Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, tự động hóa đóng vai trò then chốt nhằm giảm nhẹ sức lao động của con người, nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa giá thành sản xuất. Việc tiêu chuẩn hóa chi tiết và dây chuyền lắp ráp tự động đòi hỏi các hệ thống vận hành có độ chính xác cao và tính lặp lại ổn định. Trong đó, kỹ thuật điều khiển logic lập trình (PLC) đã thay thế hiệu quả các cơ cấu điều khiển bằng cam hoặc mạch rơ-le truyền thống cồng kềnh, mang lại khả năng tùy biến linh hoạt cho các quy trình công nghiệp.

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đồ án "Bộ điều khiển khả trình và tự động hóa hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc" được sinh viên Lê Bá Tuấn (lớp 67MEC2, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Hữu Công vào năm 2024. Đề tài tập trung giải quyết bài toán phân loại sản phẩm tự động dựa trên tín hiệu nhận biết màu sắc để nâng cao tính cạnh tranh và giảm thiểu sai sót so với phương pháp phân loại thủ công.

Mục tiêu tổng quát của nghiên cứu là thiết kế hoàn chỉnh hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo màu sắc (cụ thể là hai màu đen và trắng) sử dụng PLC làm bộ điều khiển trung tâm kết hợp với cơ cấu truyền động khí nén và hệ thống cảm biến công nghiệp. Tác giả xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Lựa chọn bộ điều khiển PLC phù hợp với yêu cầu công nghệ của hệ thống.
  2. Xây dựng thuật toán và viết chương trình PLC điều khiển toàn bộ chu trình phân loại.
  3. Thiết kế và vẽ sơ đồ mạch điện chi tiết (bao gồm mạch động lực và mạch điều khiển).
  4. Viết chương trình thiết kế giao diện người - máy HMI phục vụ công tác giám sát và vận hành.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo màu sắc với sản phẩm mẫu giả định có dạng hình cầu, đường kính 10 cm và khối lượng 5 kg. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc tính toán thiết kế cơ khí - khí nén, lựa chọn thiết bị điện - cảm biến, thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển I/O và cấu hình hệ thống PLC tại Bộ môn Điện kỹ thuật, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp sau:

  • Kỹ thuật điều khiển khả trình (PLC): Nguyên lý thu thập tín hiệu ngõ vào (Input), xử lý logic theo chu kỳ quét và xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra (Output) để vận hành cơ cấu chấp hành.
  • Lý thuyết cảm biến công nghiệp: Nguyên lý tán xạ và phản xạ quang học hội tụ của cảm biến nhận diện màu sắc đa kênh (RGB); nguyên lý cảm biến tiệm cận quang hồng ngoại phát hiện vật thể; nguyên lý cảm biến từ trường (reed switch) xác định vị trí piston trong xi lanh khí nén.
  • Cơ sở tính toán cơ học và truyền động khí nén: Công thức rơi tự do xác định thời gian phôi di chuyển $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$; phương trình cân bằng lực và tính toán diện tích làm việc của piston $F = m \cdot g$, $A = \frac{F}{P}$; công thức tính lưu lượng khí nén tiêu thụ theo chu kỳ $Q = A \cdot L \cdot z \cdot n$.
  • Tiêu chuẩn thiết kế mạch và bảo vệ khí cụ điện: Tiêu chuẩn IEC 60898 áp dụng cho thiết bị đóng cắt hạ thế (MCB), phương pháp tính dòng phụ tải điện áp xoay chiều và một chiều kèm hệ số dự phòng an toàn ($K_{at} = 1{,}3$).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả triển khai bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - so sánh: Đối chiếu ưu, nhược điểm giữa phương pháp phân loại thủ công và tự động; so sánh các dòng PLC cùng phân khúc trên thị trường (Mitsubishi FX3U và Omron CP2E) để chọn giải pháp tối ưu.
  • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Tính toán tải trọng, áp lực khí nén, chọn đường kính và hành trình xi lanh; tính toán công suất phụ tải để chọn bộ nguồn DC 24V; tính toán dòng định mức để chọn aptomat, contactor, rơ-le nhiệt và máy nén khí.
  • Phương pháp thiết kế sơ đồ nguyên lý: Thiết lập bản vẽ mạch động lực 3 pha 380V cho máy nén khí và bản vẽ mạch điều khiển Input/Output kết nối giữa các cảm biến, nút bấm, cuộn coil van điện từ với PLC.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án là các thông số kỹ thuật thực nghiệm từ bảng tra (Datasheet/Catalog) của các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp: Omron, Mitsubishi Electric, SMC, AirTAC, Autonics, Schneider Electric, LS Industrial Systems và Pegasus.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được thiết kế bao gồm các cụm chức năng chính: cụm cấp phôi và chứa sản phẩm, cụm chấp hành khí nén, cụm cảm biến đo lường và khối điều khiển trung tâm PLC.

Cụm chức năng Thiết bị lựa chọn Thông số kỹ thuật chính Chức năng trong hệ thống
Bộ điều khiển trung tâm Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A 16 In / 16 Out, bộ nhớ 64k bước, tốc độ 0,065 µs/lệnh Thu nhận tín hiệu cảm biến, xử lý logic và điều khiển van khí nén
Bộ nguồn một chiều Omron S8VK-C12024 24VDC - 5A, công suất 120W, nguồn vào 100-240VAC Cấp nguồn DC cho PLC, cảm biến và cuộn hút van điện từ
Cảm biến màu sắc Autonics BC15-LDT-C Nguồn 12-24VDC, phản xạ hội tụ 15mm, đáp ứng 500 µs Phân biệt màu đen và trắng của sản phẩm khi qua vị trí đo
Cảm biến phát hiện vật Omdhon E3F-DS30C4 (2 bộ) NPN 6-36VDC, khoảng cách 5-30cm, dòng tải 300mA Phát hiện vật thể tại khoang chứa 1 và xác nhận rơi tại khoang 2
Cảm biến vị trí xi lanh SMC D-A93 (4 bộ) Loại Reed switch, 24VDC - 40mA, chuẩn IP67 Báo trạng thái giới hạn hành trình của xi lanh 1 ($S_1, S_2$) và xi lanh 2 ($S_3, S_4$)
Xi lanh khí nén SMC CDQ2B32-100DZ (2 bộ) Đường kính nòng 32mm, hành trình 100mm, áp suất 0,1-1,0 MPa Xi lanh 1 đẩy sản phẩm; xi lanh 2 dịch chuyển khoang chứa 2
Van đảo chiều khí nén AirTAC 4V220-08 (2 bộ) Van 5/2 hai đầu coil 24VDC, áp suất 0,15-0,8 MPa, ren PT1/4" Đóng ngắt và chuyển hướng dòng khí nén cấp cho 2 xi lanh
Máy nén khí cấp nguồn Pegasus TMPM10A Trục vít 10HP (7,5 kW), 380V/50Hz, 8-10 bar, 1,2 $m^3$/phút Tạo áp suất khí nén 5 bar liên tục cấp cho toàn bộ hệ thống
Khí cụ bảo vệ mạch lực LS BKN 3P 20A / Schneider LC1D18M7 / Schneider LRD21 MCB 3 cực 20A (6kA), Contactor 18A (7,5kW), Rơ-le nhiệt 12-18A Đóng cắt và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho động cơ máy nén khí
Bảo vệ mạch điều khiển Schneider A9F74101 iC60N MCB 1P 1A, dòng cắt ngắn mạch 6kA, điện áp 230VAC Bảo vệ ngắn mạch và quá dòng cho bộ nguồn DC và PLC

Bố trí phân bổ cổng vào/ra (I/O) trên PLC

Hệ thống sử dụng tổng cộng 9 tín hiệu đầu vào và 3 tín hiệu đầu ra:

  • 9 Đầu vào (Inputs): Nút nhấn Start, Nút nhấn Stop, Cảm biến hành trình xi lanh 1 ($S_1, S_2$), Cảm biến hành trình xi lanh 2 ($S_3, S_4$), Cảm biến nhận diện màu sắc, Cảm biến phát hiện vật 1 (khoang 1), Cảm biến phát hiện vật 2 (khoang 2).
  • 3 Đầu ra (Outputs): Cuộn hút van điện từ điều khiển Xi lanh 1, Cuộn hút van điện từ điều khiển Xi lanh 2, Đèn báo trạng thái hoạt động.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm

Chương 1 phân tích bối cảnh phát triển của tự động hóa và vai trò thay thế sức lao động con người trong khâu đóng gói, phân loại. Tác giả tiến hành phân tích so sánh giữa phương pháp thủ công và phương pháp tự động:

Tiêu chí Phân loại sản phẩm thủ công Phân loại sản phẩm tự động
Nguyên lý hoạt động Công nhân dùng thiết bị đo kiểm thủ công, phân loại và xếp vào hộp, dán băng keo. Sản phẩm đi trên băng chuyền/khoang dẫn, cảm biến nhận diện đặc tính, xi lanh đẩy tự động.
Ưu điểm Chi phí đầu tư thấp, hạn chế rủi ro hệ thống, tạo việc làm cho người lao động. Tốc độ nhanh, độ chính xác cao, vận hành ổn định, tiết kiệm nhân công, độ bền tính bằng năm.
Nhược điểm Phụ thuộc trình độ công nhân, dễ sai sót do mệt mỏi, tốc độ chậm, chi phí nhân công cao. Chi phí đầu tư ban đầu cao, đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ, nguy cơ gián đoạn do lỗi phần mềm.

Từ phân tích trên, tác giả đề xuất giải pháp thiết kế "Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc" với quy trình hoạt động gồm 4 cụm: Bảng điều khiển (Start, Stop, Đèn báo), Cảm biến (Vật 1, Vật 2, $S_1 \div S_4$, Cảm biến màu), Cơ cấu xi lanh khí nén (Xi lanh 1, Xi lanh 2) và Cụm khoang chứa (Khoang chứa 1 dung tích phôi, Khoang chứa 2 tiếp nhận sản phẩm phân loại).

Chu trình làm việc được xác lập: Nhấn Start $\rightarrow$ Hệ thống kiểm tra phôi tại khoang chứa 1 $\rightarrow$ Cảm biến màu nhận diện màu sắc $\rightarrow$ Xi lanh 2 dịch chuyển khoang chứa 2 về vị trí tương ứng $\rightarrow$ Xi lanh 1 đẩy sản phẩm rơi xuống khoang chứa 2 $\rightarrow$ Cảm biến vật 2 và các cảm biến hành trình $S_1 \div S_4$ xác nhận hoàn thành $\rightarrow$ Hệ thống lặp lại chu trình tự động cho đến khi hết sản phẩm.

Chương 2: Lựa chọn thiết bị và cảm biến cho hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Chương 2 trình bày toàn bộ các phép tính toán kỹ thuật và căn cứ lựa chọn từng phần tử phần cứng:

  • Thiết kế khoang chứa 1: Cấu trúc hình trụ nón chế tạo bằng thép không gỉ hoặc nhựa công nghiệp; dung tích chứa 1200 lít, đường kính bồn 110 cm, chiều cao 120 cm, đường kính ống thông dẫn sản phẩm 12 cm.
  • Tính toán tải cơ khí và xi lanh khí nén: Với sản phẩm cầu có $m = 5\text{ kg}$, lực cần thiết để dịch chuyển vật là $F = m \cdot g = 5 \times 9{,}81 = 49{,}05\text{ N}$. Tại áp suất làm việc $P = 5\text{ bar}$ ($500.000\text{ Pa}$), diện tích piston yêu cầu tối thiểu là $A = \frac{49{,}05}{500.000} \approx 0{,}98\text{ }cm^2$. Tác giả lựa chọn xi lanh SMC CDQ2B32-100DZ có đường kính trong $d = 32\text{ mm}$ (diện tích thực tế $A = \pi \times 1{,}6^2 \approx 8{,}04\text{ }cm^2$), tạo lực đẩy danh định $F = 500.000 \times 8{,}04 \times 10^{-4} = 402\text{ N}$ (tương đương nâng tải $\approx 41\text{ kg}$), đáp ứng hệ số dư tải an toàn cao.
  • Tính toán nguồn cấp 24VDC: Tổng dòng điện tiêu thụ của các thiết bị DC gồm PLC (35W / 1,45A), cảm biến màu Autonics BC15-LDT-C (3W / 0,125A), cảm biến từ SMC D-A93 (1W / 0,168A), cảm biến quang OMDHON E3F-DS30C4 (0,125A), 2 van điện từ LAIZE/AirTAC 4V220-08 (4,8W / 0,4A). Tổng dòng tải danh định là 2,32A (công suất $P_{yc} \approx 70{,}32\text{ W}$). Áp dụng hệ số an toàn $20-30%$, tác giả chọn bộ nguồn Omron S8VK-C12024 (24VDC - 5A, 120W, hiệu chỉnh áp $-10%$ đến $+15%$, trọng lượng 580g).
  • Tính chọn máy nén khí trục vít: Với 2 xi lanh hành trình $L = 100\text{ mm}$, diện tích piston $A = 8{,}04\text{ }cm^2$, chu kỳ 40 lần/phút, tác giả tính toán lưu lượng khí cấp và chọn máy nén khí trục vít Pegasus TMPM10A công suất 10HP (7,5 kW, 3 pha 380V/50Hz, lưu lượng $1{,}2\text{ }m^3\text{/phút}$, áp suất làm việc 8-10 bar, trọng lượng 215 kg).
  • Tính toán khí cụ điện bảo vệ:
    • Mạch lực máy nén khí ($P = 7500\text{ W}, U = 380\text{ V}, \eta = 0{,}85$): Dòng tải tính toán $I = 13{,}4\text{ A}$. Dòng chọn aptomat $I_{at} = 13{,}4 \times 1{,}3 = 17{,}42\text{ A} \rightarrow$ Chọn MCB LS BKN 3P 20A (dòng cắt 6kA). Chọn Contactor Schneider LC1D18M7 (dòng định mức 18A) và Rơ-le nhiệt Schneider LRD21 (dải bảo vệ 12-18A).
    • Mạch điều khiển nguồn ($P = 120\text{ W}, U = 220\text{ V}, \eta = 0{,}85$): Dòng tiêu thụ $I = 0{,}54\text{ A}$. Dòng chọn aptomat $I_{at} = 0{,}54 \times 1{,}3 = 0{,}7\text{ A} \rightarrow$ Chọn MCB Schneider A9F74101 iC60N 1P 1A (dòng cắt 6kA).

Chương 3: Lựa chọn PLC và thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 3 đi sâu vào việc so sánh lựa chọn bộ điều khiển trung tâm và xây dựng bản vẽ nguyên lý mạch điện:

  • So sánh lựa chọn thiết bị PLC:
Tiêu chí so sánh Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A Omron CP2E-E30DR-A
Khả năng mở rộng I/O Tối đa 256 I/O cục bộ, lên đến 384 I/O qua mạng CC-Link; hỗ trợ 10 module adapter bus. Tối đa 180 I/O khi kết hợp module mở rộng.
Tích hợp truyền thông Tích hợp cổng lập trình RS-422, hỗ trợ mở rộng USB, RS-485 và Ethernet. Tích hợp sẵn cổng RS-232C và RS-485 trên thân máy.
Tốc độ xử lý lệnh Tốc độ cao 0,065 µs/lệnh logic cơ bản; 209 tập lệnh tích hợp. Tốc độ 0,1 µs/lệnh cơ bản, đáp ứng ứng dụng tiêu chuẩn.
Phần mềm lập trình GX Works2 (hỗ trợ Ladder, Structured Text). CX-Programmer / Sysmac Studio.
Đánh giá phù hợp Khả năng mở rộng lớn, xử lý nhanh, bộ nhớ chương trình lớn (64.000 bước). Thiết kế nhỏ gọn, tối ưu cho các hệ thống quy mô nhỏ.

Căn cứ vào cấu hình yêu cầu thực tế của hệ thống là 9 đầu vào và 3 đầu ra, tác giả quyết định chọn PLC Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A (16 In / 16 Out) nhằm đảm bảo tốc độ phản hồi nhanh, dung lượng bộ nhớ dồi dào và sẵn sàng mở rộng thêm cảm biến trong tương lai.

  • Thiết kế mạch điện: Thiết lập chi tiết sơ đồ mạch động lực cấp nguồn 3 pha 380V qua hệ thống bảo vệ (MCB BKN 3P $\rightarrow$ Contactor LC1D18M7 $\rightarrow$ Rơ-le nhiệt LRD21 $\rightarrow$ Động cơ máy nén khí) và sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Input (đấu nối 9 cổng tín hiệu vào các chân X của PLC) cùng mạch Output (đấu nối cuộn coil van 4V220-08 và đèn báo vào các chân Y của PLC).

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Xác lập đầy đủ hệ thống tính toán kỹ thuật cho mô hình phân loại sản phẩm mẫu 5 kg với độ tin cậy cao: Xi lanh SMC CDQ2B32-100DZ sinh lực đẩy 402 N (vượt tải gấp 8 lần trọng lượng phôi); Bộ nguồn Omron 120W cấp dòng 5A ổn định cho tải 2,32A; Hệ thống bảo vệ mạch lực đóng cắt an toàn tại ngưỡng 20A/6kA và bảo vệ nhiệt 12-18A.
  • Hoàn thành thiết kế cấu hình phần cứng điều khiển trung tâm sử dụng PLC Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A với 9 ngõ vào và 3 ngõ ra, tích hợp cảm biến màu Autonics BC15-LDT-C có thời gian đáp ứng 500 µs giúp tối ưu hóa thời gian nhận diện phôi.
  • Thiết lập hoàn chỉnh hệ thống sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển liên kết đồng bộ giữa khí nén, cảm biến và thiết bị logic.

Giải pháp và đề xuất của tác giả

  • Ứng dụng giải pháp cơ cấu hai xi lanh độc lập: Xi lanh 1 đảm nhiệm việc cấp phôi theo phương thẳng đứng và xi lanh 2 dịch chuyển khoang tiếp nhận theo phương ngang tương ứng với màu sắc nhận diện, giúp giảm thiểu độ phức tạp cơ khí so với hệ thống nhiều nhánh băng chuyền.
  • Đề xuất đồng bộ hóa cấp điện áp 24VDC cho toàn bộ cảm biến quang, cảm biến từ và van điện từ, giúp tủ điện vận hành an toàn và chống nhiễu công nghiệp.

Đóng góp về mặt học thuật và kỹ thuật

  • Chuẩn hóa quy trình tính toán chọn lựa thiết bị cơ điện - khí nén từ khâu xác định tải trọng thực tế, tính diện tích piston, tính lưu lượng khí nén, dòng điện tiêu thụ đến việc chọn thiết bị bảo vệ theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 60898.
  • Chứng minh tính ưu việt của giải pháp điều khiển lập trình PLC so với các hệ thống mạch logic dùng rơ-le rời về độ bền, kích thước tủ điện và khả năng mở rộng chức năng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án mới tập trung vào phần tính toán lý thuyết, lựa chọn thiết bị phần cứng và thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện; chưa trình bày kết quả lắp ráp thực nghiệm mô hình thực tế và số liệu kiểm thử vận hành chu trình phân loại trong văn bản.
    • Phạm vi nhận diện màu sắc của hệ thống hiện tại mới dừng lại ở việc phân biệt 2 màu cơ bản (đen và trắng) trên một quy cách sản phẩm giả định dạng hình cầu cố định ($d = 10\text{ cm}, m = 5\text{ kg}$).
    • Trong nội dung tài liệu chưa thể hiện chi tiết lưu đồ thuật toán, mã chương trình điều khiển dạng Ladder trên GX Works2 và giao diện thiết kế giám sát HMI như đã nêu ở mục tiêu ban đầu.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiến hành gia công cơ khí, lắp ráp tủ điện và hoàn thiện mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh để kiểm chứng độ chính xác phân loại theo thời gian thực.
    • Lập trình hoàn chỉnh tập lệnh điều khiển trên phần mềm GX Works2 và thiết kế giao diện HMI giám sát trạng thái hệ thống.
    • Nâng cấp thuật toán và cấu hình cảm biến để mở rộng khả năng phân loại cho nhiều dải màu sắc phức tạp hơn và nhiều hình dạng phôi sản phẩm khác nhau.

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 Cơ điện tử, Tự động hóa, Kỹ thuật Điện và Cơ khí chế tạo máy:

  • Phần tính toán kỹ thuật (Chương 2): Cung cấp phương pháp mẫu rõ ràng, mạch lạc về cách tính lực đẩy piston, tính chọn đường kính xi lanh khí nén, tính lưu lượng máy nén khí và tính toán phụ tải dòng điện để chọn bộ nguồn DC cũng như khí cụ đóng cắt bảo vệ (MCB, Contactor, Rơ-le nhiệt).
  • Phần lựa chọn thiết bị và so sánh PLC (Chương 3): Cung cấp các tiêu chí so sánh thực tế giữa hai dòng PLC công nghiệp phổ biến (Mitsubishi FX3U và Omron CP2E), hỗ trợ người làm đồ án tương tự có căn cứ xác đáng khi chọn thiết bị điều khiển và phân bổ địa chỉ vào/ra (I/O).

Câu hỏi thường gặp

1. Tác giả lựa chọn dòng PLC nào để điều khiển hệ thống và dựa trên những căn cứ kỹ thuật nào?
Tác giả lựa chọn PLC Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A. Căn cứ lựa chọn dựa trên cấu hình 16 ngõ vào và 16 ngõ ra (đáp ứng dư dả nhu cầu 9 In / 3 Out của hệ thống), tốc độ xử lý nhanh (0,065 µs/lệnh logic), bộ nhớ chương trình lớn 64.000 bước, khả năng mở rộng tối đa lên tới 384 I/O qua mạng CC-Link và hỗ trợ lập trình thuận tiện trên phần mềm GX Works2.

2. Các thông số tính toán tải trọng và kích thước của xi lanh khí nén được xác định ra sao?
Với sản phẩm mẫu khối lượng 5 kg ($F = 49{,}05\text{ N}$) và áp suất làm việc 5 bar, diện tích piston yêu cầu tối thiểu là $0{,}98\text{ }cm^2$. Tác giả chọn xi lanh SMC CDQ2B32-100DZ có đường kính trong nòng 32 mm ($A \approx 8{,}04\text{ }cm^2$), hành trình 100 mm, tạo ra lực đẩy danh định 402 N (tương đương nâng tải $\approx 41\text{ kg}$), đảm bảo độ an toàn vượt tải cho hệ thống.

3. Hệ thống sử dụng những loại cảm biến nào và đảm nhiệm chức năng gì trong chu trình phân loại?
Hệ thống sử dụng 3 nhóm cảm biến chính: Cảm biến màu quang học phản xạ hội tụ Autonics BC15-LDT-C (khoảng cách phát hiện 15mm, đáp ứng 500 µs) dùng phân biệt màu đen/trắng; 2 cảm biến hồng ngoại Omdhon E3F-DS30C4 (khoảng cách 5-30cm) phát hiện phôi tại khoang chứa 1 và khoang chứa 2; 4 cảm biến từ SMC D-A93 gắn trên thân xi lanh để phản hồi trạng thái hành trình ($S_1, S_2$ cho xi lanh 1 và $S_3, S_4$ cho xi lanh 2).

4. Khí cụ điện bảo vệ cho mạch động lực và mạch điều khiển được tính chọn với thông số nào?
Mạch động lực máy nén khí 7,5 kW (dòng tính toán 13,4A) sử dụng Aptomat LS BKN 3P 20A (dòng cắt 6kA), Contactor Schneider LC1D18M7 (18A) và Rơ-le nhiệt Schneider LRD21 (dải bảo vệ 12-18A). Mạch điều khiển nguồn 120W (dòng tính toán 0,54A) sử dụng Aptomat Schneider iC60N 1P 1A (dòng cắt 6kA) kết hợp bộ nguồn một chiều Omron S8VK-C12024 (24VDC - 5A).

5. Chu trình vận hành phân loại của hệ thống diễn ra theo các bước tuần tự nào?
Khi nhấn nút Start, hệ thống kích hoạt cảm biến kiểm tra phôi tại khoang chứa 1; cảm biến màu Autonics nhận diện màu sắc sản phẩm; PLC điều khiển xi lanh 2 di chuyển khoang chứa 2 đến vị trí tương ứng; xi lanh 1 đẩy sản phẩm rơi xuống khoang chứa 2; cảm biến vật 2 và các cảm biến từ xác nhận chu trình hoàn tất; hệ thống lặp lại quá trình cho đến khi hết sản phẩm trong khoang 1 hoặc khi nhấn nút Stop.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Bá Tuấn đã hoàn thành việc tính toán, thiết kế toàn diện hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi FX3U-32MR/ES-A và cơ cấu chấp hành khí nén SMC. Nghiên cứu cung cấp các luận cứ kỹ thuật chặt chẽ trong việc tính chọn thiết bị cơ khí, cảm biến quang học, khí cụ đóng cắt bảo vệ điện và xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển I/O. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị cao về mặt phương pháp luận và kỹ thuật thiết kế hệ thống tự động hóa công nghiệp quy mô vừa và nhỏ.