Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Phân loại sản phẩm là một công đoạn quan trọng trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, đặc biệt tại các nhà máy chế biến thực phẩm, dược phẩm và hóa chất. Việc nhận diện và phân loại chính xác theo màu sắc giúp hạn chế tối đa sai sót trong khâu đóng gói, lưu kho và vận chuyển, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào thao tác thủ công của con người và nâng cao mức độ tự động hóa trong sản xuất. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển cho băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc" được nhóm tác giả Lê Văn Sáng và Nguyễn Việt Đức (Trường Đại học Giao thông Vận tải, Khoa Điện - Điện tử, thực hiện tháng 06/2024 dưới sự hướng dẫn của ThS. Hồ Mạnh Tiến) triển khai nhằm xây dựng một mô hình tự động hóa phân loại sản phẩm hoàn chỉnh.

Theo văn bản đồ án, các mục tiêu nghiên cứu được xác định gồm:

  1. Nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý tín hiệu quang học/cảm biến để phát hiện và phân biệt các màu sắc khác nhau của sản phẩm cùng loại (như trái cây, kẹo, viên nang).
  2. Thiết kế và chế tạo một hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng các thiết bị điện tử, bộ điều khiển lập trình (PLC), cảm biến màu và cơ cấu chấp hành khí nén.
  3. Tối ưu hóa và đánh giá hiệu năng của hệ thống về độ chính xác, tốc độ, độ bền và độ an toàn trong vận hành.
  4. Định hướng khả năng ứng dụng hệ thống trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp thuộc ngành thực phẩm, dược phẩm và hóa chất.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm 4 nội dung:

  • Nghiên cứu về bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller).
  • Nghiên cứu về vi điều khiển (PIC, Arduino).
  • Nghiên cứu về các loại cảm biến liên quan (cảm biến tiệm cận quang, cảm biến màu sắc).
  • Nghiên cứu về các cơ cấu chấp hành (động cơ điện DC, xi lanh khí nén, van điện từ, rơ-le trung gian).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là phôi sản phẩm có màu sắc khác nhau (đỏ, vàng, xanh) với trọng lượng tiêu chuẩn 20g. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phần cứng kết hợp chương trình điều khiển ở mức độ mô hình phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Giao thông Vận tải vào tháng 06/2024, chưa triển khai vận hành trực tiếp trong môi trường sản xuất công nghiệp thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất, công nghệ cảm biến quang điện và nguyên lý truyền động khí nén:

  • Nguyên lý điều khiển logic lập trình (PLC): PLC vận hành theo chu kỳ quét lặp khép kín gồm ba giai đoạn: quét đầu vào (quét trạng thái các nút nhấn, cảm biến), xử lý logic (thực thi chương trình theo sơ đồ thang Ladder Logic hoặc FBD, SFC) và điều khiển đầu ra (xuất tín hiệu điều khiển relay, van khí nén, đèn báo, còi).
  • Cảm biến màu sắc quang điện: Ứng dụng cảm biến màu TCS3200 dựa trên công nghệ CMOS với mảng $8 \times 8$ photodiode (gồm các nhóm lọc màu đỏ, xanh lá, xanh dương và không lọc) để biến đổi cường độ quang thông thành tín hiệu xung có tần số tỷ lệ với các thành phần màu sắc cơ bản.
  • Cảm biến vật cản hồng ngoại: Sử dụng nguyên lý phản xạ khuếch tán để phát hiện sự hiện diện của phôi tại vị trí cấp liệu và trên băng tải.
  • Hệ thống chấp hành điện - khí nén: Phối hợp van điện từ đảo chiều $5/2$ điều khiển xi lanh tác động kép và động cơ điện một chiều giảm tốc truyền động băng chuyền.
  • Giao diện giám sát người - máy (HMI): Ứng dụng màn hình điều khiển cảm ứng để hiển thị trực quan trạng thái vận hành, đếm sản phẩm và cảnh báo sự cố thời gian thực.

Phương pháp nghiên cứu được triển khai qua 6 bước:

  1. Tham khảo đề tài: Thu thập, khảo cứu các công trình nghiên cứu và tài liệu kỹ thuật liên quan đến hệ thống phân loại sản phẩm.
  2. Thiết kế hệ thống: Xác định mặt bằng công nghệ, phân tích sơ đồ khối và xây dựng thuật toán điều khiển.
  3. Thiết kế mạch điện tử: Tính toán lựa chọn linh kiện, thiết kế sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch in (PCB 2D/3D) cho khối nguồn và khối chuyển đổi tín hiệu logic.
  4. Lập trình điều khiển: Viết chương trình điều khiển PLC bằng phần mềm GX Works 2, lập trình HMI bằng AirSHIBuilder 8000 và lập trình xử lý tín hiệu trên Arduino IDE.
  5. Chạy thử nghiệm: Lắp ráp cơ khí, kết nối phần cứng và vận hành kiểm chứng chức năng phân loại thực tế.
  6. Đánh giá ưu nhược điểm: Đo đạc các thông số kỹ thuật thực nghiệm, đối chiếu với yêu cầu thiết kế ban đầu để đưa ra kết luận.

Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu gồm: thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất (datasheet) của PLC Mitsubishi FX1N-40MT, vi điều khiển PIC18F4520, cảm biến E18-D80NK, cảm biến TCS3200, màn hình HMI Weinview MT6070iP; các bảng tiêu chuẩn áp suất khí nén và dữ liệu đo đạc thực tế từ quá trình vận hành mô hình.

Thiết kế và triển khai

Phân tích và lựa chọn giải pháp thiết kế

Nhóm tác giả tiến hành so sánh ba phương án điều khiển: sử dụng vi mạch số (IC số logic), sử dụng vi điều khiển (PIC18F4520) và sử dụng bộ điều khiển lập trình (PLC Mitsubishi FX1N-40MT).

Đặc điểm PLC Mitsubishi FX1N-40MT Vi điều khiển PIC18F4520
Loại thiết bị Bộ điều khiển logic lập trình Vi điều khiển RISC
Bộ xử lý Mitsubishi M340 Microchip PIC18F4520
Tốc độ xử lý $0{,}08\ \mu\text{s/bước lệnh}$ $40\ \text{MIPS}$
Bộ nhớ $8\ \text{KB RAM},\ 32\ \text{KB EEPROM}$ $1{,}5\ \text{KB RAM},\ 32\ \text{KB Flash}$
Dung lượng lệnh 8000 bước lệnh thang logic 35 lệnh tập lệnh cơ bản
Cổng I/O 24 đầu vào, 16 đầu ra số 33 chân I/O có thể cấu hình
Giao diện truyền thông RS-232, RS-485, CC-Link RS-232, USB, SPI, $\text{I}^2\text{C}$
Ngôn ngữ lập trình Ladder Logic, FBD, SFC, ST Assembly, C
Ưu điểm Độ tin cậy cao, chống nhiễu công nghiệp, dễ bảo trì, mở rộng linh hoạt Kích thước nhỏ, chi phí thấp, xử lý tính toán linh hoạt
Nhược điểm Giá thành phần cứng cao hơn vi điều khiển Khó bảo trì, khả năng mở rộng I/O trực tiếp công nghiệp hạn chế

Kết quả so sánh cho thấy PLC FX1N-40MT là giải pháp tối ưu cho mô hình công nghiệp nhờ tính ổn định cao trong môi trường nhiễu điện từ và khả năng tương thích tốt với các chuẩn truyền thông công nghiệp.

Lựa chọn thiết bị và cảm biến

Hệ thống phần cứng được tính toán và lựa chọn chi tiết qua các bảng so sánh kỹ thuật:

Hạng mục thiết bị Mã hiệu / Thông số kỹ thuật lựa chọn Lý do lựa chọn
Cảm biến vật cản E18-D80NK (nguồn 5VDC, dòng 20mA, khoảng cách phát hiện 3–80cm, ngõ ra NPN) Phạm vi hoạt động rộng hơn cảm biến LM393 (chỉ 2–30cm), độ ổn định cao trong môi trường công nghiệp
Cảm biến màu sắc TCS3200 (nguồn $2{,}7\text{--}5{,}5\text{VDC}$, dòng 2mA tại 5V, dải nhiệt $-40^\circ\text{C}$ đến $+85^\circ\text{C}$, mảng photodiode $8\times 8$) Khả năng trích xuất thành phần màu RGB qua tần số xung, cấu hình linh hoạt dải tần số đầu ra
Động cơ kéo băng tải Động cơ giảm tốc DC JGB37-545 (24VDC, công suất 28W, dòng 1.2A, tốc độ 36 vòng/phút, mô-men xoắn 20kg.cm, trục 6mm) Cung cấp mô-men xoắn đủ lớn để kéo tải ổn định, kích thước nhỏ gọn ($37\text{mm} \times 50{,}6\text{mm}$)
Xi lanh đẩy phôi Xi lanh khí nén CJ2B10-75RZ (đường kính piston 10mm, hành trình 75mm, áp suất 0.8MPa, lực đẩy 100–800N) Độ bền cao, phản hồi nhanh (50–250mm/s), giá thành hợp lý so với xi lanh điện
Cơ cấu phân phối khí Van điện từ khí nén $5/2$ Đóng mở luồng khí nén cho xi lanh tác động kép, vận hành tin cậy, cấu tạo đơn giản
Rơ-le trung gian Rơ-le trung gian 8 chân (tiếp điểm đồng, 2 chân nguồn, 2 điều khiển, 4 tiếp điểm) Cách ly tín hiệu điều khiển giữa PLC và tải công suất
Màn hình HMI Weinview MT6070iP (7 inch TFT LCD, $800 \times 480$, 65.536 màu, cảm ứng điện trở, RS-232, RS-485/422, nguồn 24VDC) Độ phân giải cao, hỗ trợ giao tiếp chuẩn công nghiệp với PLC, tuổi thọ LCD $>30.000$ giờ
Bộ nguồn Biến áp 15V 5A (In: 220–240VAC, Out: 15VDC, công suất 75W) kết hợp mạch chỉnh lưu, hạ áp Cung cấp nguồn DC ổn định cho toàn bộ mạch điều khiển và cảm biến

Phân bổ tín hiệu Vào/Ra (I/O) cho PLC FX1N-40MT

Hệ thống phân bổ 9 ngõ vào số và 6 ngõ ra số trên PLC như sau:

Địa chỉ PLC Ký hiệu thiết bị Chức năng cụ thể
Đầu vào (Input)
X0 Cảm biến tiệm cận xanh Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm màu xanh trên băng tải
X1 Cảm biến tiệm cận vàng Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm màu vàng trên băng tải
X2 Cảm biến tiệm cận đỏ Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm màu đỏ trên băng tải
X3 Cảm biến tiệm cận cấp liệu Phát hiện phôi có sẵn trong ống cấp liệu
X4 Tín hiệu nhận diện màu đỏ Nhận tín hiệu xác nhận màu đỏ từ mạch cảm biến
X5 Tín hiệu nhận diện màu vàng Nhận tín hiệu xác nhận màu vàng từ mạch cảm biến
X6 Tín hiệu nhận diện màu xanh Nhận tín hiệu xác nhận màu xanh từ mạch cảm biến
X7 Nút khởi động (Start) Khởi động chu trình vận hành toàn hệ thống
X8 Nút dừng (Stop) Dừng khẩn cấp hoặc dừng hoạt động hệ thống
Đầu ra (Output)
Y0 Rơ-le động cơ Bật/tắt động cơ băng tải chính
Y1 Van xi lanh cấp liệu Kích hoạt xi lanh đẩy phôi từ ống cấp liệu lên băng tải
Y2 Van xi lanh đẩy phôi đỏ Kích hoạt xi lanh đẩy sản phẩm màu đỏ vào khay và tăng bộ đếm phôi đỏ
Y3 Van xi lanh đẩy phôi vàng Kích hoạt xi lanh đẩy sản phẩm màu vàng vào khay và tăng bộ đếm phôi vàng
Y4 Đèn báo hoạt động Đèn báo 24V sáng liên tục khi hệ thống đang vận hành
Y5 Còi cảnh báo Còi 24V phát âm thanh báo động khi xảy ra lỗi hoặc sự cố

Quy trình vận hành hệ thống

Quy trình hoạt động tự động gồm 5 bước tuần tự:

  1. Chuẩn bị: Cấp nguồn 220VAC, kiểm tra các kết nối dây dẫn nguồn, rơ-le, van khí nén và áp suất khí.
  2. Khởi động: Nhấn nút Start (X7), PLC kích hoạt ngõ ra đèn báo Y4 sáng, động cơ băng tải bắt đầu hoạt động thông qua Y0. Người vận hành có thể giám sát hoặc điều khiển thông qua HMI Weinview MT6070iP.
  3. Vận hành phân loại:
    • Khi cảm biến cấp liệu (X3) phát hiện có phôi trong ống, PLC kích hoạt đầu ra Y1 mở van khí nén, đẩy phôi vào băng tải.
    • Phôi di chuyển qua cụm cảm biến nhận diện màu sắc (X4, X5, X6).
    • Nếu phát hiện màu đỏ (X4), PLC kích hoạt xi lanh đẩy liệu đỏ (Y2) khi phôi tới vị trí khay đỏ, đồng thời ghi nhận số đếm phôi đỏ.
    • Nếu phát hiện màu vàng (X5), PLC kích hoạt xi lanh đẩy liệu vàng (Y3) khi phôi tới vị trí khay vàng, đồng thời ghi nhận số đếm phôi vàng.
    • Nếu phát hiện màu xanh (X6), PLC không tác động xi lanh nào; phôi xanh tiếp tục di chuyển thẳng về cuối băng tải.
  4. Giám sát và báo cáo: Màn hình HMI cập nhật liên tục số lượng từng loại phôi đã phân loại. Nếu có sự cố kẹt phôi hoặc mất áp, còi cảnh báo Y5 sẽ kích hoạt để người vận hành xử lý.
  5. Dừng hệ thống: Nhấn nút Stop (X8), toàn bộ động cơ, xi lanh ngắt điện; đèn báo Y4 tắt. Tiến hành kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ thiết bị.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan về hệ thống băng tải phân loại sản phẩm

Chương này mô tả tổng quan kiến trúc mô hình phân loại tự động, mặt bằng bố trí công nghệ và nguyên lý của các thiết bị chính gồm băng tải chính, băng tải nhánh, cảm biến màu, bộ nguồn và màn hình giám sát HMI. Tác giả trình bày cấu tạo chi tiết và nguyên lý hoạt động của PLC Mitsubishi FX1N-40MT (24 DI / 16 DO, tốc độ xử lý $0{,}08\ \mu\text{s/bước}$), bo mạch vi điều khiển Arduino Uno, cùng hệ thống các phần mềm chuyên dụng: phần mềm lập trình PLC GX Works 2 / GX Works 3, phần mềm thiết kế giao diện HMI AirSHIBuilder 8000 và môi trường lập trình vi điều khiển Arduino IDE.

Tính toán và lựa chọn thiết bị

Nội dung chương tập trung so sánh các giải pháp thiết kế điều khiển (IC số, vi điều khiển PIC18F4520 và PLC), từ đó lập luận việc chọn PLC Mitsubishi FX1N-40MT làm bộ xử lý trung tâm. Tác giả phân tích chi tiết thông số và lựa chọn:

  • Cảm biến vật cản E18-D80NK (thay thế bộ so sánh LM393 nhờ dải đo $3\text{--}80\text{cm}$ và ngõ ra NPN ổn định).
  • Cảm biến màu sắc TCS3200 với mảng $8 \times 8$ photodiode.
  • Động cơ giảm tốc DC JGB37-545 24VDC (công suất 28W, mô-men xoắn 20kg.cm, tốc độ 36RPM).
  • Xi lanh khí nén CJ2B10-75RZ (hành trình 75mm, áp suất 0.8MPa, lực đẩy 100–800N).
  • Rơ-le trung gian 8 chân, van khí nén đảo chiều 5/2, biến áp nguồn 15V 5A và màn hình cảm ứng HMI Weinview MT6070iP (7 inch, độ phân giải $800 \times 480$).

Thiết kế xây dựng hệ thống

Chương này xác định các điều kiện ràng buộc kỹ thuật và chỉ tiêu hoạt động của mô hình thực nghiệm:

  • Điện áp nguồn cấp: 220VAC.
  • Kích thước mô hình: $50\text{cm} \times 45\text{cm}$.
  • Áp suất bình chứa khí tự chế: $4\ \text{Par}$ (bar).
  • Tốc độ động cơ tối đa: 500 vòng/phút.
  • Sai số màu sản phẩm: $\pm 1%$.
  • Năng suất phân loại tối đa: 40 sản phẩm/phút.
  • Trọng lượng phôi thử nghiệm: 20g.

Tác giả hoàn thiện thiết kế phần cứng thông qua sơ đồ khối hệ thống điều khiển, sơ đồ đấu nối dây chi tiết giữa PLC với cảm biến/cơ cấu chấp hành, sơ đồ nguyên lý mạch nguồn chỉnh lưu - hạ áp và mạch chuyển đổi mức tín hiệu logic, kèm bản vẽ thiết kế mạch in PCB 2D và 3D.

Thuật toán điều khiển chương trình và mô phỏng kiểm chứng

Chương trình bày lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể của hệ thống, bao gồm quy trình quét trạng thái cảm biến cấp liệu, phân nhánh xử lý nhận diện tín hiệu màu (đỏ, vàng, xanh), kích hoạt trễ xi lanh gạt phôi tương ứng và cập nhật dữ liệu số lượng lên màn hình HMI. Tác giả tiến hành mô phỏng và chạy thử nghiệm thực tế để đánh giá tính đáp ứng và độ chính xác của chu trình điều khiển.

Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá tổng kết mức độ hoàn thành mục tiêu thiết kế của đề tài, nêu rõ những kết quả phần cứng và phần mềm đã đạt được trong phạm vi mô hình học tập, đồng thời chỉ ra các hạn chế và đề xuất giải pháp mở rộng hệ thống cho các nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng băng tải kích thước $50\text{cm} \times 45\text{cm}$ hoạt động ổn định với nguồn cấp 220VAC.
  • Tích hợp hoàn chỉnh hệ thống điều khiển sử dụng PLC Mitsubishi FX1N-40MT, kết nối 9 đầu vào và 6 đầu ra số.
  • Đạt năng suất phân loại tối đa 40 sản phẩm/phút đối với phôi chuẩn 20g, độ sai số nhận diện màu sắc duy trì ở mức $\pm 1%$.
  • Thiết kế và chế tạo thành công mạch in PCB (2D và 3D) cho khối cấp nguồn chỉnh lưu hạ áp và khối chuyển đổi tín hiệu logic.
  • Xây dựng giao diện HMI trực quan trên màn hình Weinview MT6070iP, cho phép điều khiển khởi động/dừng, theo dõi trạng thái I/O, đếm riêng biệt số lượng phôi đỏ, vàng và giám sát báo lỗi.

Đóng góp của đề tài

  • Đưa ra giải pháp kết nối phối hợp hiệu quả giữa cảm biến màu quang học TCS3200, mạch vi xử lý ghép nối và PLC công nghiệp FX1N-40MT để giải quyết bài toán phân loại sản phẩm theo màu sắc với chi phí hợp lý.
  • Xây dựng tài liệu thiết kế phần cứng hoàn chỉnh từ sơ đồ nguyên lý, bản vẽ mạch in PCB đến sơ đồ đấu nối I/O, đóng vai trò mô hình học cụ trực quan phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu thực hành trong các môn học Điện tử số, Tự động hóa và PLC tại Khoa Điện - Điện tử.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình chỉ mới dừng lại ở quy mô thử nghiệm phòng thí nghiệm, chưa được đánh giá độ bền và độ tin cậy trong môi trường rung động, bụi bẩn hoặc nhiệt độ khắc nghiệt của nhà xưởng công nghiệp thực tế.
  • Hệ thống cấp khí sử dụng bình chứa tự chế với áp suất giới hạn ở mức $4\ \text{Par}$ (bar), làm hạn chế tần số tác động và lực đẩy tối đa của xi lanh trong các chu kỳ làm việc liên tục kéo dài.
  • Cơ chế phân loại hiện tại chỉ xử lý được tối đa 3 màu sắc cố định (đỏ, vàng, xanh) và chưa tích hợp phân loại theo kích thước, hình dạng hay khối lượng của phôi.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tích hợp công nghệ xử lý ảnh công nghiệp (Industrial Camera/Vision Sensors) kết hợp thuật toán AI/ML để nhận diện đa dạng hình thái, khuyết tật bề mặt và kích thước sản phẩm phức tạp.
  • Nâng cấp hệ thống khí nén công nghiệp tiêu chuẩn nhằm tăng tốc độ đẩy phôi và nâng cao năng suất trên 40 sản phẩm/phút.
  • Mở rộng hệ thống truyền thông giám sát SCADA qua mạng công nghiệp (Ethernet/CC-Link) để thu thập dữ liệu và điều khiển tập trung từ xa theo định hướng công nghiệp 4.0.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, và Kỹ thuật Cơ điện tử:

  • Phần tính toán, lựa chọn thiết bị (Chương 2): Cung cấp bảng so sánh định lượng chi tiết giữa PLC và vi điều khiển PIC18F4520, giữa các dòng cảm biến tiệm cận hồng ngoại (E18-D80NK và LM393), giúp người đọc nắm vững phương pháp lựa chọn linh kiện theo yêu cầu kỹ thuật.
  • Phần phân bổ I/O và thiết kế mạch phần cứng (Chương 3): Cung cấp sơ đồ đấu nối dây PLC FX1N-40MT, nguyên lý mạch chuyển đổi logic và bản vẽ thiết kế mạch in PCB 2D/3D phục vụ trực tiếp việc tự chế tạo các mô hình băng tải thực hành.
  • Quy trình lập trình điều khiển và giám sát HMI (Chương 1 và Chương 4): Cung cấp cấu trúc vận hành chuẩn 5 bước và các bước xây dựng giao diện tương tác HMI Weinview qua phần mềm AirSHIBuilder 8000 kết hợp phần mềm lập trình GX Works 2.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm nào và có dung lượng I/O là bao nhiêu?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển logic lập trình PLC Mitsubishi FX1N-40MT tích hợp CPU Mitsubishi M340, tốc độ xử lý $0{,}08\ \mu\text{s/bước lệnh}$, bộ nhớ $8\ \text{KB RAM}$ và $32\ \text{KB EEPROM}$. Trong đồ án, hệ thống khai thác 9 cổng đầu vào số ($X0\text{--}X8$) và 6 cổng đầu ra số ($Y0\text{--}Y5$).

2. Cảm biến nào được lựa chọn để nhận diện màu sắc và nguyên lý hoạt động của nó là gì?
Đề tài sử dụng cảm biến màu sắc TCS3200 dựa trên công nghệ CMOS. Cảm biến gồm một mảng $8 \times 8$ photodiode tích hợp các bộ lọc màu đỏ, xanh lá, xanh dương và không lọc. Khi ánh sáng phản xạ từ sản phẩm chiếu vào, mảng photodiode sẽ chuyển đổi cường độ sáng thành tín hiệu xung vuông có tần số tỷ lệ để vi xử lý/PLC đọc và nhận diện.

3. Cơ chế phân loại 3 màu đỏ, vàng và xanh được thực hiện cụ thể như thế nào?
Khi phôi di chuyển trên băng tải qua vùng cảm biến: nếu là màu đỏ, PLC kích hoạt ngõ ra Y2 điều khiển van khí nén để xi lanh đẩy phôi vào khay đỏ và đếm phôi; nếu là màu vàng, PLC kích hoạt ngõ ra Y3 để xi lanh đẩy phôi vào khay vàng và đếm phôi; nếu là màu xanh, hệ thống không kích hoạt xi lanh nào và phôi xanh tiếp tục di chuyển thẳng về cuối băng tải.

4. Các thông số vận hành kỹ thuật chính của mô hình đạt được là bao nhiêu?
Mô hình có kích thước tổng thể $50\text{cm} \times 45\text{cm}$, vận hành với nguồn cấp 220VAC, sử dụng bình khí nén tự chế áp suất $4\ \text{Par}$ (bar), động cơ băng tải DC JGB37-545 công suất 28W (tốc độ tối đa 500 vòng/phút). Năng suất phân loại tối đa đạt 40 sản phẩm/phút đối với phôi nặng 20g, và sai số nhận diện màu sắc ở mức $\pm 1%$.

5. Màn hình HMI Weinview MT6070iP thực hiện những chức năng giám sát nào trong hệ thống?
Màn hình Weinview MT6070iP (7 inch, $800 \times 480$, cảm ứng điện trở) được kết nối với PLC qua cổng truyền thông RS-232/RS-485 để hiển thị trạng thái vận hành của cảm biến và xi lanh, hiển thị số lượng phôi từng màu đã được phân loại theo thời gian thực, đồng thời cung cấp các nút điều khiển ảo (Start/Stop) và thông báo lỗi.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả Lê Văn Sáng và Nguyễn Việt Đức đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX1N-40MT kết hợp cảm biến màu TCS3200, xi lanh khí nén CJ2B10-75RZ và màn hình HMI Weinview MT6070iP. Mô hình đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đề ra với năng suất phân loại đạt tối đa 40 sản phẩm/phút, độ sai số nhận diện màu sắc duy trì ở mức $\pm 1%$ đối với phôi tiêu chuẩn 20g. Toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bảng phân bổ I/O, bản vẽ mạch in PCB và quy trình vận hành 5 bước được trình bày có hệ thống, tạo tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng và phát triển các hệ thống phân loại tự động hóa trong thực tiễn.