng sử dụng, vận hành cũng nhƣ điều chỉnh, thay thế
lạo động chân tay giúp giảm nhân công, tiền bạc, tăng năng suất làm việc, đồng
thời làm giảm chi phí lắp đặt và vận hành khi phải đầu tƣ một hệ thống lớn.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài “Thiết kế và thi công máy phân loại màu sắc và
cân đo định lƣợng” là nắm rõ nguyên lý hoạt động của phân loại màu sắc và cân
định lƣợng, làm quen với ngơn ngữ lập trình PLC, Arduino.
Nội dung nghiên cứu:
-

Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm, cân định lƣợng, các giải pháp
thiết kế hệ thống bang chuyền.

-

Nghiên cứu xử lý phân loại màu sắc sản phẩm.

-

Nghiên cứu xử lý cân đo định lƣợng.

-


Hoàn thiện hệ thống điều khiển và mơ hình, tiến hành chạy thử.

-

Đánh giá kết quả thực hiện.

Phƣơng pháp nghiên cứu:
-

Thiết kế mơ hình băng chuyền phân loại sản phẩm.

-

Sử dụng động cơ DC để làm hoạt động băng tải.

-

Sử dụng xilanh khí nén để làm cơ cấu phân loại.

-

Nhận dạng màu sắc sản phẩm qua cảm biến màu.

-

Sử dụng cân loadcell cùng bộ chuyển đổi Seneca Z-SG để cân đo định
lƣợng.

-


Tùy chỉnh các đặc trƣng về màu sắc và chỉ số về cân nặng của hệ thống.

Kế cấu của đề tài:
-

Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài

Nội dung chƣơng bao gồm phần giới thiệu tổng quan, lý thuyết cơ bản về phân
loại màu sắc và cân đo định lƣợng
-

Chƣơng 2: Tổng quan giải pháp

2


Nội dung chƣơng bao gồm phần giới thiệu và tìm hiểu sâu hơn về hệ thống
điều khiển tự động.
-

Chƣơng 3: Phƣơng pháp giải quyết

Nội dung chƣơng là phƣơng pháp giải quyết, thiết kế mơ hình, lập trình PLC
và Arduino. Kèm theo đó là chi tiết từng thiết bị đƣợc sử dụng trong đề tài nghiên
cứu “Thiết kế và thi công máy phân loại màu sắc và cân đo định lƣợng”.
-

Chƣơng 4: Quy trình thiết kế

Từ những cơ sở lý thuyết có đƣợc, nhóm em tiến hành lập trình và mơ phỏng

hệ thống phân loại sản phẩm theo màu, cân định lƣợng và lập trình HMI.
-

Chƣơng 5: Thi cơng và chạy thử sản phẩm

Sau khi thực hiện tính tốn và thiết kế, nhóm em sẽ tiến hành thi cơng hệ
thống, mơ hình và trình bày lại q trình thi cơng.
-

Chƣơng 6: Đánh giá kết quả và kết luận

Cuối cùng, nhóm em xin trình bày những đánh giá và nhận xét đã rút ra trong
suốt quá trình thực hiện đề tài cùng với hƣớng phát triển, cải tiến của đề tài sao
cho phù hợp, thực tế hơn.
Do kiến thức còn hạn hẹp, thời gian hạn chế, yêu cầu về kiến thức về thiết kế,
tính tốn và điều khiển chính xác đối với thiết kế phần cứng là rất cao nên chúng
em không thể phát huy hết ý tƣởng để thiết kế và khơng tránh khỏi những thiếu
sót trong q trình làm việc. Do đó, rất mong muốn đƣợc sự chỉ bảo và giúp đở
thêm của các thầy và đóng góp của bạn bè để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn.

3


1 CHƢƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu chung:
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, và đƣợc phổ biến trong các doanh nghiệp
sản xuất tại Việt Nam cũng nhƣ các nƣớc trên quốc tế. Nhờ vậy có thể đóng góp

vào sự phát triển chung của khoa học kĩ thuật và cơng cuộc “Cơng nghiệp hóa Hiện đại hóa đất nƣớc”.
Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc, tính chất vật liệu,
theo kích thƣớc,…dần đƣợc tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạt
đƣợc những mục đích mà con ngƣời mong muốn.
Từ những điều đã đƣợc nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà
chúng em đã học đƣợc ở trƣờng muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần,
đồng thời vẫn đảm bảo đƣợc độ chính xác cao, phân loại đƣợc tất cả các sản phẩm
về mọi mặt. Nên em thiết kế và thi cơng mơ hình sử dụng băng chuyền để phân loại
sản phẩm và cân đo định lƣợng vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có
nhiều sản phẩm đƣợc sản xuất ra địi hỏi phải có kích thƣớc tƣơng đối chính xác và
nó thật sự có ý nghĩa với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển
mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.
1.2 Phân loại sản phẩm theo màu sắc:
1.2.1 Khái quát:
Ngày nay tự động hóa trong điều khiển sản xuất dần đi sâu vào từng ngõ ngách,
vào trong các khâu của q trình sản xuất. Một trong những ứng dụng đó là công
nghệ phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm nhƣ màu sắc, tính chất vật liệu,
theo kích thƣớc,... Dần đƣợc tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạt
đƣợc những mục đích sau:
4


+ Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động.
+ Giảm sự nặng nhọc cho ngƣời công nhân, tiết kiệm thời gian. Giảm đƣợc chi phí
sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm.
Trƣớc những yêu cầu thực tế đó, nhóm chúng em đã chọn và thiết kế thi công máy
phân loại sản phẩm theo màu. Cảm biến phân loại màu sắc sẽ đƣợc đặt trên băng
chuyền, khi sản phẩm đi qua cảm biến sẽ đƣợc cảm biến phát hiện màu sắc và nhận
biết đƣợc sản phẩm thuộc màu nào sau đó tay đẩy đƣa sản phẩm vào vị trí đã định

trƣớc.
1.2.2 Nguyên lý hoạt động:
Sử dụng cảm biến màu để phân biệt màu sắc các sản phẩm có màu sắc khác nhau.
1.2.3 Nhận xét:
Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản
phẩm có màu sắc khác nhau.
1.2.4 Ứng dụng:
Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản
phẩm có màu sắc khác nhau.
1.2.5 Kết luận:
Tự động hóa trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, năng suất chất lƣợng sản phẩm
đƣợc tăng lên, giá thành sản phẩm đƣợc giảm, lao động cơ bắp của con ngƣời dần
đƣợc thay thế. Quá trình sản xuất đƣợc vận hành một cách tự động theo một trình tự
nhất định, nhờ đó đẩy mạnh đƣợc chun mơn hóa trong sản xuất góp phần đƣa đất
nƣớc phát triển theo hƣớng cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa trong tƣơng lai.
Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế
mang lại hiệu quả cao nhƣ hệ thống phân sản phẩm theo chiều cao, màu sắc, vật
liệu... Các hệ thống này ngày càng đƣợc cải tiến, đáp ứng đƣợc nhu cầu của con
ngƣời.
1.2.6 Mục tiêu thiết kế:
Thiết kế và thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khác nhau. Lập
trình Arduino cho cảm biến màu sắc và lập trình PLC để phân loại sản phẩm.
5


Hệ thống đƣợc điều khiển bằng PLC để phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc khác
nhau (đỏ, vàng, xanh) thơng qua 2 nút nhấn.
1.2.7 u cầu:
- Có kích thƣớc phù hợp, không gian làm việc hiệu quả.
- Hệ thống dễ điều khiển và làm việc tin cậy

- Đảm bảo an tồn cho ngƣời và thiết bị trong q trình hoạt động
- Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn.
- Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, có khả năng cải tiến cơng nghệ.
- Vốn đầu tƣ phù hợp, chi phí vận hành thấp, phải mang tính thẩm mỹ.
1.2.8 Nội dung thiết kế:
Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành nhƣ: Cảm biến và xử lý tín hiệu
đo, Truyền động điện, Lập trình PLC,... Trên tình hình thực tế hiện nay, đƣa ra các
phƣơng pháp thiết kế trên lý thuyết, ta chọn phƣơng pháp có hiệu quả nhất. Đƣa ra
các phƣơng án khác nhau, thiết lập phƣơng án thích hợp để giải quyết một số vấn
đề và mang lại hiệu quả nhất.
Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc gồm các thành phần sau:
- Băng chuyền dùng để di chuyển sản phẩm.
- Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng màu sắc sản phẩm.
- Xilanh đẩy phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn.
- Bộ lập trình PLC board FX3U-24MT

Hình 1.1 Phân loại sản phẩm theo màu trong cơng nghiệp
6


1.3 Phân loại sản phẩm theo chiều cao
1.3.1 Khái quát
Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bƣớc tiến quan trọng
trong sự phát triển của tự động hóa trong cơng nghiệp. Hiện nay, Đất nƣớc ta đang
trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng đƣợc sản xuất ra
khơng những đạt tiêu chuẩn về chất lƣợng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao
về hình dạng, kích thƣớc, trọng lƣợng…Cho nên từ đó các khu cơng nghiệp đƣợc
hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản
xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất. Một trong những thiết bị,
máy móc hiện đại đó phải kể đến hệ thống phân loại sản phẩm. Chính vì vậy, nhóm

tác giả đã quyết định thiết kế và thi cơng mơ hình với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm”. Mơ hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về
cấu tạo cũng nhƣ nguyên lý hoạt động của các dây chuyền thiết bị đƣợc dùng trong
hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển hệ thống.
1.3.2 Cấu tạo
- Hai băng chuyền.
- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Ba cảm biến nhận biết chiều cao.
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm.
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
- Hai van đảo chiều.
- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.

1.3.3 Ngun lý hoạt động
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất
hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên
băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác
nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau
7


đó PLC đƣa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm
cao và trung bình vào khay chứa tƣơng ứng, sản phẩm thấp sẽ đƣợc đi đến hết băng
chuyền và đƣợc phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động
cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp
chứa sản phẩm thấp về vị trí tƣơng ứng.
1.3.4 Ứng dụng
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đƣợc ứng dụng rất nhiều trong

các ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.
- Ứng dụng trong các ngành cơng nghiệp thực phẩm nhƣ bánh kẹo, hoa quả...
- Ứng dụng trong cơng nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát.

Hình 1.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao trong công nghiệp
1.4 Phân loại sản phẩm theo hình dạng
1.4.1 Cấu tạo
- Một băng chuyền.
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
- Hai động cơ bƣớc gạt sản phẩm để phân loại.
- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera).
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
8


- Các rơ le trung gian.
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
- Nút nhấn.
1.4.2 Ngun lý hoạt động
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt
động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Trên băng chuyền sẽ
thiết kế cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, Cảm
biến thị giác nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đƣa ra tín hiệu
điều khiển động cơ bƣớc gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa
riêng biệt.
1.4.3 Ứng dụng
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng đƣợc ứng dụng trong rất nhiều ngành
công nghiệp:
- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng

khác nhau nhƣ: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.
- Ứng dụng kết hợp với Robot thơng minh.

Hình 1.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng trong cơng nghiệp
 Nhƣ vậy, ngồi ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy
có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ nhƣ phân
9


loại sản phẩm theo trọng lƣợng, kích thƣớc... Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt
động của chúng khá tƣơng tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân
loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bƣớc) và bộ phận nhận dạng sản phẩm
(có thể là các loại cảm biến nhƣ màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát
hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể).
1.5 Cân định lƣợng loadcell:
1.5.1 Khái quát:
- Loadcell là một cảm biến lực (khối lƣợng hoặc mô men xoắn)..vv
- Khi một lực tác dụng lên loadcell, nó sẽ chuyển đổi các lực tác dụng thành tín hiệu
điện. Các loadcell cũng thƣờng đƣợc gọi là bộ chuyển đổi tải, bởi vì nó chuyển đổi
một lực thành tín hiệu điện.
1.5.2 Nguyên lý hoạt động:
Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị
biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các
sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay
đổi giá trị của các điện trở strain gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong
điện áp đầu ra.
1.5.3 Ứng dụng:
- Trong các ngành cơng nghiệp khác nhau, nó ngày càng trở nên cần thiết để đo
lƣờng và tin học hóa trọng lƣợng (khối lƣợng) của sản phẩm để nâng cao chất lƣợng

và năng suất và giảm chi phí. Các dữ liệu trên máy vi tính thƣờng đƣợc sử dụng cho
việc kiểm tra và tính tốn tổng hợp.
- Dụng cụ bên trong (hệ thống) có thể đo khối lƣợng, các loadcell chức năng nhƣ
cảm biến chuyển đổi lực lƣợng vật lý thành tín hiệu điện. Những tín hiệu điện tử
này sau đó đƣợc chế tác và cuối cùng là kết quả đƣợc hiển thị trên màn hình cho các
máy tính hoặc các thiết bị khác, hoặc đƣợc in và lƣu lại.
- Các loadcell đƣợc sử dụng cho các phép đo nhanh chóng và chính xác. So với cảm
biến khác, các loadcell là tƣơng đối giá cả phải chăng hơn và có tuổi thọ lâu hơn.
10


2 CHƢƠNG 2

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển.
Một hệ thống điều khiển là tập hợp những công cụ, thiết bị điện, điện tử,
nhằm đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chuyển đổi nhịp nhàng của một quy
trình hoặc một hoạt động sản xuất. Chúng thực hiện bất cứ yêu cầu nào của đối
tƣợng, từ cung cấp năng lƣợng đến một thiết bị bán dẫn.
Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ thì việc điều
khiển những hệ thống phức tạp sẽ đƣợc thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự
động hóa hồn tồn, đó là PLC, nó đƣợc sử dụng kết hợp với máy tính chủ. Ngồi
ra, nó cũng có giao diện để kết nối với các thiết bị khác (nhƣ là: bảng điều khiển,
động cơ, contact, cuộn dây…). Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho
phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn. Ngồi ra, chúng cịn thể
hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận
trong hệ thống điều khiển đóng một vai trị rất quan trọng. Từ hình 2.1 ta thấy: PLC
sẽ khơng nhận biết đƣợc điều gì nếu chúng khơng đƣợc kết nối với các thiết bị cảm
biến. Nó cũng khơng cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của
PLC không đƣợc kết nối với động cơ. Và tất nhiên, vùng máy chủ phải là nơi liên

kết các hoạt động sản xuất riêng biệt.

11


Hình 2.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC
Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:
 Điều khiển nối cứng.
 Điều khiển logic khả trình.

Một hệ thống điều khiển bất kỳ đƣợc tạo thành từ các thành phần sau:
 Khối vào.
 Khối xử lý-điều khiển.
 Khối ra.
● Khối vào:
Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lƣợng vật lý thành các tín hiệu điện,
các bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín
hiệu ra khỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog).
● Khối xử lý:
Khối có nhiệm vụ xử lý thơng tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp
ứng yêu cầu điều khiển.
● Khối ra:
12