Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các ngành công nghiệp nặng và nhẹ như khai thác khoáng sản, nhiệt điện, sản xuất xi măng, chế biến thực phẩm, may mặc, da giày và dịch vụ kho vận tại các bến cảng, sân bay đòi hỏi sự hỗ trợ liên tục của các hệ thống tự động hóa. Trong các dây chuyền sản xuất quy mô lớn, băng tải (băng chuyền) đóng vai trò là thiết bị vận chuyển liên tục vật liệu và sản phẩm qua các cự ly dài. Ưu điểm nổi bật của hệ thống băng tải là khả năng làm việc êm ái, năng suất vận chuyển cao, mức tiêu hao năng lượng vừa phải và khả năng kết nối linh hoạt giữa người lao động trực tiếp với các cụm máy móc tự động hóa.

Tuy nhiên, trong các dây chuyền sản xuất khép kín, việc đưa các sản phẩm nối tiếp nhau qua các khâu kỹ thuật (như sấy khô nhiệt độ cao, đóng gói, dán nhãn, kiểm tra chất lượng) đòi hỏi sản phẩm phải được duy trì một khoảng cách xác định và đồng đều. Nếu khoảng cách giữa các vật phẩm không được kiểm soát chính xác, quy trình sấy nhiệt hoặc đóng gói có thể bị gián đoạn, làm suy giảm chất lượng thành phẩm hoặc gây ùn tắc cục bộ. Do đó, việc nghiên cứu trang bị điện và tự động hóa truyền động nhằm kiểm soát, dãn khoảng cách sản phẩm trên băng chuyền là một yêu cầu kỹ thuật cấp thiết.

Đồ án tốt nghiệp đại học hệ chính quy ngành Điện Tự Động Công Nghiệp tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (năm 2018) của sinh viên Nguyễn Văn Cường, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Trọng Thắng, tập trung giải quyết các nhiệm vụ trọng tâm sau:

  1. Tổng hợp và phân tích cơ sở lý thuyết về công nghệ băng tải và các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống truyền động điện trong công nghiệp.
  2. Khảo sát, tính toán và lựa chọn các thiết bị phần cứng, linh kiện điều khiển và cảm biến phù hợp cho mô hình dãn khoảng cách sản phẩm quy mô nhỏ.
  3. Thiết kế cấu trúc phần cứng và xây dựng cơ sở phần mềm điều khiển trên nền tảng vi điều khiển họ 8051 để thực hiện chức năng định vị và dãn khoảng cách sản phẩm.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống truyền động điện băng tải liên tục và giải pháp ghép nối vi điều khiển 8051 với hệ thống cảm biến quang học, cảm biến đo góc quay (encoder) cùng động cơ điện một chiều. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế mô hình thực nghiệm cỡ nhỏ nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu học tập, tối ưu hóa chi phí linh kiện nhưng vẫn đảm bảo đầy đủ các nguyên lý điều khiển công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành:

  • Lý thuyết truyền động điện công nghiệp: Phân tích chế độ làm việc dài hạn với phụ tải ổn định của các thiết bị vận tải liên tục; xác định đặc tính mở máy và mô-men khởi động $M_{kđ} = (1{,}6 \div 1{,}8)M_{đm}$ đối với động cơ truyền động.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu băng tải: Tham chiếu các tiêu chuẩn công nghiệp như tiêu chuẩn băng tải chịu nhiệt HG2297-92 và tiêu chuẩn băng tải chống cháy dùng cho mỏ than MT/914-2002.
  • Kiến trúc phần cứng vi điều khiển: Ứng dụng cấu trúc máy tính của họ vi điều khiển 8-bit Intel 8051 (MCS-51), bao gồm sơ đồ phân bổ bộ nhớ Harvard (tách biệt không gian chương trình và dữ liệu), các cổng xuất nhập (I/O), hệ thống ngắt và tập thanh ghi chức năng đặc biệt SFR.
  • Nguyên lý cảm biến và đo lường: Ứng dụng cảm biến quang điện để phát hiện vật thể và bộ mã hóa xung vòng quay (Incremental Encoder) để xác định vị trí, chiều quay và vận tốc góc của trục truyền động.

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

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập số liệu kỹ thuật về các dòng băng tải thương mại, các giải pháp truyền động trong dây chuyền nhà máy (nhà máy xi măng, nhà máy sản xuất giày dép, hệ thống phân loại hành lý sân bay).
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán chọn lựa thông số nguồn cấp, động cơ DC 24V có giảm tốc, mạch hạ áp đa đầu ra và phân bổ tài nguyên chân I/O trên vi điều khiển 8051.
  • Phương pháp thực nghiệm mô hình: Lắp ráp mô hình vật lý quy mô nhỏ, kết nối hệ thống cảm biến phản hồi tín hiệu logic về chip vi điều khiển để kiểm chứng giải thuật điều khiển.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm các tài liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất băng tải (như China Zhongbo Gongkuang Machinery Co., Ltd do Công ty Cổ phần Công nghệ Mỏ và Luyện kim Việt Nam phân phối), thông số kỹ thuật linh kiện điện tử và dữ liệu đo đạc trực tiếp trên mô hình thí nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ băng tải

Chương này trình bày toàn diện về vai trò, phân loại, kết cấu vật liệu của các dòng băng tải công nghiệp và khảo sát các ứng dụng thực tế trong dây chuyền sản xuất:

Loại băng tải Đặc tính kỹ thuật cốt lõi Phạm vi ứng dụng tiêu biểu
Băng tải CC (Polyester Cotton) Cốt lõi sợi bông dệt dọc/ngang (TC-70, CC-56); 1-10 lớp vải; băng thông 100-1600mm; biến dạng nhỏ ở nhiệt độ cao. Vận chuyển cự ly ngắn, khối lượng nhỏ, vật liệu rời.
Băng tải EP (Polyester) Hệ số dãn dài thấp, chịu va đập tốt, kháng ẩm và chịu ăn mòn, độ bền gấp 2,5 - 9 lần cốt vải bông. Tuyến vận chuyển cự ly dài, môi trường độ ẩm cao.
Băng tải chịu nhiệt (HG2297-92) Chia làm 4 cấp: T1 ($\le 100^\circ\text{C}$, cực đại $150^\circ\text{C}$), T2 ($\le 125^\circ\text{C}$, cực đại $170^\circ\text{C}$), T3 ($\le 150^\circ\text{C}$, cực đại $200^\circ\text{C}$), T4 ($\le 175^\circ\text{C}$, cực đại $230^\circ\text{C}$). Vận chuyển than cốc, xi măng, xỉ nóng, xưởng đúc.
Băng tải chịu Axit và Kiềm Lớp phủ cao su/nhựa chuyên dụng kháng hóa chất trên cốt vải bông/nylon/polyester. Nhà máy hóa chất, phân bón, nhà máy sản xuất giấy.
Băng tải bố NN (Nylon) Thân băng mỏng, độ bền kéo cao, chịu tải trọng lớn và uốn dẻo tốt. Vận chuyển đường dài, tải trọng nặng, tốc độ cao.
Băng tải lòng máng & Băng tải nghiêng Tường nghiêng gợn sóng gắn nhiệt, vách ngăn cao 40-630mm; góc truyền $30^\circ - 90^\circ$; năng suất $1 - 6.000,\text{m}^3/\text{h}$; kích thước hạt đến 400mm. Chuyển vật liệu nghiêng/thẳng đứng, chống trượt rơi vãi bột, hạt, quặng.
Băng tải chống cháy (MT/914-2002) Gồm loại PVC (làm việc ở góc dốc khô $\le 16^\circ$) và PVG (góc dốc ẩm $\le 20^\circ$); chống tĩnh điện, kháng bắt lửa. Khai thác hầm mỏ than ngầm, môi trường dễ cháy nổ.

Chương 1 cũng khảo sát chi tiết ba hệ thống ứng dụng điển hình:

  • Dây chuyền sản xuất giày dép: Băng chuyền đưa giày qua buồng gia nhiệt sấy khô keo ở nhiệt độ $100^\circ\text{C}$. Yêu cầu hệ thống phải điều chỉnh linh hoạt giữa tốc độ băng tải và nhiệt độ lò sấy, đồng thời bố trí khoảng cách chiều dài băng đủ để hạ nhiệt trước khi công nhân tiếp nhận ở công đoạn hoàn thiện.
  • Dây chuyền nhà máy xi măng: Băng tải vận chuyển đất sét, đá vôi, quặng sắt, than đá từ cảng và mỏ nghiền đến các phễu (Hopper). Hệ thống liên kết với thiết bị xúc đổ Stacker (năng suất 150 - 300 tấn/h) và thiết bị cào Reclaimer (năng suất 100 - 350 tấn/h) để đồng nhất nguyên liệu trước khi nạp vào máy nghiền.
  • Hệ thống phân loại hành lý hàng không: Kết cấu các tấm hình thang hoặc lưỡi liềm khép kín, hoạt động ở dải tốc độ định mức $12 \div 24,\text{m/phút}$ theo hai chiều quay linh hoạt.

Về yêu cầu điều khiển truyền động điện, tác giả chỉ ra rằng băng tải hoạt động ở chế độ làm việc dài hạn với phụ tải hầu như không đổi. Đa số hệ thống không yêu cầu điều chỉnh tốc độ dải rộng (hoặc chỉ cần tỷ lệ điều chỉnh $D = 2:1$). Động cơ truyền động cần có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu nhằm đảm bảo mô-men khởi động $M_{kđ} = (1{,}6 \div 1{,}8)M_{đm}$ để mở máy êm ái khi đầy tải, đặc biệt các động cơ công suất lớn từ $30,\text{kW}$ trở lên cần nguồn cấp ổn định để tránh sụt áp lưới điện.

Chương 2: Các thiết bị sử dụng trong hệ thống

Chương 2 mô tả chi tiết các linh kiện phần cứng được tác giả lựa chọn để xây dựng mô hình thực nghiệm dãn khoảng cách sản phẩm:

  • Động cơ truyền động chính: Sử dụng 02 động cơ điện một chiều (DC Motor) điện áp định mức $24,\text{V DC}$, tốc độ quay cực đại đạt $200,\text{vòng/phút}$, có tích hợp hộp giảm tốc trục ra để kéo băng chuyền.
  • Biến áp nguồn đa đầu ra: Biến áp nhận nguồn vào lưới điện dân dụng $220,\text{V AC}$, cung cấp các mức điện áp thứ cấp xoay chiều gồm $6,\text{V}$, $9,\text{V}$, $18,\text{V}$ và $24,\text{V AC}$, dòng điện định mức $3,\text{A}$, đóng vai trò cấp nguồn hạ áp cho động cơ và các mạch chỉnh lưu nuôi mạch điều khiển.
  • Cảm biến quang học: Gồm 02 cảm biến quang loại 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây xuất tín hiệu logic về vi điều khiển). Cảm biến làm việc ở dải điện áp $6,\text{V} \div 36,\text{V DC}$, cự ly phát hiện vật cản $\le 30,\text{cm}$, làm nhiệm vụ nhận biết vị trí phôi sản phẩm đi qua các trạm trên băng tải.
  • Cảm biến đo góc quay (Encoder): Sử dụng loại Incremental Encoder (bộ mã hóa tương đối) cấp nguồn $5,\text{V DC}$, độ phân giải $200,\text{xung/vòng}$.

Trong chương này, tác giả phân tích sâu nguyên lý đĩa quang đục lỗ của encoder:

  • Mô hình 1 vòng xung: Sử dụng 1 vòng lỗ kèm cặp thu - phát quang, xuất ra 1 chuỗi xung đơn giúp đếm tần số để tính tốc độ động cơ nhưng nhược điểm là không xác định được chiều quay và vị trí góc gốc ban đầu.
  • Mô hình 2 vòng xung (cải tiến): Đục 2 vòng lỗ lệch pha nhau $90^\circ$ (pha A và pha B). Khi trục quay, việc so sánh thứ tự sớm/trễ pha giữa 2 xung cho phép xác định chính xác chiều quay thuận hay nghịch; đồng thời bố trí thêm 1 lỗ đơn ở vòng trong cùng (pha Z) để phát xung mốc khi động cơ quay đủ đúng 1 vòng tròn.
  • Tác giả cũng giới thiệu tổng quan về Absolute Encoder (bộ mã hóa tuyệt đối) và nêu thực trạng khó khăn của sinh viên khi tìm kiếm thay thế các cặp mắt quang rời trên thị trường.

Chương 3: Thiết kế phần cứng và phần mềm

Chương 3 tập trung phân tích vi điều khiển 8051 làm bộ xử lý trung tâm của hệ thống:

+-----------------------------------------------------------------------+
|                       VI ĐIỀU KHIỂN 8051 (40 CHÂN)                    |
|                                                                       |
|  +------------------+  +-------------------+  +--------------------+  |
|  |     PORT 0       |  |      PORT 1       |  |       PORT 2       |  |
|  | (Chân 32 - 39)   |  |   (Chân 1 - 8)    |  |   (Chân 21 - 28)   |  |
|  | I/O hoặc Bus Dồn |  |  Xuất/Nhập I/O    |  | I/O hoặc Bus Địa   |  |
|  | Kênh AD0 - AD7   |  |  Đơn thuần        |  | Chỉ Cao A8 - A15   |  |
|  +------------------+  +-------------------+  +--------------------+  |
|                                                                       |
|  +-----------------------------------------------------------------+  |
|  |                        PORT 3 (Chân 10 - 17)                    |  |
|  |  P3.0: RxD (B0H) - Nhận nối tiếp    P3.4: T0 (B4H) - Timer/Cnt 0|  |
|  |  P3.1: TxD (B1H) - Xuất nối tiếp    P3.5: T1 (B5H) - Timer/Cnt 1|  |
|  |  P3.2: INT0 (B2H) - Ngắt ngoài 0    P3.6: WR (B6H) - Ghi RAM ngo|  |
|  |  P3.3: INT1 (B3H) - Ngắt ngoài 1    P3.7: RD (B7H) - Đọc RAM ngo|  |
|  +-----------------------------------------------------------------+  |
|                                                                       |
|  +---------------------------+   +---------------------------------+  |
|  |     BỘ NHỚ TRONG          |   |       CÁC KHỐI CHỨC NĂNG        |  |
|  | - ROM Flash: 4 KB         |   | - ALU (Nhân/Chia 4us), Acc, B   |  |
|  | - RAM Nội: 128 Byte       |   | - 02 Timer/Counter 16-bit       |  |
|  |   * Bank R0-R7 (00H-1FH)  |   | - Bộ đệm UART SBUF              |  |
|  |   * Bit Address (20H-2FH) |   | - Thanh ghi trạng thái PSW      |  |
|  |   * RAM Đa Dụng (30H-7FH) |   | - Con trỏ ngăn xếp SP, DPTR 16b |  |
|  | - 21 SFRs (80H - FFH)     |   | - Khối điều khiển ngắt, tạo dao |  |
|  +---------------------------+   +---------------------------------+  |
+-----------------------------------------------------------------------+

Về tổ chức bộ nhớ, 8051 phân định rõ ràng hai không gian:

  • Bộ nhớ chương trình (ROM): Dung lượng tích hợp $4,\text{KB}$ trên chip, có khả năng mở rộng tối đa $64,\text{KB}$ qua bus ngoài (sử dụng tín hiệu điều khiển tích cực chân $\overline{\text{PSEN}}$). Địa chỉ bắt đầu khi khởi động CPU là 0000H. Địa chỉ vector ngắt mặc định được cố định trên ROM (ví dụ ngắt ngoài 0 đặt tại 0003H).
  • Bộ nhớ dữ liệu (RAM): RAM nội gồm $128,\text{Byte}$ thấp (địa chỉ 00H đến 7FH), chia thành 32 byte cho 4 dãy thanh ghi R0 - R7, 16 byte (20H - 2FH) tương ứng với 128 bit định địa chỉ trực tiếp, và 80 byte RAM đa dụng (30H - 7FH). Vùng địa chỉ cao từ 80H đến FFH chứa 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR.

Cấu trúc thanh ghi trạng thái chương trình (PSW - địa chỉ D0H) quản lý các cờ hoạt động hệ thống:

  • PSW.7 (CY): Cờ nhớ (Carry Flag), thiết lập khi có nhớ hoặc mượn ở bit cao nhất.
  • PSW.6 (AC): Cờ nhớ phụ (Auxiliary Carry), phục vụ cộng trừ số BCD.
  • PSW.5 (F0): Cờ người dùng tự định nghĩa.
  • PSW.4 và PSW.3 (RS1, RS0): Chọn 1 trong 4 dãy thanh ghi làm việc (00 chọn Bank 0 từ 00H-07H, 01 chọn Bank 1 từ 08H-0FH, 10 chọn Bank 2 từ 10H-17H, 11 chọn Bank 3 từ 18H-1FH).
  • PSW.2 (OV): Cờ tràn (Overflow Flag) khi xử lý số có dấu.
  • PSW.0 (P): Cờ kiểm tra tính chẵn lẻ của thanh ghi tích lũy A.

Về phần mềm, tác giả tổng hợp 46 tập lệnh cơ bản của họ vi điều khiển 8051:

  • Nhóm lệnh số học: ADD, ADDC, SUBB, INC, DEC, MUL AB, DIV AB, DA A (hiệu chỉnh thập phân BCD sau phép cộng).
  • Nhóm lệnh logic: ANL, ORL, XRL, CLR, CPL, cùng các lệnh quay vòng bit RL, RLC, RR, RRC và đảo 4-bit SWAP A.
  • Nhóm lệnh truyền dữ liệu: MOV (chuyển đổi đa dạng giữa thanh ghi, ô nhớ trực tiếp, gián tiếp và hằng số), MOVC (đọc bộ nhớ mã ROM ngoài), MOVX (đọc/ghi RAM ngoài 16-bit qua DPTR), thao tác ngăn xếp PUSH, POP và hoán đổi dữ liệu XCH, XCHD.
  • Nhóm lệnh xử lý bit: CLR C, SETB bit, CPL bit, ANL C, bit, ORL C, bit cho phép thao tác trực tiếp trên từng ngõ vào/ra điều khiển mà không cần qua mặt nạ byte phức tạp.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Hệ thống dãn khoảng cách sản phẩm được cấu trúc theo nguyên lý phối hợp giữa cảm biến phát hiện, bộ xử lý trung tâm và cơ cấu chấp hành:

[ Cảm Biến Quang 1 ] ----> (Ngõ vào logic) --+
[ Cảm Biến Quang 2 ] ----> (Ngõ vào logic) --|--> [ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 ]
[ Incremental Encoder ] -> (Ngắt / Timer) ---+            |
                                                          v
[ Động Cơ DC 24V - Băng Tải 1 ] <----------- (Mạch Lái Công Suất)
[ Động Cơ DC 24V - Băng Tải 2 ] <----------- (Mạch Lái Công Suất)

  1. Kiến trúc phần cứng:

    • Hai nhánh băng chuyền được kéo độc lập bởi 2 động cơ $24,\text{V DC}$ có hộp giảm tốc (tốc độ quay tối đa $200,\text{vòng/phút}$).
    • Nguồn động lực được hạ áp từ lưới điện $220,\text{V AC}$ qua biến áp đa đầu ra ($3,\text{A}$) và chỉnh lưu về $24,\text{V DC}$. Nguồn nuôi vi điều khiển và cảm biến logic được cách ly và ổn áp $5,\text{V DC}$.
    • Hai cảm biến quang điện đặt tại các vị trí đón sản phẩm trên băng tải nhằm xác định chính xác thời điểm phôi xuất hiện và thời điểm phôi rời khỏi trạm. Tín hiệu logic (mức cao/thấp) được kết nối trực tiếp vào các chân ngõ vào của Port 1 hoặc Port 3.
    • Encoder xung $200,\text{xung/vòng}$ gắn đồng trục với động cơ/con lăn băng tải, đưa xung phản hồi về chân định thời/bộ đếm (Timer 0 / Timer 1) hoặc chân ngắt ngoài của 8051 để xác định quãng đường dịch chuyển thực tế của sản phẩm.

  2. Giải pháp phần mềm và giải thuật:

    • Chương trình điều khiển được viết bằng hợp ngữ (Assembly) khai thác tập lệnh 8051.
    • Vi điều khiển đọc liên tục tín hiệu từ cảm biến quang 1. Khi sản phẩm thứ nhất đi qua, hệ thống kích hoạt đếm xung từ Encoder.
    • Nếu sản phẩm thứ hai xuất hiện quá gần sản phẩm thứ nhất (khoảng cách chưa đạt ngưỡng cài đặt), vi điều khiển kích hoạt tín hiệu điều khiển thay đổi tốc độ hoặc tạm dừng động cơ băng chuyền cấp phôi số 1 thông qua mạch điều khiển công suất, trong khi băng chuyền số 2 tiếp tục chạy để kéo dãn khoảng cách vật phẩm.
    • Khi tín hiệu xung encoder xác nhận sản phẩm đi trước đã đạt đủ khoảng cách an toàn, động cơ băng chuyền 1 được kích hoạt đồng tốc trở lại để đưa sản phẩm tiếp theo vào dây chuyền.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về các dòng băng chuyền công nghiệp hiện đại, bao gồm bảng phân cấp độ chịu nhiệt HG2297-92, tiêu chuẩn chống cháy mỏ than MT/914-2002 và các yêu cầu truyền động khởi động đồng tải $M_{kđ} = (1{,}6 \div 1{,}8)M_{đm}$.
  • Xây dựng thành công mô hình phần cứng thực nghiệm dãn khoảng cách sản phẩm sử dụng 2 động cơ DC $24,\text{V}$ (tốc độ $200,\text{vòng/phút}$), biến áp nguồn đa ngõ ra $3,\text{A}$, 2 cảm biến quang dải đo $\le 30,\text{cm}$ và Incremental Encoder $200,\text{xung/vòng}$ cấp nguồn $5,\text{V DC}$.
  • Làm rõ cấu trúc phân bổ bộ nhớ Harvard, chi tiết thanh ghi trạng thái PSW, sơ đồ chức năng 4 Port I/O và hệ thống 46 tập lệnh hợp ngữ của vi điều khiển 8051 phục vụ lập trình điều khiển nhúng trong công nghiệp.
  • Đề xuất giải pháp kiểm soát khoảng cách vật thể ứng dụng cảm biến quang kết hợp bộ đếm xung encoder, giúp sinh viên làm chủ kỹ thuật ghép nối ngoại vi với vi điều khiển với chi phí thực hiện thấp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo đánh giá của tác giả trong văn bản đồ án, công trình vẫn tồn tại một số hạn chế do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế:

  • Hệ thống chỉ mới dừng lại ở quy mô mô hình thí nghiệm nhỏ, sử dụng động cơ DC $24,\text{V}$ công suất thấp thay vì các động cơ xoay chiều công nghiệp ba pha công suất lớn.
  • Khó khăn trong việc tìm kiếm các linh kiện encoder quang học công nghiệp độc lập khiến mô hình phải sử dụng linh kiện thí sinh viên tự chế tạo/sưu tầm, các cặp mắt quang dễ gặp sự cố và thiếu linh kiện thay thế chuẩn hóa.
  • Tài liệu chưa mở rộng triển khai giao diện giám sát SCADA hoặc màn hình HMI công nghiệp để cài đặt thông số dãn cách trực quan.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài bao gồm:

  • Mở rộng nghiên cứu điều khiển hệ thống băng chuyền công nghiệp sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha kết hợp biến tần (Inverter) và điều khiển lập trình PLC.
  • Ứng dụng cảm biến công nghiệp chuyên dụng và Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder) để tăng cường độ chính xác định vị.
  • Tích hợp mạng truyền thông công nghiệp (như RS485/Modbus) để giám sát và đồng bộ nhiều tuyến băng tải liên hoàn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự Động Công Nghiệp, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa:

  • Cung cấp tài liệu tổng hợp đầy đủ về chủng loại, cấu tạo và tiêu chuẩn kỹ thuật của các hệ thống băng chuyền tải liên tục trong thực tế sản xuất.
  • Hướng dẫn phương pháp tiếp cận thiết kế phần cứng vi điều khiển 8051 từ sơ đồ chân, cấu trúc bộ nhớ trong/ngoài, quản lý thanh ghi đặc biệt đến cách sử dụng tập lệnh hợp ngữ.
  • Cung cấp mô hình tham khảo trực quan cho các đề tài môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến điều khiển động cơ DC, xử lý tín hiệu cảm biến quang và đọc xung Encoder.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài đồ án tốt nghiệp này được thực hiện bởi ai, tại đơn vị đào tạo nào và gồm mấy chương?
Đồ án do sinh viên Nguyễn Văn Cường (MSV: 1412102019, Lớp ĐC1801) thực hiện tại Khoa Điện - Trường Đại học Dân lập Hải Phòng vào năm 2018, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Trọng Thắng. Bố cục đồ án gồm 3 chương: Chương 1 (Tổng quan về công nghệ băng tải), Chương 2 (Các thiết bị sử dụng trong hệ thống), và Chương 3 (Thiết kế phần cứng và phần mềm).

2. Các thiết bị và thông số linh kiện chính được sử dụng trong mô hình phần cứng gồm những gì?
Mô hình sử dụng: 02 động cơ DC $24,\text{V}$ (tốc độ tối đa $200,\text{vòng/phút}$, có hộp giảm tốc); 01 biến áp nguồn đa đầu ra (vào $220,\text{V AC}$, ra $6,\text{V}, 9,\text{V}, 18,\text{V}, 24,\text{V AC}$, dòng định mức $3,\text{A}$); 02 cảm biến quang 3 dây (nguồn cấp $6,\text{V} \div 36,\text{V DC}$, khoảng cách tác động $\le 30,\text{cm}$); và 01 Incremental Encoder cấp nguồn $5,\text{V DC}$, độ phân giải $200,\text{xung/vòng}$.

3. Tại sao Encoder 2 vòng xung lệch pha 90 độ lại ưu việt hơn loại 1 vòng xung đơn?
Encoder 1 vòng xung chỉ tạo ra một chuỗi xung đơn, chỉ đếm được vận tốc mà không thể nhận biết được chiều quay của động cơ và không xác định được vị trí góc gốc ban đầu. Encoder 2 vòng xung đục lỗ lệch pha nhau $90^\circ$ cho phép so sánh pha để xác định chính xác chiều quay thuận hay ngược, đồng thời có thể kết hợp thêm 1 lỗ ở vòng trong cùng để định vị điểm gốc (phát 1 xung khi quay đủ đúng 1 vòng tròn).

4. Băng tải chịu nhiệt theo tiêu chuẩn HG2297-92 được phân thành những cấp độ nào?
Theo tiêu chuẩn HG2297-92 được nêu trong đồ án, băng tải chịu nhiệt gồm 4 loại: Loại T1 (chịu nhiệt độ thử nghiệm $\le 100^\circ\text{C}$, cực đại ngắn hạn $150^\circ\text{C}$), Loại T2 ($\le 125^\circ\text{C}$, cực đại $170^\circ\text{C}$), Loại T3 ($\le 150^\circ\text{C}$, cực đại $200^\circ\text{C}$), và Loại T4 ($\le 175^\circ\text{C}$, cực đại ngắn hạn $230^\circ\text{C}$).

5. Vi điều khiển 8051 có bao nhiêu chân I/O và cổng Port 3 đảm nhiệm những chức năng đặc biệt nào?
Vi điều khiển 8051 có 40 chân với 32 chân dành cho 4 cổng xuất nhập 8-bit (P0, P1, P2, P3). Trong đó, Port 3 (P3.0 đến P3.7) ngoài chức năng I/O thông thường còn đảm nhiệm các chức năng chuyên dụng: nhận/xuất dữ liệu nối tiếp UART (RxD - P3.0, TxD - P3.1), hai ngõ vào ngắt ngoài (\INT0 - P3.2, \INT1 - P3.3), ngõ vào bộ đếm thời gian Timer/Counter (T0 - P3.4, T1 - P3.5), và tín hiệu điều khiển ghi/đọc bộ nhớ ngoài (\WR - P3.6, \RD - P3.7).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống dãn khoảng cách sản phẩm bằng vi điều khiển 8051" của sinh viên Nguyễn Văn Cường đã hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu và thiết kế đề ra ban đầu. Tác giả đã tổng hợp sâu sắc cơ sở lý thuyết về công nghệ băng tải công nghiệp, đồng thời xây dựng thành công cấu hình phần cứng mô hình thực nghiệm với các thông số kỹ thuật chuẩn xác. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn và tính sư phạm cao cho sinh viên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp trong việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển họ MCS-51 vào các bài toán tự động hóa dây chuyền sản xuất.