Hệ thống chiết rót nước giải khát

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án chuyên ngành, chúng em
đã học hỏi được rất nhiều điều bổ ích từ các thầy cô trong khoa Điện –Điện Tử
và các bạn.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy giáo-cô giáo trong khoa
Điện –Điện Tử trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên đã dạy bảo, truyền đạt những
kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt qúa trình làm đồ án
Đặc biệt, nhóm sinh viên chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới
thầy Đỗ Quang Huy, người đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu,
kiến thức quý giá và tạo mọi điều kiện về trang thiết bị trong suốt quá trình làm
đồ án để chúng em có thể hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất.
Sau cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và những
người bạn trong lớp Đ-ĐTK10.1 cùng toàn thể các bạn sinh viên trong khoa
Điện –Điện Tử đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến cho
chúng em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án.

Page 1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay quá trình tự động hóa trong công 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 không 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 chuyên môn, những kỹ sư có tay
nghề.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “Tự động hóa công nghiệp”
cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công 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”
Sinh viên thực hiện
Lương Thanh Đức
Trần Minh Đức

Page 2


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

Page 3


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 môi

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.

Page 4


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
- Lưới: chịu được nhiệt, ít bị ăn mòn, ít chịu ảnh hưởng của môi trường, nhẹ
nhàng, bền.
- 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 ngoài có phủ lớp silicol
dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao được nhập ngoại được sử dụng trong máy
móc đòi hỏi độ chính xác cao và yêu cầu công nghệ cao.
- Ngoài ra còn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, …
- Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm – 15mm, thông 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

Page 5


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

- Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng
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 6


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

Page 7


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

- Băng tải xoắn ốc
Hình 1. Băng tải xoắn ốc

Page 8


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

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

- Băng tải rung

Hình 1. Băng tải rung

Page 9


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

* 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

Page 10


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
* Ưu điểm của động điện cơ xoay chiều:
+
+

+
+
+

Ít phải bảo dưỡng do không 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 quá tải kém
+ Luôn vận hành gắn với hệ thống xoay chiều có sẵn
+ Cấu trúc điều khiển phức tạp khó mô tả toán học.
1.1.2.2. Động cơ điện một chiều.

Hình 1. Động cơ Một chiều

* Ưu điểm của động cơ điện một chiều:

Page 11


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
+ 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.
+ 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 mô 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 12


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
- Công tắc hành trình
- Cảm biến tiệm cận...

Nguồn năng lượng
Trạm nguồn

Page 13


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

* Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén.

Page 14


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 không điều chỉnh

Page 15


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
được

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

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.

Page 16


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
- 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.
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.

Page 17


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

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
lò xo hồi khi không có bất kỳ một tín hiệu điều khiển
nào. Người ta thường gọi đó là trạng thái không. Hai trạng thái còn 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.
Ngoài chức năng đảo chiều cơ cấu chấp hành, các van 5/3 khác nhau bởi trạng
thái không và vì vậy được lựa chọn vì những mục đích sử dụng khác nhau:
+ van 5/3 trạng thái không 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
chính xác còn 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 dòng khí nén chảy theo một hướng khi lực do
khí nén gây ra lớn hơn lực lò 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 dòng chảy của dòng khí xả. Khi có van xả nhanh, khí xả trong

Page 18


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
buồng xilanh không 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 công 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

Van tiết lưu 2 chiều

Van tiết lưu 1 chiều

Page 19


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
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 quá trình vật lý
hay hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập
thông tin về trạng thái hay quá 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 20


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.

Page 21


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
- Cảm biến nhiệt.
- Cảm biến lazer.
- Cảm biến điện cảm.
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 môi 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..

Page 22

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
Hình 1. a.Cảm biến tiệm cận cảm ứng và điện dung b.Công tắc từ tiệm cận

* 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

Page 23


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

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

Cảm biến được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng

(NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát
hiện được vật.
* Với đầu ra transistor có logic NPN:

Page 24


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2
- Thường mở: Tín hiệu điện áp thấp khi phát hiện ra vật. Tín hiệu điện áp cao
khi không có vật.
- Thường đóng: Tín hiệu thấp khi không 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 không có vật.
- Thường đóng: Tín hiệu cao khi không 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.

Hình 1.14 Đầu ra của cảm biến kiểu DC-2 dây

Page 25