Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.09 MB, 54 trang )
Khoa Điện
Nhóm 6
Đề tài 6
Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất, mô tả
công nghệ như hình
Hệ thống gồm: Động cơ kéo băng tải, hai nút khởi động và dừng hệ thống:
Start, Stop, Bồn chứa chất lỏng cần rót, thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa
thùng, Van 2 được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, Van 1 được điều
khiển để đưa chất lỏng vào thùng bồn chứa.
Các thông số cần giám sát là mức chất lỏng trong bồn chứa và mức chất
lỏng rót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải. Đối tượng điều khiển là
động cơ kéo băng tải, Van1, Van2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng
tải. Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m.
Chất lỏng cần rót có tính dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
1
Khoa Điện
Nhóm 6
Yêu cầu:
1. Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất
lỏng.
2. Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?
3. Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống.
4. Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?
5. Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?
6. Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra của cảm biến
để tác động đến các đối tượng điều khiển?
7. Đánh giá về sai số của hệ thống (giới hạn, nguyên nhân biện pháp khắc phục).
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
2
Khoa Điện
Nhóm 6
Lời Nói Đầu
– Ngày nay việc ứng dụng khoa học – công nghệ vào lao động sản xuất là
một nhu cầu không thể thiếu. Nó quyết định việc tăng năng suất lao động, hạ giá
thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu quả
kinh tế, chất lượng sản phẩm.
– Đối với một đất nước đang trong thời kỳ phát triển của sự nghiệp công
nghiệp hóa- hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giới hóa hoạt
động lao động sản xuất là quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết.
– Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó, nhóm chúng em đã đi tới việc tìm hiểu
đề tài “Xây dựng và thiết kế khâu chiết rót chất lỏng vào thùng trong sản
xuất”, nhằm phục vụ việc chiết rót sản phẩm cho ngành sản xuất có nhu cầu. Đặc
biệt là những nhà mày có nhu cầu đóng chai tự động.
– Ở đề tài lần này chúng em hướng đến thiết kế một loại máy chiết rót chất
lỏng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, hiệu quả kinh tế, không độc hại, không gây ô
nhiễm môi trường và tương đối phù hợp với công nghệ sản xuất trong nước.
– Vì kinh nghiệm bản thân cũng như kiến thức không nhiều nên không tránh
khỏi như thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đống góp ý kiến từ phía các
thầy cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
3
Khoa Điện
Nhóm 6
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế ................................................ 5
1.1 Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất lỏng .. 5
1.2 Nguyên lý vận hành của hệ thống ............................................................. 7
Chương 2: Nội dung thực hiện ..................................................................... 9
2.1- Yêu cầu của đề tài ................................................................................... 9
2.2- Các hướng giải quyết ............................................................................... 9
2.3- Lý do lựa chọn cho thiết kế ..................................................................... 15
2.4- Tính chọn thiết bị ..................................................................................... 15
Chương 3: Kết luận ....................................................................................... 25
3.1- Các kết quả đạt được ................................................................................ 25
3.2- Các hạn chế khi thực hiện ........................................................................ 25
3.3- Biện pháp khắc phục ................................................................................ 26
Chương 4: Bản dịch tài liệu cảm biến ......................................................... 27
4.1- Bản tài liệu lý thuyết ................................................................................ 27
4.2- Bản tài liệu sử dụng cảm biến ................................................................. 53
Tổng kết: ........................................................................................................ 54
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
4
Khoa Điện
Nhóm 6
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế
1.1 Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất lỏng
Ngày nay việc ứng dụng khoa học - công nghệ vào lao động sản xuất là
một nhu cầu không thể thiếu. Nó quyết định việc tăng năng suất lao động, hạ giá
thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu quả
kinh tế, chất lượng sản phẩm.
Về công nghệ, hệ thống chiết rót chất lỏng sử dụng các cảm biến, các động
cơ, các bộ điều khiển để điều khiển cho hệ thống hoạt động chính xác, nhanh
chóng, hiệu quả.
Sơ đồ hệ thống:
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
5
Khoa Điện
Nhóm 6
Hệ thống gồm có:
+Kho: chứa các thùng rỗng
+Thùng: chứa chất lỏng cần rót
+Động cơ: kéo băng tải
+Hai nút khởi động và dừng hệ thống: Start, Stop
+Bồn chứa: chứa chất lỏng cần rót
+Van 1: được điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa
+Van 2: được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng
Hệ thống chiết rót chất lỏng vào thùng được ứng dụng rất phổ biến trong
các nhà máy, xí nghiệp. Nó giúp cho việc định mức định lượng trở nên chính
xác, đảm bảo vệ sinh.
Trong thực tế yêu cầu về đo mức và lưu lượng chất lỏng xuất hiện trong
nhiều lĩnh vực:
- Sản xuất nông nghiệp: đảm bảo lượng nước tưới tiêu cho cây trồng, đảm
bảo lượng nước trong các bể, hồ nuôi thủy hải sản.
- Công nghiệp sản xuất rượu, bia, nước giải khát.
- Đo mức xăng, dầu trong khai thác dầu khí.
- Khống chế mức nước trong thủy điện, nhiệt điện.
- Đo mức chất lỏng trong các phòng thí nghiệm, xét nghiệm.
- Xử lí nước thải trong các nhà máy, thành phố.
Tùy theo yêu cầu độ chính xác về mức và lưu lượng chất lỏng trong từng
ứng dụng mà lựa chọn các loại cảm biến khác nhau.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
6
Khoa Điện
Nhóm 6
1.2 Nguyên lý vận hành của hệ thống
Theo yêu cầu của đề tài ta cần rót chất lòng vào thùng rỗng cao 0,5 m nhờ
một hệ thống băng truyền vận chuyển thùng rỗng và có một bồn chứa chất lỏng
cần rót vào thùng rỗng. Ngoài ra còn có hệ thống đẩy thùng rỗng để chứa chất
lỏng.
Đầu tiên ta thiết kế hệ thống hoạt động của băng truyền:
+ Khi ấn nút Start, động cơ của băng chuyền bắt đầu hoạt động. Cảm biến ở
Van2 phát hiện không có thùng dưới Van2 và đưa tín hiệu tới kho chứa thùng
rỗng. Trong kho sẽ có thiết bị đẩy thùng xuống băng tải, chạy đến vị trí phía dưới
Van2.
+ Cảm biến ở đầu kho sẽ phát hiện có 1 thùng chạy trên băng tải và dừng
thiết bị đẩy thùng từ kho xuống băng tải. Từ đó sẽ chỉ có 1 thùng được đưa lên
băng tải.
+ Khi thùng rỗng đến vị trí của bồn chứa (Dưới Van2) thì cảm biến sẽ phát
hiện có thùng và đưa tín hiệu làm dừng động cơ kéo băng truyền đồng thời gửi
tiến hiệu làm hoạt động cảm biến đo lưu lượng chất lỏng có trong thùng. Từ đó
thì thùng rỗng sẽ nằm yên dưới Van2.
+ Tiếp theo cảm biến ở Van2 xác định lưu lượng chất lỏng trong thùng chưa
đủ và mở Van2 xả chất lỏng xuống thùng rỗng. Nhờ có cảm biến đo mức chất
lỏng được rót vào thùng rỗng thì khi thùng được xả đủ lượng chất lỏng theo yêu
cầu, cảm biến sẽ đưa tín hiệu khóa Van2 và điều khiển động cơ băng truyền hoạt
động trở lại
+ Khi băng truyền hoạt động trở lại, thùng được đong chất lỏng sẽ rời khỏi
vị trí dưới Van2. Do đó cảm biến vị trí dưới Van2 sẽ gửi tín hiệu đẩy thùng rỗng
xuống băng tải lặp lại chu kỳ cũ.
+ Khi cần dừng hệ thông ấn nút Stop thì hệ thống động cơ, băng tải, cảm
biến sẽ bị cắt điện, dừng hoạt động và các Van sẽ đóng lại ngay lập tức, không
cho chất lỏng chảy ra ngoài.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
7
Khoa Điện
Nhóm 6
Tiếp theo là hệ thống rót chất lỏng vào bồn chứa
+ Cần xác định lượng chất lỏng có thể chứa ở trong bồn và thùng chứa. Khi
bồn chứa còn quá ít tức là chất lỏng còn dưới 1 thể tích tối thiểu nào đó (giả dụ là
0.5m), để tránh tình trạng Van2 xả mãi mà không đầy thùng, ta cũng cần 1 hệ
thống bù cung cấp chất lỏng vào bồn chứa nhờ vào cảm biến mức để nhận biết
lưu lượng chất lỏng có trong thùng chứa.
+ Van1 sẽ xả chất lỏng vào thùng chứa khi lượng chất lỏng trong thùng chứa
ở dưới 0.5m và sẽ đóng khi lượng chất lỏng trong thung chứa dâng cao đến 1 mức
cho phép nào đó (giả dụ là 1.5m).
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
8
Khoa Điện
Nhóm 6
Chương 2: Nội dung thực hiện
2.1 Yêu cầu của đề tài
+ Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết
rót chất lỏng.
+ Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?
+ Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống.
+ Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?
+ Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?
+ Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra cửa
cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?
+ Đánh giá về sai số của hệ thống.
2.2 Các hướng giải quyết
Đối với hệ thống chiết rót chất lỏng này, chúng em sử dụng 5 cảm biến:
+1 cảm biến quang loại phản xạ để phát hiện thùng rỗng được đưa lên
băng truyền và giới hạn chỉ có 1 thùng rỗng được đưa lên băng truyền mỗi 1 chu
kì. Bên cạnh đó có thể đếm số thùng được rót chất lỏng.
+1 cảm biến tiệm cận điện dung để phát hiện sự có mặt của thùng rỗng ở
phía dưới Van 2 từ đó dừng băng truyền và gửi tín hiệu cho cảm biến đo lưu
lượng chất lỏng có trong thùng hoạt động. Khi không có thùng sẽ đưa tín hiệu
đưa thùng rỗng ở kho xuống băng truyền.
+2 cảm biến mức bên trong bồn chứa để đo lưu lượng chất lỏng giới hạn
thấp, cao có trong bồn chứa từ đó điều khiển sự đóng, mở của Van1.
+1 Cảm biến quang tiệm cận siêu âm ở đầu Van2 để đo mức chất lỏng
trong thùng rỗng từ đó điều khiển sự đóng mở của Van2 và điểu khiển động cơ
băng truyền hoạt động trở lại đưa thùng được rót đủ lượng chất lỏng ra ngoài.
Bên cạnh đó còn có:
+ Các nút Start, Stop để khởi động và dừng toàn bộ hệ thống.
+ Khung định hướng đi cho thùng tránh hiện tượng thùng bị rơi ra khỏi
băng truyền.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
9
Khoa Điện
Nhóm 6
2.2.1 Cảm biến quang:
Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na,
thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích
hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu
quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực
catot (Cathode) khi có 1 lượng ánh sáng chiếu vào.
Công dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện các vật thể
không tiếp xúc, được thiết kế nhỏ gọn với vỏ bằng nhựa hoặc kim loại, hình
dạng vuông hoặc tròn, có chế đọ chỉnh định, có thể phát hiện sự chênh lệch màu
sắc cao, hoạt động chính xác và ổn định. Phát hiện các vật các vật thể qua nó với
thời gian nhanh.
Cảm biến quang loại phản xạ
Cảm biến quang loại phản xạ có bộ phát và nhận tích hợp chung trong 1 vỏ
hay còn gọi là 2 trong 1. Vị trí 2 bộ phận này song song nhau:
Các bộ phận của cảm biến quang loại phản xạ.
Ánh sáng được chiếu đến bộ phận phản xạ và quay trở lại bộ phận tiếp
nhận. Khi có đối tượng chặn ánh sáng, ngõ ra của cảm biến thay đổi trạng thái.
Các đối tượng được nhận biết khi ánh sáng bị ngắt không phản xạ lại.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
10
Khoa Điện
Nhóm 6
Đặc điểm cảm biến quang loại phản xạ:
+Độ tin cậy cao.
+Giảm bớt dây dẫn.
+Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng.
Cảm biến quang phản xạ
Cảm biến quang dạng khuếch tán
Bộ cảm biến với ánh sáng hồng ngoại điều chế chất lỏng. Được trang bị với
bộ khuếch đại. Bộ phát và bộ nhận đều khép kín trong hộp nhựa và được thiết kế
để gắn vào tường bể, NC (nghỉ switching) PNP transistor đầu ra (đầu ra OFF khi
cảm biến trong chất lỏng). Các cảm biến này đòi hỏi 10-40 VDC điện áp đầu
vào, có một đèn LED cho đầu ra về chỉ định và thường được chấp nhận ứng
dụng.
Cảm biến quang khuếch tán
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
11
Khoa Điện
Nhóm 6
2.2.2 Cảm biến tiệm cận
Công dụng của cảm biến tiệm cận
Là một kỹ thuật để nhận biết sự có mặt hay không có mặt của một vật thể
với cảm biến điện từ không tiếp xúc. Cảm biến tiệm cận có 1 vai trò quan trọng
trong thực tế. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến thường là dạng logic.
Đặc điểm:
+Phát hiện vật không cần tiếp xúc (nên tuổi thọ cao).
+Tốc độ đáp ứng nhanh.
+Led hiển thị trạng thái Out.
+Đạt tiêu chuẩn IP67 (tiêu chuẩn IEC).
+Đầu sensor nhỏ, có thể lắp đặt ở nhiều nơi, nhiều vị trí, không gian hạn
chế.
+Có thể sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt mà các loại cảm biến
khác khó có thể hoạt động ổn định được.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
12
Khoa Điện
Nhóm 6
Có 3 loại cảm biến tiệm cận: điện cảm, điện dung và siêu âm.
* Cảm biến tiệm cận điện dung:
Cấu tạo:
+ Bộ phận cảm biến (các bản cực cách điện).
+ Mạch ghi nhận tín hiệu; mạch điện ở ngõ ra.
+ Mạch dao động.
Nguyên lý hoạt động: dựa trên sự thay đổi điện dung khi vật thể xuất hiện
trong vùng điện trường, từ sự thay đổi này, trạng thái “On”, “Off” của ngõ ra
được xác định.
Ưu điểm:
+Phát hiện được mọi vật liệu.
+Có thể phát hiện vật thể qua lớp cách ly: kin loại, nhựa, thủy tinh…
+Ổn định và tốc độ cao.
+Độ phân giải tốt.
+Giá thành tương đối thấp.
Cảm biến tiệm cận
* Cảm biến tiệm cận siêu âm
Cấu tạo: Cảm biến gồm 2 phần: phần phát ra sóng siêu âm và phần thu
sóng siêu âm phản xạ về.
Nguyên lý hoạt động:
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
13
Khoa Điện
Nhóm 6
Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm. Thời gian sóng
âm thanh đi từ cảm biến đến đối tượng và quay trở lại liên hệ trực tiếp đến chiều
dài quãng đường.
Ưu điểm:
+Đo được khoảng cách của vật di chuyển.
+Ít ảnh hưởng bởi vật liệu và bề mặt.
+Không ảnh hưởng bởi màu sắc.
+Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách.
+Có thể phát hiện vật nhỏ ở khoảng cách xa.
Nhược điểm:
+Sóng phản hồi chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm.
+Cần 1 khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi.
+Khoảng cách tỉ lệ nghịch với tần số.
Ứng dụng cảm biến tiệm cận điện dung trong đo mực chất lỏng
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
14
Khoa Điện
Nhóm 6
2.3 Lý do lựa chọn cho thiết kế
Do các thùng chứa chất lỏng có thể làm bằng thuỷ tinh trong suốt nên ta
dùng cảm biến quang loại phản xạ. Cảm biến quang ít chịu ảnh hưởng của chất
lỏng, tần số hoạt động cao, chính xác, lắp đặt đơn giản nên ta chọn CB quang
loại phản xạ.
Chọn cảm biến tiệm cận điện dung để phát hiện sự có mặt của thùng ở dưới
Van2. Cảm biết có thể phát hiện mà không chạm vào và phát hiện mọi loại vật
liệu. Cảm biến tiệp cận điện cảm chỉ phát hiện kim loại.
Ta chọn cảm biến mức dạng quang để đo mực nước trong thùng chứa do
cảm biến điện dung có thể phát hiện được mọi vật liệu (cảm biến điện cảm chỉ
có thể phát hiện được kim loại), giá thành hợp lý và do thùng chứa luôn ở vị trí
cố định.
Ta dùng cảm biến tiệm cận siêu âm để đo mức nước trong thùng rỗng do ta
không biết thể tích của thùng chứa nên không thể dùng cảm biến đo lưu lượng,
đồng thời các thùng rỗng di chuyển trên băng tải, không cố định nên không thể
dùng cảm biến điện dung như ở thùng chứa.
2.4 Tính chọn thiết bị
2.4.1 Mô tả hệ thống
a, Sơ đồ lắp đặt
Sơ đồ lắp đặt
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
15
Khoa Điện
Nhóm 6
Chú thích sơ đồ:
+Kho: chứa các thùng rỗng
+CB1: Cảm biến quang phản xạ để phát hiện và dừng thiết bị đẩy thùng từ
kho để chỉ 1 thùng rỗng được đưa ra băng tải. Bên cạnh đó có thể đếm số thùng
được đưa xuống băng tải.
+CB2: Cảm biến tiệm cận điện dung xác định vị trí thùng rỗng. Từ đó điều
khiển động cơ băng truyền, thiết bị đẩy thùng xuống băng tải, kích thích CB3
hoạt động.
+CB3: Cảm biến quang đo mức (cảm biến tiệm cận siêu âm) phát hiện mức
chất lỏng có trong thùng đã đạt ngưỡng hay chưa đồng thời xuất tín hiệu đóng
mở van 2 cho đúng trình tự (đạt ngưỡng thì đóng van 2, chưa đạt ngưỡng thì van
2 lại mở). Đồng thời khi thùng đủ chất lỏng thì sẽ điều khiển động cơ băng
truyền hoạt động trở lại đưa thùng được rót chất lỏng ra ngoài.
+CB4: Cảm biến mức dạng quang đo mức chất lỏng trong bồn chứa và
điều khiển van1 mở khi mực chất lỏng chạm mức thấp.
+CB5: Cảm biến mức dạng quang nữa cũng làm nhiệm vụ đo mức chất
lỏng trong bồn chứa và điều khiển van1 đóng khi mực chất lòng đạt mức cao.
b, Thuyết minh
+ Công đoạn 1: Đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng tải
Khi ấn nút Start khởi động cơ hoạt động kéo băng truyền chạy. CB2 hoạt
động phát hiện có thùng ở dưới Van2 hay không. Nếu không có thì sẽ cấp tiến
hiệu cho thiết bị đẩy thùng rỗng đẩy thùng rỗng xuống băng tải.
CB1 cảm nhận có thùng rỗng chạy trên băng tải không. Nếu có thì sẽ cấp
tín hiệu cho thiết bị đẩy thùng ngừng đẩy thùng rỗng xuống băng tải. Từ đó chỉ
có 1 thùng được đưa xuống băng tải.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
16
Khoa Điện
Nhóm 6
Nếu lắp thêm 1 bộ đếm thì sẽ đếm 1 lần thùng rỗng được đưa xuống băng
tải.
+ Công đoạn 2: Điều khiển hệ thống băng truyền dừng và chạy
Thùng rỗng được đưa xuống băng tải qua công đoạn 1, động cơ băng tải
hoạt động kéo băng tải đưa thùng đi đến vị trí Van2, CB2 phát hiện có thùng
rỗng và đưa tín hiệu dừng động cơ băng truyền, thùng rỗng sẽ nằm yên trên
băng truyền (dưới Van2). Đến khi thùng được rót đầy thì động cơ băng truyền
hoạt động trở lại làm thùng tiếp tục chạy trên băng truyền ra ngoài.
+ Công đoạn 3: Rót chất lỏng vào thùng rỗng
Khi thùng rỗng tới vị trí dưới Van2, CB2 phát hiện có thùng rỗng và phát
hiện và phát tiến hiệu về trung tâm sử lý làm CB3 hoạt động và đo lưu lượng
chất lỏng trong thùng, thùng chưa đủ lưu lượng chất lỏng yêu cầu thì sẽ mở
Van2 rót chất lỏng vào thùng.
Khi chất lỏng được Van2 rót vào thùng cho tới khi lưu lượng chất lỏng có
trong thùng đạt ngưỡng yêu cầu cài đặt từ trước. Sau đó, CB3 sẽ khóa Van2,
kích thích động cơ băng truyền hoạt động trở lại.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
17
Khoa Điện
Nhóm 6
Ngay sau khi thùng chứa đủ chất lỏng chạy ra khỏi vị trị dưới Van2, CB2
không phát hiện có thùng ở dưới Van2 sẽ cấp tiến hiệu cho nhà kho đưa thùng
rỗng xuống băng tải, lặp lại chu kì cũ.
+ Công đoạn 4: Bơm chất lỏng vào bồn chứa
Khi chất lỏng trong bồn chứa dưới ngưỡng chạm, CB4 xuất tín hiệu về
trung tâm cho mở Van1 để chất lỏng được bơm vào bồn đến khi đạt ngưỡng
chạm CB5 xuất tín hiệu về trung tâm đóng Van1. Quy trình lặp đi lặp lại.
2.4.2 Lựa chọn thiết bị
a, Cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
18
Khoa Điện
Nhóm 6
Nguyên lý hoạt động: Ở trên đỉnh bồn chứa đặt một nguồn phát siêu âm
mạnh. Luồng phát phát ra nguồn siêu âm theo chiều xuống đáy bồn chứa. Khi
luồng siêu âm gặp mặt chất lỏng nó phản xạ lên và đến đầu thu, thời gian từ lúc
phát tới lúc thu:
T=
2H1
c
Trong đó: T: là thời gian từ lúc phát tới lúc thu siêu âm.
H1: khoảng cách từ bồn chứa tới mặt chất lỏng.
c: tốc độ truyền siêu âm trong không khí (vào khoảng 340m/s ở 150C)
Tuy nhiên thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật
cần đo. Những yếu tố như bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc, độ cản trở bình
chứa, nhiễu loạn gây bởi bề mặt, những chất tạo bọt và thậm chí là độ gồ ghề
hoặc góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần đo đều góp phần tạo những thông tin
không mong muốn ở tín hiệu phản hồi.
Cảm biến mức sóng siêu âm sử dụng sóng ở dải tần số 10 KHz. Tốc độ
truyền của sóng (340m/giây trong không khí ở 15 độ C) phụ thuộc vào loại khí
và nhiệt độ của khí bên trong bình chứa.
Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động sẽ
ảnh hưởng thế nào tới sóng âm khi phát ra.
Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm gồm:
+ Sóng âm-điều kiện tiên quyết của phép đo là sóng âm phải đi qua chất
cần đo. Thông thường là không khí, nếu môi trường là chân không lại không phù
hợp do trong chân không, không có đủ số phân tử khí làm giảm khả năng truyền
sóng.
+ Điều kiện bề mặt-bọt và những hạt bụi bẩn bám trên bề mặt của chất lỏng
có thể hấp thụ sóng âm và làm cản trở sóng phản hồi về đầu phát.
+ Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được phát và nhận theo đường
thẳng, mặt phản xạ cần là mặt phẳng.
+ Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm được gửi đến để đo thường
làm bằng nhựa với nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C (Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ
sẽ làm phép đo mức kém chính xác).
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
19
Khoa Điện
Nhóm 6
+ Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất
quá cao; giá trị lớn nhất loại cảm biến này có thể chịu được là 30 psi (~2 bar).
Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), môi trường đọng nước, và tạp
chất có thể làm thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường không khí và ảnh
hưởng rất lớn đến độ chính xác của tín hiệu hồi đáp. Để tránh sai số do môi
trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường có thể dự đoán
trước.
Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đo thời
gian nhận được tín hiệu trở vể. Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảm biến
siêu âm, ta tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu. Từ thời
gian này có thể tính ra được khoảng cách.
Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu
âm trả về kết quả cực kì chính xác.
Chọn cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm HC – SR04
Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để
xác định khoảng cách vì rẻ và chính xác. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có
thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ
phụ thuộc vào cách lập trình.
Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND.
+ Nguồn làm việc: 5V
+ Dòng tiêu thụ: < 2mA
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
20
Khoa Điện
Nhóm 6
+ Tín hiệu đầu ra: xung HIGH (5V) và LOW (0V)
+ Khoảng cách đo: 2cm - 300cm (3 mét)
+ Độ chính xác: 0.5cm
Cảm biến gồm có 4 chân
+Vcc -> nguồn 5V
+Trig -> nối vi điều khiển ( ngõ phát Output )
+Echo -> nối vi điều khiển ( ngõ thu Input )
+Gnd -> nối âm
Lắp mạch
Độ chính xác về khoảng cách của cảm biến siêu âm HC-SR04 phụ thuộc
lớn vào cách bạn lập trình phát - thu tín hiệu.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
21
Khoa Điện
Nhóm 6
b, Cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến tiệm cận E18-D50NK NPN
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D50NK dùng ánh sáng hồng ngoại để
xác định khoảng cách tơi vật cản cho độ phản hồi nhanh. Rất ít nhiễu do sử dụng
mắt nhận. Phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh
khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở. Ngo ra cảm biến ở dạng cực
thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân tín hiệu khi sử dụng.
Thông Số Kỹ Thuật:
+ Nguồn điện cung cấp: 5VDC
+ Dòng tiêu thụ 15mA
+ Khoảng cách phát hiện: 3 - 50 cm ( Có thể điều chỉnh qua biến trở ).
+ Dòng kích ngõ ra 300mA
+ Ngõ ra dạng cực NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở
treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
+ Chất liệu sản phẩm: nhựa.
+ Có LED hiển thị ngõ ra màu đỏ.
+ Nhiệt độ làm việc (-25) - 55 độ
+ Kích thước: 1.8 cm (D) x 7.0 cm (L)
Sơ đồ:
Dây đen: Data; Dây Xanh: GND; Dây nâu: Vcc
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
22
Khoa Điện
Nhóm 6
c, Cảm biến quang loại phản xạ
Cảm biến quang phản xạ E3Z-R61 2M
Thông số kỹ thuật:
•
Cảm biến quang điện loại phản xạ gương với chức năng M.S.R
•
Khoảng đo: 0.1 - 4 m (sử dụng với E39-R1S).
•
Nguồn cấp: 12 - 24 VDC ± 10%.
•
Ngõ ra: NPN cực thu hở.
•
Chế độ hoạt động: Light-ON | Dark-ON.
•
Thời gian đáp ứng: 1 ms Max.
•
Hiệu chỉnh: Biến trở đơn.
•
Cấp độ bảo vệ: IP67.
•
Kiểu kết nối: Cáp dài 2 m.
•
Bảo vệ vọt áp, ngắn mạch, phân cực ngược, nhiễu giao thoa.
Cảm biến có thể phát hiện được vật mờ đục nên có thể sử dụng nếu vận cản là
thủy tinh mà không bị nhiễu.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
23
Khoa Điện
Nhóm 6
d, Cảm biến dạng quang
Cảm biến dạng quang VP04E
Thông số kỹ thuật:
- Tín hiệu ngõ ra: Transistor NPN/PNP
- Trạng thái hiện thị : LED-indication for output ON
- Nguồn điện cung cấp: DC types: 10 tới 40 VDC
- Áp lưc: 10bar ở 60 độ
- Tần số hoạt động: 30Hz
- Cường độ cảm biến: 0-100Lux hoặc 0-50000Lux
- Cable: 2 mét
- Nhiệt độ hoạt động: -20 đến +80 độ
- Chất liệu: Nhựa Polysulphone
Do bồn chứa chất lỏng dự trữ có tính dẫn điện và không có tính ăn mond
hóa học và cấu tạo đơn giản nên ta chọn cảm biến dạng quang vỏ nhựa. Cảm
biến dạng quang đơn giản dễ lắp đặt, thích hợp trong mọi môi trường chất lỏng,
tần số hoạt động liên tục, ổn định và có độ chính xác cao. Với những ưu điểm
trên nên ta chọn cảm biến dạng quang là phù hợp.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
24
Khoa Điện
Nhóm 6
Chương 3: Kết luận
3.1 Các kết quả đạt được
+ Hiểu rõ ứng dụng của khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản
xuất và trong đời sống thực tế. Cấu tạo, nguyên lý vận hành của hệ thống.
+ Hiểu rõ về nguyên lý, cấu tạo cách sử dụng và phối hợp cảm biến một
cách hiệu quả.
+ Biết chọn thiết bị phù hợp với giá thành nhưng chất lượng vẫn rất tốt.
+ Biết đánh giá về từng khâu, cách thức lắp đặt, cách thức vận hành một hệ
thống tự động.
+ Tích lũy thêm được nhiều kiến thức bổ ích về kỹ thuật đo lường & cảm
biến.
+ Nâng cao khả năng làm việc nhóm, tìm tòi kiến thức và tự phát triển bản
thân.
3.2 Các hạn chế khi thực hiện
+ Do không có kinh nghiệm thực tế nên bài làm còn nhiều sai sót, hạn chế
và sơ sài.
+ Cảm biến còn mắc cái sai số do các ảnh hưởng từ bên ngoài
+ Chưa được lắp đặt cảm biến thực tế nên chưa thấy được cách vận hành
thực tế của thiết bị, chưa đánh giá ngay được cách thức hoạt động, độ ổn định,
cơ cấu hệ thống.
+ Chưa xây dựng được bộ sử lý tổng đề có thể vận hành hệ thống 1 cách
hoàn toàn tự động hóa.
+ Do chỉ có 1 Van xả chat lỏng nên năng suất của hệ thống còn thấp.
BÔ MÔN: ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
25
