Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Chiết Rót Nước Giải Khát

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay quá trình tự động hóa trong cơng nghiệp là hết sức quan trọng đối
với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật…thì tự
động hóa khơng còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc
hầu như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã
giảm hẳn và thay vào đó là những lao động chun mơn, những kỹ sư có tay
nghề.
Là những sinh viên theo học chun ngành “Tự động hóa cơng nghiệp”
cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền cơng nghiệp nước nhà,
em muốn được nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có
nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ
tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn
đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót nước giải khát”

Page 1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Page 2


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Cơ sở lý thuyết
1.1.1. Băng tải.
Một hệ thống đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ sở sản xuất tiết
kiệm sức lao động, nhân công, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt đó chính là băng tải,
băng chuyền.
Hiểu một cách đơn giản nhất thì có thể hiểu băng tải là một cơ chế hoặc máy

có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi …) hoặc số lượng lớn vật liệu
(đất, bột, thực phẩm …) từ một điểm A đến điểm B.
Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có
tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong
sản xuất với mọi khoảng cách .
Vậy hệ thống băng chuyền là một trong những bộ phận quan trọng trong dây
chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy. Góp phần tạo nên một mơi
trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả
kinh tế cao.
1.1.1.1. Cấu tạo của băng tải.
* Thành phần cấu tạo
- Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ.
- Bộ con lăn, truyền lực chủ động.
- Hệ thống khung đỡ con lăn.
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn.
1.1.1.2. Vật liệu làm băng tải.
Có thể làm từ những vật liệu sau.
- Lưới: chịu được nhiệt, ít bị ăn mịn, ít chịu ảnh hưởng của mơi trường, nhẹ
nhàng, bền.

Page 3


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
- Dạng thảm: bên trong phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy
băng tải là vật liệu làm bằng lớp in được tết với nhau bên ngồi có phủ lớp silicol
dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao được nhập ngoại được sử dụng trong máy
móc địi hỏi độ chính xác cao và u cầu cơng nghệ cao.
- Ngoài ra cịn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, …
- Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm – 15mm, thơng thường khi tháo lắp

hoặc thay thế thì các máy móc, thiết bị thường đi kèm các thiết bị gas lắp riêng. Tất
cả các băng tải khi dường máy đều có động cơ để kéo trùng băng tải để bảo vệ băng
tải không bị giãn, không bị nứt hoặc căng bề mặt.
1.1.1.3. Phân loại và quy mô sử dụng.
* Từ cầu tạo và chức năng của băng tải được phân thành các loại chính sau
Hình 1. Băng tải dạng thảm
- Băng tải dạng thảm: lắp đặt dễ dàng

- Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng

Page 4


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Hình 1. Băng tải xích

- Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC,
băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.

Page 5


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Hình 1. Băng tải con lăn
- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa ở những độ cao khác nhau.

Hình 1. Băng tải đứng

- Băng tải xoắn ốc

Hình 1. Băng tải xoắn ốc

Page 6


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

- Băng tải linh hoạt
Hình 1. Băng tải linh hoạt

- Băng tải rung

Page 7


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Hình 1. Băng tải rung

* Kết luận: Để đáp ứng được yêu cầu đề tài đưa ra chúng em chọn băng tải thẳng
dạng thảm.
1.1.2. Động cơ.
1.1.2.1. Động cơ điện xoay chiều.
Hình 1. Động cơ xoay chiều

* Ưu điểm của động điện cơ xoay chiều:

Page 8


ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH 2

+
+
+
+
+

Ít phải bảo dưỡng do khơng có cổ góp
Kết cấu bền vững
Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng
Dùng nguồn trực tiếp từ lưới, sử dụng dể dàng
Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ

* Nhược điểm của động cơ điện xoay chiều:
+ Khi dùng trọng tải lớn thì chịu q tải kém
+ Ln vận hành gắn với hệ thống xoay chiều có sẵn
+ Cấu trúc điều khiển phức tạp khó mơ tả tốn học.
1.1.2.2. Động cơ điện một chiều.

Hình 1. Động cơ Một chiều

* Ưu điểm của động cơ điện một chiều:
+ Điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà không ảnh hưởng tới điện áp cung cấp. Dễ
dàng điều chỉnh tốc độ hơn động cơ xoay chiều.
+ Có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm
việc khác nhau.
+ Có momen khởi động và làm việc lớn ổn định khi tải thay đổi.

Page 9

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
+ Chịu quá tải tốt moment khởi động lớn ổn định về tốc độ
* Nhược điểm của động cơ điện một chiều:
+ Là phức tạp về phần đều khiển và khó khăn khi bảo trì bảo dưỡng.
+ Cấu tạo của động cơ điện một chiều cũng phức tạp hơn.
Kết luận: Trong mơ hình chúng em chọn động cơ điện một chiều kích từ độc
lập bằng nam châm vĩnh cửu để sử dụng để làm động cơ vặn nắp chai và động cơ
kéo băng tải(động cơ kéo băng tải thì có thêm hộp số) vì tính thuận tiện và công
suất nhỏ dễ kiếm trên thị trường.

Page 10


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
1.1.3. Lựa chọn hệ thống khí nén.
Thực hiện lệnh điều khiển

Tín hiệu ra
Các phần tử chấp hành
- Xylanh
- Động cơ
- Giác hút...

Các phần tử chấp hành
- Van đảo chiều
- Van tiết lưu
- Van một chiều...

Xử lý tín hiệu
Các phần tử xử lý tín hiệu

- Van logic
- Bộ điều khiển tuần tự
- Vi điều khiển, PLC...

Tín hiệu vào
Các phần tử đưa tín hiệu
- Nút ấn
- Cơng tắc hành trình
- Cảm biến tiệm cận...

Nguồn năng lượng
Trạm nguồn

Page 11


ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH 2
- Máy nén khí
- Bình tích áp
- Van điều chỉnh áp suất...

* Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén.

Page 12


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

1.1.3.1. Xy lanh.
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng

cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển
động quay (động cơ khí nén).
Xilanh tác động đơn
(tác động một chiều)
Xilanh tác động hai
chiều (tác động kép)

Xilanh tác dụng hai
chiều có cơ cấu giảm
chấn khơng điều chỉnh
được
Xilanh tác dụng hai
chiều có cơ cấu giảm
chấn điều chỉnh
được

Page 13


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Xilanh quay bằng
thanh răng

1.1.3.2. Van khí.
* Van 2/2.
- Van 2/2 có hai cổng vào(1) ra(2), hai trạng
thái
- Van 2/2 có thể sử dụng làm khóa ON/OFF
đóng mở nguồn khí nén hoặc rẽ mạch khí nén.

- Van 2/2 có thể được chế tạo điều khiển bằng
tay, bằng tiếp xúc cơ khí, bằng khí nén hay điện- khí nén.
* Van 3/2.
Van 3/2 có 3 cổng làm việc ( vào(1), ra(2) và cổng
xả(3)và hai trạng thái.
Các van 3/2 được chế tạo rất đa dạng và ứng dụng cũng rất phong phú. Dạng
tác động có thể bằng tay, bằng tiếp xúc cơ khí, bằng khí nén hay bằng điện từ ở một
phía hoặc cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay bằng điện từ cả hai phía
có đặc tính như một phần tử chuyển mạch có nhớ trạng thái ( Flip-Flop) hay còn gọi
là van xung
* Van 4/2.

Page 14


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Van 4/2 có 4 cổng làm viêc (vào(1), ra (2,4) và chung một
cổng xả (3), hai trạng thái. Van 4/2 được ghép bởi hai van 3/2
trong một vỏ, một thường đóng, một thường mở.
Van 4/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía
hoặc cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía cũng có đặc
điểm như một phần tử nhớ hai trạng thái.
Van 4/2 được sử dụng làm van đảo chiều xilanh kép hoặc động cơ.
* Van 5/2.
Van 5/2 có 5 cổng làm việc vào(1), ra (2, 4) và hai cửa xả
riêng cho mỗi trạng thái (3,5), có hai trạng thái.
Van 5/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía
hoặc cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía có đặc điểm
như các van đã giới thiệu là một phần tử nhớ hai trạng thái.
Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển xilanh tác dụng kép, động cơ.

* Van 5/3.
Van 5/3 có 3 trạng thái, trong đó trạng thái trung
gian, là trạng thái ổn định và luôn được thiết lập bởi các
lị xo hồi khi khơng có bất kỳ một tín hiệu điều khiển
nào. Người ta thường gọi đó là trạng thái khơng. Hai trạng thái cịn lại sẽ được thiết
lập và cùng tồn tại bởi hai tín hiệu điều khiển tương ứng như đối với van 5/2 điều
khiển một phía.
Ngồi chức năng đảo chiều cơ cấu chấp hành, các van 5/3 khác nhau bởi trạng
thái khơng và vì vậy được lựa chọn vì những mục đích sử dụng khác nhau:
+ van 5/3 trạng thái khơng của van thích hợp với yêu cầu hãm dừng cần piston
của xilanh ở bất kỳ vị trí nào trên đoạn tác dụng của nó. Tuy nhiên, điểm dừng

Page 15


ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH 2
chính xác cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như tải trọng, áp suất, tính nén được của
khí nén…
1.1.3.3. Van điều khiển lưu lượng.
* Van một chiều.
- Chỉ cho dịng khí nén chảy theo một hướng khi lực do
khí nén gây ra lớn hơn lực lị xo.
* Van xả nhanh.
Tốc độ của piston của xilanh có thể được tăng đến cực đại có thể khi làm giảm
thiểu sự cản trở dịng chảy của dịng khí xả. Khi có van xả nhanh, khí xả trong
buồng xilanh khơng chảy qua van đảo chiều mà xả ra môi trường dễ dàng hơn qua
van “xả nhanh”.
Nguyên lý làm việc của van xả nhanh.
- Khi dẫn nguồn, áp suất P1 > P2 nên cửa 3 bị
đóng lại và khí nén cung cấp cho tải qua cửa 2.

- Khi áp suất P1 < P2 van xả nhanh sẽ tự động
đóng cửa 1 và mở cửa 3 tạo nên đường xả gần nhất
và quá trình xả nhanh hơn
* Van tiết lưu.
Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp
hành. Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành trình
của cơ cấu chấp hành nhằm đáp ứng về cơng nghệ và năng suất.
Vì vậy van tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng
kèm theo với van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có
một tiết lưu một chiều

Page 16


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Van tiết lưu 2 chiều

Van tiết lưu 1 chiều

1.1.4. Cảm biến.
1.1.4.1. Định nghĩa.
Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay q trình vật lý
hay hóa học ở mơi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập
thơng tin về trạng thái hay q trình đó.
1.1.4.2. Phân loại.
0

1
Tín hiệu ON/OFF

Thời gian
* Theo tín hiệu đầu ra:
- Cảm biến ON/OFF
- Cảm Biến Tương tự
- Cảm biến số

000

001

010

011

Page 17


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Tín hiệu số

* Theo tín hiệu đầu vào:
- Cảm biến vị trí.
- Cảm biến khối lượng, lực.
- Cảm biến áp suất.
- Cảm biến vận tốc, gia tốc.
- Cảm biến nhiệt độ.
- Cảm biến nồng độ.
- Cảm biến lưu lượng.
* Theo bản chất và cấu tạo.

- Cảm biến quang điện.
- Cảm biến tiệp cận điện dung.
- Cảm biến siêu âm.
- Cảm biến nhiệt.
- Cảm biến lazer.
- Cảm biến điện cảm.

Page 18


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
1.1.4.3. Một số loại cảm biến.
* Cảm biến tiệp cận.
Đặc điểm cảm biến tiệm cận:
- Phát hiện vật không cần tiếp xúc.
- Tốc độ đáp ứng cao.
- Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi.
- có thể sử dụng trong mơi trường khắc nghiệt.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ.
Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại.
Cảm biến từ tiệm cận phát hiện các vật có từ trường.
Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.

a.
b..
Hình 1. a.Cảm biến tiệm cận cảm ứng và điện dung b.Công tắc từ tiệm cận

Page 19

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

* Cảm biến quang.
Cảm biến quang ứng dụng gồm 2 loại chính là cảm biến quang thu phát và
cảm biến quang gương phản xa.
Cảm biến quang thu phát chung được cấu tạo gồm một led hồng ngoại thu và
một led hồng ngoại phát. Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xa
lại ánh sáng tác động vào led thu. Lúc này led thu sẽ tác động vào transistor cho tín
hiệu ra.
Cảm biến quang gương phản xạ cũng gồm led hồng ngoại thu và phát như
quang thu phát nhưng hoạt động thì ngược lại. Khi có vật thể tác động vào vùng
Hình 1. Cảm biến thu phát quang

phát sẽ làm chắn ánh sáng từ led hồng ngoại phát không cho đi qua gương phía đối
điện để đến led hồng ngoại thu thương dùng cho những vật có màu tối, đen có tính
chất hấp thu ánh sáng nhiều.
1.1.4.4. Đầu ra của cảm biến.
Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra transistor có
logic NPN hoặc PNP. Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây.
Hình 1.13 Đầu ra của cảm biến kiểu DC-3 dây

Page 20


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Cảm biến được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng
(NC) mơ tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc khơng phát
hiện được vật.

* Với đầu ra transistor có logic NPN:
- Thường mở: Tín hiệu điện áp thấp khi phát hiện ra vật. Tín hiệu điện áp cao
khi khơng có vật.
- Thường đóng: Tín hiệu thấp khi khơng có vật. Tín hiệu cao khi phát hiện ra
vật.
* Với đầu ra transistor có logic PNP:
- Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật. Tín hiệu điện áp thấp
khi khơng có vật.
- Thường đóng: Tín hiệu cao khi khơng có vật. Tín hiệu thấp khi phát hiện ra
vật.
Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2 kết
nối (âm và dương). Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây theo kiểu công tắc tiệm cận.

Page 21


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Hình 1.14 Đầu ra của cảm biến kiểu DC-2 dây
1.1.6. Tổng quan về PLC LOGO
1.1.6.1 Khái niệm PLC
Thiết bị điều khiển logic lập trình (Programmable Logic Control), viết tắt là

PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số
thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Thay cho việc phải thực hiện thuật tốn đó
bằng mạch số như vậy với chương trính điều khiển PLC trở thành một bộ điều
khiển số nhỏ gọn dễ dàng thay đổi thuật toàn và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với
môi trường xung quanh.
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC có
tính năng như một máy tính. nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (PLC), một hệ điều

hành, bộ nhớ để lưu giữ chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có
cổng đầu vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông
tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài tốn điều khiển
số PLC cịn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ
đếm(Counter), bộ thời gian(Timer)…
1.1.6.2. Cấu trúc của PLC.
Chương trình

PLC
Tín hiệu
Ngõ vào
Tín hiệu
Ngõ ra

Page 22


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Hình 1.17 Cấu trúc của PLC

Thiết bị điều khiển logic lập trình(PLC) là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa
trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện
các chức năng: Phép logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và thật toán để điều khiển
máy và các q trình.

PLC được thiết kế cho phép những người khơng u cầu kiến thức cao về
máy tính và ngơn ngữ máy tính có thể vận hành được chứng khơng thể thiết kế
để thay đổi chương trình vì vậy các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn cho
chương trình điều khiển có thể được nhập bằng cách nhập các ngơn ngữ đơn
giản. Người vận hành nhập chương trình vào bộ nhớ PLC. Thiết bị điều khiển sẽ

giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo các chương trình này và thực
hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình.
PLC có 5 thành phần cơ bản: Đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ nguồn
nuôi, khối vào /ra tín hiệu và thiêt bị lập trình.

Page 23


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Bộ xử lý
Bộ nhớ
Thiết bị lập trình

Nguồn cơng suất
Giao diện nhập
Giao diện suất

Hình 1.18 Các thành phần cơ bản trong PLC

1.1.6.3. Cấu tạo PLC.

POWEZ SUPPLY

CPU
COM
Signal from

Page 24

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Switches
Sensors
Signal to
Solenoids
Motor
Memory
Input
Output

Hình 1.19 Cấu tạo của PLC

Một PLC điển hình có cấu tạo như trên.
Ta thấy cấu trúc cơ bản của PLC bao gồm một bộ vi xử lý trung tâm CPU,
bộ nhớ (ROM, RAM), khối vào ra, khối phát xung nhịp, pin và hệ thống các bus.
Toàn bộ hoạt động của PLC được điều khiển bởi CPU, nó được cung cấp
bởi khối phát xung nhịp, do đó tốc độ của CPU sẽ phụ thuộc vào khối phát xung

Page 25