thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm linh chi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐÓNG GÓI
MÙN CƯA TRỒNG NẤM LINH CHI

Sinh viên thực hiện:
Hoàng Quang Nhật
MSSV: 1117922
Nguyễn Chí Nguyện
MSSV: 1117923
Lâm Quốc Hùng
MSSV: 1117906

Cán bộ hướng dẫn:
Ts. Nguyễn Chánh Nghiệm
Ths. Trần Nhựt Thanh

Cần Thơ, tháng 5 năm 2015


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện: ThS. Nguyễn Thanh Nhã
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện: Ks. Lưu Trọng Hiếu
2. Nội dung:
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015
CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

LỜI CAM ĐOAN
“Thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng nấm Linh Chi” là một ý tưởng xuất
phát từ nhu cầu thực tế của các cơ sở trồng nấm lớn nhỏ, của gia đình… cùng với niềm
đam mê lĩnh vực tự động. Vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài này để làm luận văn
tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức còn hạn chế,
nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành
quả của chúng em đạt được trong quá trình học tập, làm việc và được sự hướng dẫn của
thầy Nguyễn Chánh Nghiệm và thầy Trần Nhựt Thanh.
Chúng em xin cam đoan rằng: Những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn
tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình nào đã có trước đây.
Nếu không đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường.
Cần Thơ, ngày 01 ....... tháng 06 .. năm 2015
Nhóm sinh viên thực hiện
1.
2.
3.

SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

Hoàng Quang Nhật
Nguyễn Chí Nguyện
Lâm Quốc Hùng

i

Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, nhóm xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến các đấng sinh thành. Những người
đã có công nuôi dưỡng, dạy dỗ và lo lắng về mặt vật chất cũng như tinh thần để các
thành viên trong nhóm có được như ngày hôm nay.
Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Trần Nhựt Thanh và thầy Nguyễn Chánh Nghiệm.
Hai thầy đã tận tình hướng dẫn và luôn theo sát nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề
tài. Sự quan tâm của các thầy là nguồn động lực lớn giúp nhóm vượt qua những khó
khăn để hoàn thành tốt đề tài.
Nhóm xin gởi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm bộ môn Tự động hóa và thầy Võ Minh
Trí vì đã tạo điều kiện thuận lợi cho Nhóm về nơi nghiên cứu và các trang thiết bị gia
công cơ khí.
Nhóm gửi lời cám ơn đến hội đồng phản biện. Cám ơn hội đồng đã chỉ ra những ưu và
khuyết điểm của đề tài. Qua đó giúp nhóm khắc phục, phát triển và hoàn thiện đề tài.
Nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình bạn Hoàng Quang Nhật đã tạo nơi nghiên cứu
và làm việc cũng như gia công cơ khí trong quá trình lúc đầu làm luận văn tốt nghiệp.
Nhóm chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường cùng toàn thể quý thầy quý cô đã
tận tình dạy dỗ chúng tôi trong suốt thời gian qua.
Và cuối cùng, nhóm gởi lời cảm ơn đến mỗi thành viên trong nhóm vì sự nỗ lực làm
việc hết mình và cảm ơn tất cả những người bạn đã cổ vũ tinh thần giúp nhóm có được
thành quả như ngày hôm nay.
Cần thơ, ngày 01 .. tháng 06 ..năm 2015
Thực hiện đề tài
1.
2.
3.
SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng

Nguyễn Chí Nguyện

Hoàng Quang Nhật
Nguyễn Chí Nguyện
Lâm Quốc Hùng
ii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ______________________________________________________ i
LỜI CẢM ƠN ________________________________________________________ ii
MỤC LỤC __________________________________________________________ iii
DANH MỤC HÌNH ____________________________________________________ v
DANH MỤC BIỂU BẢNG _____________________________________________ vii
KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ________________________________________ viii
TÓM TẮT ___________________________________________________________ 1
ABSTRACT __________________________________________________________ 2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ______________________________________________ 3
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ _____________________________________________________ 3

1.2

LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ _____________________________________ 5

1.3

MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI ____________________________________ 5

1.4

HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ______________________________________ 5

1.5

CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO __________________________________________ 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT _______________________________________ 7
2.1

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC _________________________________________ 7

2.2

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC _________________________________ 9

2.3

TỔNG QUAN VỀ PLC CPM2A CỦA OMRON _________________________ 12

2.3.1
2.3.2
2.3.3

2.4

2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4

2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.3

Giới thiệu về PLC _____________________________________________________ 12
Cấu tạo______________________________________________________________ 13
Cách nối dây _________________________________________________________ 16

TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 3G3MX2 A2022 _________________________ 19
Khái niệm chung ______________________________________________________ 19
Nguyên lý hoạt động ___________________________________________________ 20
Cấu tạo của biến tần 3G3MX2 A2022 _____________________________________ 21
Cách nối dây _________________________________________________________ 24

TỔNG QUAN VỀ VAN KHÍ NÉN VÀ XY LANH _______________________ 26
Van khí nén __________________________________________________________ 26
Xy lanh khí nén _______________________________________________________ 27
Ưu điểm nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén ___________________ 29

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU _____________________ 30
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3

KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG _________________________________ 30
Mô đun chứa và cung cấp nguyên liệu _____________________________________ 30
Mô đun phun dinh dưỡng _______________________________________________ 31
Mô đun trộn nguyên liệu ________________________________________________ 32

SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

iii


Luận Văn Tốt Nghiệp
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
3.1.8
3.1.9

3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

Mô đun định lượng ____________________________________________________ 33
Mô đun cánh tay robot __________________________________________________ 34
Mô đun tay mở miệng bịch ______________________________________________ 36

Mô đun căng giữ bịch và nén ____________________________________________ 37
Mô đun tạo lỗ_________________________________________________________ 39
Mô đun hoàn chỉnh ____________________________________________________ 40

LẬP TRÌNH PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN _______________________________ 42
Lưu đồ giải thuật chương trình tổng quát ___________________________________ 42
Lưu đồ chương trình con ________________________________________________ 43
Kết quả nghiên cứu ____________________________________________________ 52

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ _____________________________________________ 55
KẾT LUẬN _____________________________________________________________ 55
ĐỀ NGHỊ _______________________________________________________________ 55

PHỤ LỤC 1: LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI ______________________ 56
1.

OPTO PC817 _____________________________________________________ 56

2.

IC ỔN ÁP LM7812, LM7805, AMS1117-3.3V __________________________ 56
2.1
2.2

IC LM7812 __________________________________________________________ 56
IC LM7805 __________________________________________________________ 57

3.

IC LMD18200 ____________________________________________________ 57

4.

RELAY __________________________________________________________ 58

5.

CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH E3F-DS30C4 ____________________________ 59

6.

IC 555 ___________________________________________________________ 60

7.

IRF540 __________________________________________________________ 61

8.

Nguồn 24V, 15A __________________________________________________ 62

9.

Nguồn 12V, 10A __________________________________________________ 63

PHỤ LỤC 2: BẢN VẼ CƠ KHÍ _________________________________________ 64
PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC _________________________ 72
CHƯƠNG TRÌNH PLC CỦA MÔ ĐUN ĐỊNH LƯỢNG – NÉN: __________________ 75
CHƯƠNG TRÌNH PLC CỦA MÔ ĐUN ĐỊNH CÁNH TAY LẤY VÀ GIỮ BỊCH: ____ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO ______________________________________________ 82

SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

iv


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô đun điều khiển động cơ DC ______________________ 7
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Mô đun điều khiển tốc độ động cơ DC _______________ 10
Hình 2.3: PLC CPM2A của hãng OMRON _________________________________ 12
Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc của PLC ________________________________________ 13
Hình 2.5: Các chi tiết cấu thành của CPM2A-20CDR-A ______________________ 14
Hình 2.6: Nối dây điện nguồn vào CPM2A-20CDR-A ________________________ 16
Hình 2.7: Nối các thiết bị đầu vào với CPM2A-20CDR-A _____________________ 17
Hình 2.8: Nối các thiết bị ngõ ra với CPM2A-20CDR-A ______________________ 18
Hình 2.9: Nối cáp XW2-00S với máy tính __________________________________ 19
Hình 2.10: Biến tần 3G3MX2-A2022 _____________________________________ 20
Hình 2.11: Sơ đồ tổng quát hoạt động của biến tần __________________________ 21
Hình 2.12: Các thành phần bên trong biến tần 3G3MX2A2022 _________________ 21
Hình 2.13:Các nút chỉnh chế độ hoạt động _________________________________ 22
Hình 2.14: Cách đấu dây biến tần với động cơ ______________________________ 24
Hình 2.15: Van khí nén điện từ __________________________________________ 26
Hình 2.16: Các cửa của van khí nén 5/2 ___________________________________ 27
Hình 2.17: Xy lanh khí nén _____________________________________________ 28

Hình 2.18: Cấu tạo xy lanh khí nén _______________________________________ 28
Hình 3.1: Mô đun truyền tải nguyên liệu ___________________________________ 30
Hình 3.2: Mô đun phun dinh dưỡng_______________________________________ 31
Hình 3.3: Mô đun chức năng trộn nguyên liệu ______________________________ 32
Hình 3.4: Mô đun chức năng định lượng ___________________________________ 33
Hình 3.5: Mô đun cánh tay robot _________________________________________ 34
Hình 3.6: Mô đun tay mở miệng bịch _____________________________________ 36
Hình 3.7: Mô đun căng giữ bịch và nén____________________________________ 38
Hình 3.8: Mô đun tạo lỗ ________________________________________________ 39
Hình 3.9: Mô đun hoàn chỉnh ___________________________________________ 41
Hình 3.10: Lưu đồ tổng quát ____________________________________________ 42
Hình 3.11: Lưu đồ khâu trộn dinh dưỡng __________________________________ 43
Hình 3.12: Lưu đồ Mô đun định lượng ____________________________________ 45
Hình 3.13: Lưu đồ cánh tay robot ________________________________________ 48
Hình 3.14: Lưu đồ Mô đun nén __________________________________________ 50
Hình 3.15: Lưu đồ Mô đun tạo lỗ ________________________________________ 52
Hình 3.16: Ảnh thực tế của máy đóng gói mùn cưa trồng nấm linh chi ___________ 53
SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

v


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

Hình 3.17: Ảnh thực tế sản phẩm của máy đóng gói mùn cưa trồng nấm linh chi ___ 54
Hình 3.18: Opto PC817 _______________________________________________ 56
Hình 3. 19: IC LM7812 ________________________________________________ 56

Hình 3.20: IC LM7805 ________________________________________________ 57
Hình 3.21 IC LMD18200 ______________________________________________ 57
Hình 3.22: Relay AZ942-1CT-24DE và cấu tạo _____________________________ 59
Hình 3.23: Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 ____________________________ 60
Hình 3.24: IC 555 ____________________________________________________ 60
Hình 3.25: MOSFET IRF540 ____________________________________________ 61
Hình 3.26: Nguồn 24V 15A _____________________________________________ 62
Hình 3.27: Mạch nguồn 12V 10A ________________________________________ 63

SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

vi


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

DANH MỤC BIỂU BẢNG
Bảng 1: Các loại PLC CPM2A __________________________________________
Bảng 2 : Các đèn báo hiệu chế độ làm việc của PLC _________________________
Bảng 3: Cách nối các thiết bị đầu vào khác nhau của CPM2A-20CDR-A _________
Bảng 4: Mô tả các thành phần bên trong của biến tần 3G3MXA2022 ____________
Bảng 5: Mô tả chức năng của các nút chỉnh chế độ __________________________
Bảng 6: Mô tả cách nối dây vào/ra của biến tần _____________________________
Bảng 7: Sai số của hệ thống định lương (mức chuẩn: 750gr) ___________________
Bảng 8: số liệu của Mô đun định lượng - nén _______________________________
Bảng 9: Số liệu của Mô đun cánh tay lấy và giữ bịch _________________________

14
16
17
22
23
24
52
72
74

SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

vii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CB: Cảm biến.
CPU: Central Processing Unit .
CT: Công tắc.
Dir: Direction.
HT: Hành Trình.
IC: Intergated Circuit.
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor.
PLC: Programmable Logic Controller.
PWM: Pulse Width Modulation.

SVTH: Hoàng Quang Nhật, Lâm Quốc Hùng
Nguyễn Chí Nguyện

viii


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

TÓM TẮT
Hiện nay, hình thức trồng nấm Linh Chi ở một số địa phương đang ngày một phát
triển, do đó nhu cầu về số lượng phôi nấm ngày càng tăng. Tuy nhiên hình thức sản
xuất ra phôi nấm vẫn còn thủ công, các công đoạn đóng gói mùn cưa mất thời gian và
yêu cầu độ chính xác như: xác định độ ẩm, độ dinh dưỡng và mức độ sạch của phôi
nấm. Xuất phát từ những vấn đề đó, cũng như là từ nhu cầu của nơi sản xuất, nhóm đã
quyết định thiết kế máy đóng gói mùn cưa tự động. Sau bốn tháng tìm hiểu, nghiên
cứu, gia công, mô hình máy sản xuất đóng gói mùn cưa tự động đã được thiết kế và chế
tạo thử nghiệm. Mô hình này đã sử dụng PLC CPM2A-20CDRA, biến tần 3G3MX
A2022 của hãng Omron để điều khiển các chi tiết và điều chỉnh tốc độ động cơ Mô đun
trộn; Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 dùng để phát hiện mùn cưa; Các công tắc
hành trình dùng để tạo tín hiệu ngõ vào cho PLC. Kết quả thử nghiệm cho thấy máy có
thể tự vận hành trong việc trộn mùn cưa với dinh dưỡng, lấy bịch, mở miệng bịch, đưa
mùn cưa vào bịch với độ chính xác cao và nén mùn cưa trong bịch lại. Do đó máy đã
có thể đưa vào thực tế sản xuất góp phần cải thiện năng suất nhờ có thể tự động hóa
khâu đầu tiên với năng suất 2880 phôi/8h/ngày. Với những kết quả trên thì đây là bước
đầu tự động hóa trong việc trồng nấm Linh Chi. Để có thể tự động hóa hoàn toàn các
khâu của hệ thống đóng gói mùn cưa tự động. Thì cần phải được tiếp tục nghiên cứu và
chế tạo.

Từ khóa: Nấm Linh Chi, đóng gói, mùn cưa, trộn, nén.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

1


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

ABSTRACT
Nowadays, the cultivation of linh chi mushroom (Ganoderma) in some areas are
evolving, therefore the demand of mushroom embryos has increased. However, the
manufacturing process for mushroom embryos has been handmade, the mushroom
embryos packing stage takes a lot of time and requires accuracy such as: moisture,
nutrition and degree of clean of mushroom embryos. From these issues, as well as the
demand of the producers, our group has decided to design the sawdust automatic
packaging machine. After four months of studying, researching, processing, the
sawdust automatic packaging machine was designed and manufactured prototype. This
prototype used PLC CPM2A-20CDRA, inverter 3G3MX A2022 of OMRON company
to control speed of mix motor; Distance sensor EE3F-DS30C4 is used to detect
sawdust; Limit switch is used to create input signal for PLC. Test results showed that
the machine can automatically operate in mixing the sawdust with the nutrition, taking
and opening the pagkage, putting sawdust into package correctly and compressing it.
From now on, the machine is able to put into actual production and it contributes to
productivity improvement that results from automating the first step with productivity:
3600 embryos/8h/day.This result is the first step into the automatic Ganoderma
cultivation.To be able to completely automate the mushroom cultivation system, it is

necessary to continue researching and creating.
Keyword: Ganoderma, packed, sawdust, mixing, compressed.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

2


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Linh chi là một loại thảo dược có nhiều công dụng: tăng cường miễn dịch tự nhiên,
viêm phế quản mãn tính, và các vi rút truyền nhiễm khác, nó được sử dụng như một
loại thuốc ngủ tự nhiên, giúp lợi tiểu, nhuận tràng, và làm giảm cholesterol. Ngoài ra
nấm linh chi có chứa các hoạt chất chống oxy hóa và chất bảo vệ gan [1]. Về kinh tế,
nhu cầu thị trường ngày càng cao, giá bán từ 450.000 đồng đến 3 triệu đồng/kg. Từ
năm 2000 đến nay, lượng nấm linh chi tiêu thụ đạt mức tăng trưởng bình quân
20%/năm. Trong khi đó, ước tính Việt Nam đang sản xuất được khoảng 300 tấn linh
chi/năm. Do trong nước không đủ đáp ứng, Việt Nam đang phải sử dụng nấm nhập từ
Hàn Quốc, Trung Quốc [20]. Tuy nhiên để sản xuất ra các bịch nấm để trồng phần lớn
sử dụng nhân công tiêu tốn chi phí, năng suất không cao, việc sử lý các vấn đề chất
lượng chưa được chủ động khó khăn. Từ các vấn đề trên, việc thiết kế chế tạo ra máy
đóng gói mùn cưa trồng nấm Linh Chi được hình thành, nhằm tăng năng suất sản

phẩm, giảm lượng chi phí nhân công được đặt ra, kiểm soát và chủ động chất lượng
đầu ra. Để có được các bịch nấm phải qua gia đoạn đóng gói mùn cưa. Việc đóng gói
mùn cưa bằng phương pháp thủ công gồm 6 công đoạn chính:

B1: Đưa mùn cưa vào bịch

B2: Nén mùn cưa

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

3


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

B3: Túm và đưa cổ vào

B4: Cố định cổ

B5: Tạo lỗ cấy meo

B6: Đậy nắp

Trong đề tài này có một số vấn đề cần giải quyết như: (1) Tham khảo tỉ lệ mùn cưa –
dinh dưỡng từ nhà sản xuất, từ đó điều chỉnh sao cho hợp lí; (2) Xác định lượng mùn
cưa đưa vào bịch phù hợp cho hình thức trồng nấm linh chi; (3) Việc tách miệng bịch,
giữ bịch và nén yêu cầu độ chính xác; (4) Việc xác định độ sâu của nén để cho ra sản

phẩm đạt chất lượng. Hướng giải quyết vấn đề sẽ là: xác định lượng mùn cưa, lượng
dinh dưỡng phù hợp cho hình thức trồng nấm linh chi; Tạo độ kết dính để lấy bịch sẽ
dùng đầu hút, băng dính; Điều chỉnh độ nén sao cho phù hợp.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

4


Luận Văn Tốt Nghiệp
1.2

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu nhóm đã tìm thấy các cơ sở trong nước chế tạo
máy đóng gói mùn cưa trồng nấm: Công Ty Cơ Khí Chế Tạo Máy – Tự Động Hóa
Thanh Hoàng [2], Công Ty Vĩnh Hưng Group [3], Công Ty TNHN Cơ Khí An Thuận
Phát [4] đã hế tạo thành công ra máy đóng gói mùn cưa trồng nấm bán phần gồm: Trộn
đảo mùn cưa, đưa mùn cưa vào bịch. Nhưng vẫn còn hạn chế là khâu lấy bịch, nén, tạo
lỗ, đưa cổ, đưa nắp vẫn còn là thủ công. Còn về các cơ sở ngoài nước thì nhóm cũng đã
tìm hiểu về một số sản phẩm của một số công ty như: Green Mountain Mushroom
(Mỹ) [5], đặc điểm nổi bật của sản phẩm này là dùng khí để hút bịch và đưa mùn cưa
vào; Công ty Oyster machinery (Trung Quốc) [6], sản phẩm của công ty này có hệ
thống trộn nguyên liệu lớn. Nhìn chung các khâu: lấy bịch, nén, tạo lỗ, đưa cổ, đưa nắp
vẫn còn là thủ công như các cổ máy trong nước.
1.3

MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI
 Mục tiêu của luận văn này là sẽ “thiết kế, chế tạo máy đóng gói mùn cưa trồng
nấm Linh Chi”. Mục tiêu hướng tới là tự động trộn nguyên liệu, định lượng
được khối lượng mùn cưa cần thiết, lấy bịch, giữ bịch, nén một cách chính xác,
tạo lỗ để cấy meo, túm và đưa cổ vào bịch.
 Phạm vi đề tài là sử dụng biến tần điều khiển động cơ, dùng PLC để điều khiển
đồng bộ các bộ phận, nghiên cứu các xy lanh khí nén, các van điện từ, van khí
nén, các cơ cấu truyền tải, các cảm biến khoảng cách, các cơ cấu truyền động,
các chương trình phần mềm phục vụ cho đề tài.

1.4

HƯỚNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
 Khảo sát, tìm hiểu một số máy đóng gói tự động trong và ngoài nước.
 Đánh giá các mô hình, từ đó chọn mô hình, các cơ cấu cơ khí phù hợp.
 Thiết kế cơ khí.
 Tìm hiểu và sử dụng PLC CPM2A của Omron, biến tần 3G3MX2 A2022 …
 Thiết kế phần cứng mạch điện tử để điều khiển.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

5


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

 Lập trình điều khiển (sử dụng trình biên dịch SYSWIN).

 Kiểm tra, vận hành thử nghiệm và hiệu chỉnh.
1.5

CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO

Phần còn lại của bài báo cáo được trình bày như sau: Chương 2 cơ sở lý thuyết gồm:
Điều khiển động cơ DC, điều khiển tốc độ động cơ DC, tổng quan về PLC CPM2A của
Omron, tổng quan về biến tần 3G3MX2 của Omron, tổng quan về van khí nén và xy
lanh; Chương 3 thiết kế hệ thống: Kết cấu cơ khí của hệ thống, lập trình phần mềm
điều khiển, kết quả nghiên cứu; Kết luận và đề nghị: trình bày kết quả và hướng phát
triển của đề tài trong tương lai.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

6


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC
Để điều khiển động cơ nhóm sử dụng mạch công suất nhận tín hiệu PWM từ mô
đun điều khiển . Từ tín hiệu này tạo dòng kích động cơ DC, mỗi mạch điều khiển
một động cơ DC, đề tài này sử dụng năm mạch để điều khiển năm động cơ. Sơ đồ
nguyên lí như hình 2.1.

Yêu cầu kĩ thuật:
 Chịu được dòng kích động cơ:
o Dòng liên tục khoảng 1A
o Dòng đỉnh khoảng 3A.
 Mạch được bảo vệ trước dòng phóng từ các cuộn dây của động cơ khi động cơ
được ON/Off.
 Hoạt động tối đa ở tần số 10kHz.
 Cách ly tín hiệu điện với mạch công suất.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mô đun điều khiển động cơ DC
SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

7


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

Chú thích:
 POWER: Port cấp nguồn cho mạch, vừa là nguồn dành cho động cơ DC vừa là
nguồn cấp cho IC7905 (U9).
 PWM: Port nhận tín hiệu PWM từ mạch điều khiển.
 Dir: Port nhận tín hiệu Dir từ mạch điều khiển.
 MOTOR: Port nối với hai chân của động cơ DC.
 Opto PC817, Opto 6N137: Nhận tín hiệu từ mạch điều khiển để đưa vào
LMD18200. Tham khảo [11] để biết thêm về hai loại Opto này.

 LMD18200: IC Driver Motor H-bridge một ngõ kênh. Tham khảo [14] để biết
thêm chi tiết về LMD18200 hoặc tham khảo Datasheet của IC.
 LM7805: Cung cấp nguồn cho Opto.
 C1-C8: Ổn định điện thế đầu ra cho IC, cũng như chống nhiễu tín hiệu đầu vào
cho mạch.
 Diode: Bảo vệ mạch trước dòng phóng ngược lại từ động cơ.
 Zener 12V: Giúp hạ điện áp từ nguồn 24V xuống còn 12V, giúp điện thế cho IC
7805 được ổn định.
Nguyên lý hoạt động:
 Mạch hoạt động dựa theo các trạng thái ngõ vào PWM và DIR:
o Yêu cầu là điều khiển quay thuận nghich, và quay hoặc ngưng quay động
cơ nên ta sẽ nối hai chân PWM- và Dir- của mạch vào GND của mạch
điều khiển.
o PWM=1, DIR=X: PWM=1 và PWM- lúc này được nối xuống GND nên
Led D0 sẽ sáng, chân input của Opto 6N137 lên mức 1và chân Enable
không kết nối nên chân PWM_IN ở mức 1. Nên LMD18200 không cho
phép động cơ DC hoạt động.
o PWM=0, DIR=0: PWM=0 thì chân PWM_IN sẽ ở mức 0, cho động cơ
hoạt động theo chiều thuận.
SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

8


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

o PWM=0, DIR=1: PWM=0 thì chân PWM_IN sẽ ở mức 0, cho động cơ

hoạt động. Với chân DIR bằng 1 thì Opto sẽ dẫn nên chân DIR_IN sẽ
được nối với 5V, nên LMD18200 sẽ cho động cơ hoạt động theo chiều
nghịch.
Thông số ráp mạch:
 Với điện thế kích là 3.3V.
 Chọn dòng qua Led của các Opto là khoảng 13mA
 Giá trị điện trở R3 và R6 được tính như công thức (2.1):
⇒
2.2

=

.

= 100 ℎ

(2.1)

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
Là mạch tạo ra PWM, xung này kích dẫn MOSFET ở mức áp cao, để cấp dòng cho
động cơ DC quay. Động cơ DC sẽ quay nhanh hay chậm tùy thuộc vào mực áp cao
của xung là rộng hay hẹp.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

9


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Mô đun điều khiển tốc độ động cơ DC
Chú thích:
 Vin: Cấp nguồn vào cho mạch, nguồn từ 12v-18v
 MOTOR-OUT: Port nối với hai chân của động cơ DC.
 IC 7812: Cấp nguồn cho IC555
 IC555: Dao động tạo xung PWM.
 IRF540: Tầng công suất cho mạch điều khiển.
 R1: Điều chỉnh tốc độ động cơ.
 D1, D2: Tạo đường nạp, xả độc lập cho C1
 D3: Dập mức áp nghịch, phản hồi từ các cuộn cảm trong động cơ DC.

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

10


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

Nguyên lý hoạt động:
 Chân 8, cấp nguồn Vcc, chân 4 đưa lên nguồn cho phép 555 hoạt động. chân 1
nối GND, chân 5 có tụ nhỏ C2 để ổn định mức điện áp cho các mạch thành phần
bên trong 555, có thể bỏ qua chân 5 nhưng không khuyến khích.

 Chân 2 và 6 nối như mạch tạo dao động.
 Khi cấp nguồn, tụ điện C1 chưa có điện, bắt đầu nạp điện, thời gian quá độ này
xem như tụ ngắn mạch, chân trigger (2) ở mức thấp cho phép mạch hoạt động,
tụ C1 nạp điện qua D2.
 Khi C1 được nạp điện đến 2/3Vcc, lúc này xem như tụ đầy điện và dừng nạp, tụ
lúc này xem như hở mạch, chân 6 được kích hoạt , đầu ra chân 3 có điện..
 C1 xả qua D1 và bên phải P1. Chân 3 xuống thấp. Điện áp C1 xuống dưới
1/3vcc, bắt đầu chu kì mới.
 D2 là diode xung đáp ứng được tần số cao.tụ C1 luôn được nạp bằng 1 phía của
R1 và xả về phía bên kia nên tổng thời gian nạp xả luôn giống nhau. Đây chính
là điều chế PWM.
 Để bảo vệ các linh kiện khỏi dòng nghịch do cuộn dây của động cơ gây ra,nên
thêm vào diode phân cực ngược 2 đầu động cơ (tải trở có thể không cần).
 Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có
tần số và độ rộng xung theo ý muốn theo công thức (2.2):
T = 0.7×(R1 +2R2)×C1 và f =

.
((

)×

)

(2.2)

T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s)
f = Tần số dao động tính bằng Hz
R1 = Điện trở tính bằng ohm
R2 = Điện trở tính bằng ohm

C1 = Tụ điện tính bằng Fara
Công thức (2.3) tính toán chu kỳ toàn phần:
T = Tm + Ts (T : chu kỳ toàn phần)
SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

(2.3)
11


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

Công thức (2.4), (2.5) tính toán lần lượt thời gian điện áp mức cao, mức thấp.
Tm = 0,7x( R1+R2 )xC1 (Tm: thời gian điện mức cao)

(2.4)

Ts = 0,7xR2xC1 (Ts : thời gian điện mức thấp)

(2.5)

Các linh kiện trong mạch:
R1 = Biến trở 50 Ω.
R2 = 47 Ω
R3 = 1 Ω
D1, D2 = 1N4007
D3 = Diode 3A
U1 = IC 555

U4 = IC 7812
Q2 = MosFET IRF 540N/TO.
C1, C2 = 104
C3 = 470
2.3

50V

TỔNG QUAN VỀ PLC CPM2A CỦA OMRON

2.3.1 Giới thiệu về PLC

Hình 2.3: PLC CPM2A của hãng OMRON
SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

12


Luận Văn Tốt Nghiệp

CBHD: Ths.Trần Nhựt Thanh, T.s Nguyễn Chánh Nghiệm

 PLC là từ viết tắt của Programable Logic Controller, đây là thiết bị điều khiển
logic lập trình được, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
logic thông qua một số ngôn ngữ lập trình.
 PLC có nhiều ưu điểm so với các thiết bị điều khiển khác (relay, mạch số, máy
tính…) như: Tốc độ điều khiển nhanh, thiết kế và lắp đặt đơn giản, khả năng
chống nhiễu cao, kích thước nhỏ gọn, dễ bảo trì…Vì vậy PLC được sử dụng khá
phổ biến trong công nghệp và đời sống thực tế.

 CPM2A là một trong những PLC của hãng OMRON (cùng với CPM1A,
CPM2C, CQM1…), các PLC được tạo thành từ các Mô đun rời kết nối lại với
nhau và có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và mở rộng các cổng
vào/ra.
2.3.2 Cấu tạo
 Các PLC thường có cấu trúc gồm: Bộ nguồn, CPU, bộ nhớ, các cổng vào/ra…

Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc của PLC [7]
 PLC CMP2A có nhiều loại, và được liệt kê như Bảng 1.
 Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng PLC CPM2A-20CDR-A

SVTH: Hoàng Quang Nhật - 1117923, Lâm Quốc Hùng - 1117906
Nguyễn Chí Nguyện - 1117922

13