Tính toán thiết kế chế tạo máy bán nước giải khát tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------

NGUYỄN BÁ HUY

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BÁN NƯỚC
GIẢI KHÁT TỰ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội – 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------

NGUYỄN BÁ HUY

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY BÁN NƯỚC
GIẢI KHÁT TỰ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN MINH HỆ

Hà Nội - 2005

-1-

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC .................................................................................................... - 1 DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................... - 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................... - 3 LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................. - 5 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................. - 6 Chương 1:
Tổng quan về máy bán hàng tự động (Automatic Vending
machine).
-61.1. Tổng quan: .................................................................................... - 6 1.2. Lịch sử phát triển và phân loại các máy bán hàng tự động: ......... - 7 Chương 2: Đặt vấn đề nghiên cứu .......................................................... - 9 2.1. Đặt vấn đề: .................................................................................. - 11 2.2. Mục đích nghiên cứu:.................................................................. - 12 2.3. Tính năng, ưu nhược điểm của máy: Error! Bookmark not defined.
2.4. Tình hình nghiên cứu trong nước. ................................................. - 9 PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT ......................................... - 14 Chương 1: Nguyên lý hoạt động và cấu tạo chung của máy. ................ - 14 1.1. Nguyên lý hoạt động của máy: ................................................... - 14 1.2. Cấu tạo chung:............................................................................. - 16 Chương 2: Tính toán thiết kế khối xử lý xu. ........................................ - 20 2.1. Bộ nhận tiền xu bằng cảm biến quang (photocell). ............. - 21 2.1.1. Khái niệm cảm biến: ........................................................... - 21 2.1.2. Một số loại cảm biến:........................................................... - 23 2.1.3 Lựa chọn phương án nhận xu. ............................................. - 24 2.1.4. Thiết kế bộ nhận xu dùng cảm biến quang. ................... - 26 2.2. Bộ trả lại tiền thừa. .................................................................. - 27 Chương3: Tính toán thiết kế khối cung cấp nguyên liệu. ..................... - 28 3.1. Bộ cung cấp sản phẩm................................................................. - 28 3.2. Bộ cung cấp nước lạnh. ............................................................... - 28 3.2.1. Thiết kế bình chứa nước lạnh............................................... - 29 3.2.1. Lựa chọn thống lạnh. ....................................................... - 32 3.2.2. Tính thiết bị ngưng tụ: ..................................................... - 35 3.2.3. Tính toán thiết kế giàn bay hơi: .................................... - 38 3.2.4. Tính chọn các thiết bị phụ: ............................................ - 39 3.2.5. Tính chọn máy nén và tính kiểm tra máy nén. .............. - 40 3.2.6. Tính chọn phương pháp tự động hoá bảo vệ . .............. - 46 3.3. Bộ cung cấp nước nóng. .............................................................. - 49 3.3.1. Khái niệm về truyền nhiệt: .............................................. - 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-2-

3.3.2. Lựa chọn bộ gia nhiệt nhanh. ......................................... - 51 Chương 4: Tính toán thiết kế khối cấp cốc tự động. ............................. - 57 4.1. Nhiệm vụ của bộ cấp cốc: .......................................................... - 57 4.2. Các phương pháp cấp cốc. .......................................................... - 57 4.3. Lựa chọn bộ cấp cốc. ................................................................. - 59 4.4. Thiết kế bộ cấp cốc nhựa loại đường kính 76mm ...................... - 60 Chương 5: Tính toán thiết kế khối định lượng .................................... - 61 5.1. Những yêu cầu cơ bản đối với quá trình định lượng: ................. - 61 5.2. Giới thiệu chung về các phương pháp định lượng. ..................... - 62 5.3. Thiết kế bộ định lượng cho dịch sản phẩm. ................................ - 64 5.4. Bộ định lượng nước nóng và nước lạnh...................................... - 66 Chương 6: Khối điều khiển và chương trình điều khiển. ...................... - 67 6.1. Giải pháp tự động hoá. ............................................................... - 67 6.1.1. Giới thiệu chung về các hệ thống điều khiển tự độn g :- 67 6.1.2. Sự phân cấp của các hệ điều khiển TĐH. ..................... - 69 6.2. Lựa chọn thiết bị (phần cứng) điều khiển dùng PLC : ............... - 71 6.2.1. Giới thiệu chung về PLC. ..................................................... - 73 6.2.2. Lửùa choùn PLC vaứ ửu ủieồm cuỷa boọ ủieàu khieồn khaỷ
trỡnh SLC500 cuỷa Rockwell – Automation :............................... - 75 6.3. Thiết kế chương trình điều khiển cho PLC. ............................... - 81 6.3.1. Xaực ủũnh qui trỡnh coõng ngheọ ....................................... - 81 6.3.2. Xaực ủũnh ngoừ vaứo (input), ngoừ ra (output) : ............... - 82 6.3.3. Vieỏt chửụng trỡnh: ............................................................. - 85 6.3.4. Naùp chửụng trỡnh vaứo boọ nhụự : ................................... - 89 6.3.5. Chaùy chửụng trỡnh : .......................................................... - 90 Chương 7: Khối các mạch khuếch đại trung gian. ................................. - 90 7.1. Giới thiệu về thiết kế mạch in. .................................................... - 90 7.2. Xác định trở và lựa chọn tranditor cho mạch nhận tín và truyền tín
hiệu từ cảm biến đến PLC. ................................................................. - 91 Chương 8: Khối kết cấu khung máy và giao diện người dùng. ............ - 92 8.1. Thiết kế mô hình máy. ............................................................... - 92 8.2. Thiết kế kết cấu khung máy. ....................................................... - 93 8.2. Thiết kế không gian gá lắp. ......................................................... - 94 8.3. Thiết kế giao diện người dùng. ................................................... - 94 PHẦN III: CHẾ TẠO VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM. .................................. - 95 KẾT LUẬN ................................................................................................ - 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ - 101 PHỤ LỤC ................................................................................................. - 102 -

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-3-

DANH MỤC CÁC BẢNG
B¶ng 3.1.

Bảng kích thước thùng lạnh.

B¶ng 3.2.

Bảng thông số giàn ngưng.

B¶ng 3.3.

Bảng thông số giàn bay hơi.

B¶ng 3.4.

Bảng thông số tác nhân lạnh.

B¶ng 3.5.

Bảng thông số tính toán máy nén lạnh.

B¶ng 3.6.

Bảng thông số thực của máy nén.

B¶ng 3.7.

Bảng lựa chọn phương pháp điều chỉnh nhiệt độ theo cỡ máy
nén.

B¶ng 3.8.

Bảng các thông số yêu cầu đối với còng đốt.

B¶ng 3.9.

Bảng thông số tính nhiệt cho còng đốt.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
H×nh 1.1.

Sơ đồ cấu trúc máy bán hàng tự động.

H×nh 2.1.

Kết cấu bộ nhận xu.

H×nh 2.2.

Cấu tạo bộ thiết bị trả lại tiền.

H×nh 3.1.

Cấu tạo bình lạnh.

H×nh 3.2.

Cấu tạo hệ thống lạnh nén hơi một cấp.

H×nh 3.3.

Giàn ngưng tụ.

H×nh 3.4.

Giàn bay hơi.

H×nh 3.5.

Chu trình máy nén hơi 1 cấp.

H×nh 3.6.

Đồ thị lg P – h của tác nhân R12.

H×nh 3.7.

Cấu tạo rơ le kiểu hộp xếp.

H×nh 3.8.

Thiết bị gia nhiệt nhanh.

H×nh 4.1.

Bộ cấp cốc kiểu Ziczac.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-4-

H×nh 4.2.

Bộ cấp cốc kiểu tay kẹp.

H×nh 4.3.

Kích thước cốc sử dụng trong máy.

H×nh 4.4.

Cấu tạo bộ cấp cốc.

H×nh 5.1.

Bộ định lượng sản phẩm theo nguyên lý thể tích.

H×nh 5.2.

Bộ định lượng nước nóng và nước lạnh.

H×nh 6.1.

Phân tầng hệ điều khiển.

H×nh 6.2.

Tầng mạng máy ứng với các cấp điều khiển.

H×nh 6.3.

Hình ảnh bộ điều khiển khả trình SLC500.

H×nh 6.4.

Giao diện phần mềm kết nối RSLink.

H×nh 6.5.

Sơ đồ khối điều khiển.

H×nh 6.6.

Giao diện phần mềm lập trình RSLogix500.

H×nh 6.7.

Hình ảnh chương trình chính.

H×nh 6.8.

Hình ảnh chương trình con nhận xu và cộng tiền.

H×nh 6.9.

Hình ảnh chương trình con so sánh giá và định sản phẩm.

H×nh 6.10. Hình ảnh chương trình con cấp cốc.
H×nh 6.11. Hình ảnh chương trình con QTCN.
H×nh 6.12. Hình ảnh chương trình con trả tiền thừa.
H×nh 6.13. Hình ảnh chương trình con thống kê sản phẩm
H×nh 7.1.

Sơ đồ mạch khuếch đại và đóng ngắt trung gian Darlington.

H×nh 8.1.

Mô hình máy thiết kế trên CorellDraw.

H×nh 8.2.

Mô hình thiết kế kết cấu khung máy

H×nh 8.3.

Mô hình thiết kế kết cấu gá lắp thiết bị.

H×nh 8.4.

Hình ảnh bố trí khe bỏ xu và đèn thiếu tiền.

H×nh 8.5.

Hình ảnh bố trí nút chọn sản phẩm.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-5-

LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, chúng ta gần
như chỉ mới chú trọng đến lĩnh vực tự động hoá trong nhà máy xí nghiệp mà
chưa thực sự chú trọng đến lĩnh vực khá quan trọng là ứng dụng công nghệ tự
động hoá vào đời sống xã hội phục vụ người sử dụng.
Trước những đánh giá đó chúng tôi đã định hướng cho mình là đưa tự
động hoá vào đời sống xã hội phục vụ nhu cầu của người sử dụng như là một
loại hình dịch vụ. Qua tìm hiểu thị trường và nghiên cứu thêm về các dạng
máy tự động chúng tôi thấy dạng máy bán hàng tự động sẽ là một trong
những mặt hàng có nhiều tiềm năng.
Với mục tiêu thiết kế chế tạo một mẫu máy bán hàng tự động tác giả đã
phát triển đề tài này theo hướng đi sâu về "máy bán nước giải khát tự
động". Mẫu máy này sẽ là bước thử nghiệm về nguyên lý và cấu trúc máy
làm cơ sở phát triển nên thành máy thương phẩm có thể đưa ra sản xuất hàng
loạt phục vụ xã hội.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS. Nguyễn Minh Hệ cùng
các thầy giáo trong bộ môn "Máy và thiết bị tự động hoá CNSH – CNSTP",
đồng thời được sự giúp đỡ về mặt nhân lực của 3 bạn sinh viên K45 tác giả đã
thực hiện luận văn này theo đúng tiến độ và mục tiêu đặt ra.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình bạn bè đã động viên
tinh thần và giúp đỡ nhiệt tình.
Hà nội, tháng 11 năm 2005.
Tác giả

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-6-

Nguyễn Bá Huy

PHẦN I: GIỚI THIỆU

CHUNG

Chương 1: Tổng quan về máy bán hàng tự động (Automatic Vending
machine)
1.1. Tổng quan
Ở những nước tiên tiến những máy tự động dùng tiền xu hầu như được
ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Nhưng ở nước ta những máy bán hàng tự
động vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Máy bán hàng tự động có rất nhiều
ưu điểm như:
Một máy bán hàng tự động có thể thay cả một quầy phục vụ, mà không
phải ở đâu ta cũng có thể mở một gian hàng, như trong một hội trường
hay rạp chiếu phim…. Nhưng với máy bán hàng tự động thì khác.
Chúng có thể đặt tại mọi vị trí vừa không cần phải có diện tích lớn vừa
không làm mất đi trật tự và mỹ quan.
Mọi người đều có thể sử dụng từ em bé đến người già, người khoẻ đến
người yếu đều có thể vận hành và sử dụng máy một cách dễ dàng.
Không cần người bán hàng hoặc chỉ cần bất cứ người bán nào mà

không cần phải có kinh nghiệm, không phải tính toán trả lại tiền thừa.
Nó rất dễ đối với nhà kinh doanh do chỉ việc nạp nguyên liệu cho nó,
đôi lúc cần phải làm sạch vệ sinh và cuối cùng là lấy tiền ra.
Máy có thể làm việc cả ngày lẫn đêm và có thể đặt ở những nơi nhiều
người qua lại như ga xe lửa, bến xe buýt, trong công viên, trong bưu
điện, trong nhà ăn trong công sở mà không làm mất đi mỹ quan, thay
thế những quầy bán vé không cần thiết trong những khu du lịch và các
trạm thu phí giao thông.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-7-

Đối với máy bán hàng là thực phẩm nguyên liệu được bảo quản trong
môi trường nhiệt độ thấp luôn đảm bảo sạch sẽ và tươi mát. Điều này sẽ
là một điểm nhấn vì vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm luôn luôn là một
tiêu chí quan trọng nhất.
Sản phẩm đa dạng và phong phú về chủng loại. Nguyên liệu có thể thay
đổi theo ngày. Kết cấu máy cho phép người quản lý dễ dàng thay thế
hay nạp nguyên liệu mới.
Với các mặt hàng mà khi mua chúng ta thường e ngại thì với máy bán
hàng tự động sẽ giúp chúng ta mua hàng dễ dàng hơn, ví dụ: như máy
bán bao cao su hay bán đồ dùng tế nhị....
Với máy bán hàng tự động thì hàng hoá được bán một cách nhanh
chóng và tiện lợi ở mọi nơi mọi lúc và nó cũng góp phần kích thích
phát triển nền kinh tế.
Về nhược điểm thì hầu như là không có hoặc là rất ít như dễ bị phá phách

khi đặt nơi công cộng, nhưng hầu như không đáng kể và có thể khắc phục
được.
1.2. Lịch sử phát triển và phân loại các máy bán hàng tự động
Lịch sử phát triển:
✓ Máy bán hàng tự động đầu tiên xuất hiện vào khoảng năm 215
trước công nguyên ( máy phân phát nước thánh).
✓ Máy thương mại đầu tiên sử dụng bằng tiền xu để bán bưu
thiếp được giới thiệu ở Luân Đôn vào khoảng đầu thập niên
1880.
✓ Năm 1888, Công ty Thomas Adams Gum là công ty đầu tiên
giới thiệu máy bán hàng ở Mỹ với máy bán kẹo Tuti – Fruiti.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


-8-

✓ Năm 1897, Công ty Pulver sản xuất các máy bán hàng gắn với
hình ảnh và âm thanh để cuốn hút khách hàng.
✓ Máy bán hàng tự động bán bằng tiền xu hoàn chỉnh được lắp
đặt ở nhà hàng tại Philadenphia vào năm 1902.
Phân loại theo mục đích sử dụng:
❖ Máy bán nước giải khát pha sẵn
❖ Máy bán nước giải khát đóng lon
❖ Máy bán kẹo, bánh mì, bimbim...
❖ Máy bán báo.
❖ Máy bán vé tự động.

❖ Máy điện thoại dùng tiền xu .v.v.
Một số hình ảnh về các máy bán hàng tự động trên thế giới:

Máy bán
cam tươi

Máy bán bim
bim (snack)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

Máy bán
bánh ngọt

MTP 2005


-9-

Máy bán
Máy bán
càphênước
đặc
1.3. kem
Tìnhcốc
hình nghiên cứu trong

Máy bán vé
trong các ga

Ở các nước phương tây máy bán hàng tự động đã trở nên quen thuộc và
không thể thiếu. Ở Việt Nam, với nền kinh tế phát triển của đất nước và với
nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng thì đến nay chúng ta mới bắt đầu bước
chân vào ngưỡng cửa tự động hoá. Các máy tự động mới bắt đầu xuất hiện
trong vòng hai ba năm qua. Như các máy rút tiền tự động dùng thẻ, các máy
điện thoại dùng tiền xu, và các máy bán hàng giải khát tự động. Tuy nhiên các
nhà cung cấp vẫn rất rụt rè trước thói quen cố hữu của người dân là thích
dùng những đồ uống tự nấu. Một nguyên nhân khác là giá thành của các sản
phẩm ứng dụng công nghệ tự động hầu như là rất đắt chưa phù hợp với túi
tiền người tiêu dùng.
Việc nhập máy bán hàng tự động từ nước ngoài là rất cao (loại máy bán
cà phê và nước đóng lon của LG giá khoảng 3000USD, giá máy bán lon và
Snack của hãng Seaga giá khoảng 3000 – 4000 USD), cho nên khó có thể đưa
vào sử dụng rộng rãi vào trong nước và thời gian khấu hao máy rất lớn giá
thành của sản phẩm bán ra sẽ bị đội lên khá cao không đáp ứng được nhu cầu
người sử dụng. Vì vậy nhu cầu cấp thiết đặt ra cho các nhà khoa học trong
nước là nghiên cứu và chế tạo ra các “Máy bán hàng tự động thích hợp với
điều kiện trong nước”.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


- 10 -

Trong nước hiện nay cũng đã có một số đơn vị cũng đã chế tạo ra sản
phẩm như:
✓

Máy bán nước giải khát đóng lon như các bạn sinh viên Đai học
Bách khoa Hà Nội.

✓

Máy bán cà phê sử dụng tiền xu của nhóm sinh viên trường Đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM.

Nhưng những sản phẩm vẫn đang là mô hình nghiên cứu chứ chưa
được sử dụng rộng rãi.
Hiện nay trong nước một số công ty cũng đã nhập máy từ nước ngoài
vào như:
✓

Công ty Tấn hưng nhập máy Hàn Quốc.

✓

Công ty As Song Du nhập máy của Mỹ.

✓

Công ty TNHH Đức Thịnh nhập máy của Đài Loan....

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005

- 11 -

Chương 2: Đặt vấn đề nghiên cứu
2.1. Đặt vấn đề
Chúng ta đang sống trong một thế kỷ hiện đại và mọi thứ đều phát triển
theo xu hướng thuận tiện hoá các dịch vụ. Ngày nay việc mua hàng hay mua
sách báo mà không cần phải đến các siêu thị hay quầy báo mà chúng ta có thể
chỉ cần ngồi trong nhà và đăng ký qua Internet. Chúng ta có thể liên lạc với
nhau ở mọi nơi mọi chỗ và mọi lúc qua chiếc điện thoại di động nhỏ bé thật là
thuận tiện phải không? Đó chính là nhờ thành tựu của khoa học và những phát
minh này giúp con người giảm bớt được thời gian lãng phí không cần thiết để
sử dụng vào những việc có ích hơn (như đọc báo hay nghỉ giải lao vài phút
trước khi bắt tay vào công việc).
Hãy thử tưởng tượng bạn đang phải thực hiện gấp rút một dự án lớn.
Bạn cần phải tập trung mọi thời gian vào công việc lúc này thời gian thật quý
phải không? Trong lúc căng thẳng đó bạn muốn có một tách trà nóng chẳng
hạn nó sẽ giúp bạn tỉnh táo hơn và giải quyết mọi việc thật dễ dàng. Lúc đó
bạn ước rằng có cách nào mà không cần phải đi xa mà vẫn được đáp ứng sở
thích của mình mà không ảnh hưởng đến công việc? Điều mà bạn mong ước
nay đã trở thành hiện thực! Thật là không thể tin nổi khi công ty bạn quyết
định đầu tư một máy pha chế nước giải khát tự động! Và chiếc máy đó đã
giúp bạn thực hiện được điều ước. Trên tay bạn là cốc chè tươi nóng giòn bốc
khói thơm lừng. Và bạn bắt tay vào công việc với một tinh thần phấn chấn
hiệu suất cao hơn giải quyết được những việc mà bạn tưởng như phải bỏ dở vì
bế tắc. Chúng tôi không dám tự nhận đây là phát minh hay là một sáng kiến.
Bởi vì trên thế giới họ đã dùng những máy bán hàng tự động từ rất lâu và sự
tiện dụng của nó là không thể phủ nhận. Tại sao nước ngoài có mà chúng ta
thì không? Chúng tôi biết sau khi ngân hàng phát hành đồng tiền xu đã có một
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


- 12 -

số đơn vị đã quan tâm vấn đề này nhưng phải nói là hầu như trong số họ chưa
giải quyết được tận gốc của vấn đề. Giải pháp của họ là gì?
✓ Nhập máy từ nước ngoài rồi sửa chữa hệ thống nhận dạng
đồng tiền cho phù hợp với đồng tiền Việt Nam sau đó là đưa ra
thị trường.
✓ Sản xuất một số dạng máy đơn giản ngay trong nước như máy
bán nước giải khát đóng lon.
Bước đầu họ cũng đã có được những thành công nhưng rồi hầu như
chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Tại sao vậy? với giải pháp
thứ nhất, điều không phù hợp là ở chỗ họ nhập máy của nước ngoài với giá
thành rất cao ví dụ như của hãng Seaga với giá khoảng 3000 USD tức là
khoảng 45 – 60 triệu tiền Việt Nam. Vậy để khấu hao hết trong khoảng thời
gian ngắn bắt buộc các nhà kinh doanh phải tăng giá thành sản phẩm lên tức
là tăng giá nước. Với giải pháp thứ hai sản xuất máy đơn giản trong nước giá
thành rẻ nhưng hạn chế về mặt sản phẩm vì bán nước giải khát đã đóng lon
tức là chiếc máy thực sự chỉ thay thế chiếc tủ lạnh thông thường không hơn
không kém và giá thành của một lon nước lại không phải là rẻ vì nó đã được
đưa qua rất nhiều công đoạn trong nhà máy và đã mất chi phí qua các kênh
phân phối.
Nhờ đi sau và rút ra được kinh nghiệm sâu sắc chúng tôi đã đi đến
quyết định tiến hành “ nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tự động bán nước
giải khát”.

2.2. Mục đích nghiên cứu
Sau khi phân tích nghiên cứu kỹ lưỡng sở thích của người Việt Nam
nói riêng và người phương Đông nói chung đều có thói quen uống nước chè
tươi, là thứ nước mang lại cho chúng ta rất nhiều lợi ích. Chất tanin có trong

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


- 13 -

chè tươi có các tác dụng làm tăng cường khả năng hoạt động của thần kinh
ngăn ngừa các bệnh huyết áp làm giảm cholesterol trong máu. Với mục đích
đưa các nguyên liệu từ thiên nhiên chúng tôi phối hợp cung cấp nước chè và
các loại nước ép từ trái cây (như nước cam ép, nước mơ, nước ép từ các loại
củ như củ cà rốt...) sẽ bổ sung chất dinh dưỡng và khoáng chất cho người sử
dụng. Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy bán nước
giải khát tự động dùng tiền xu có các tính năng như sau:
✓ Bán các loại nước chè, nước ép từ trái cây, và một số loại sinh
tố rau, sinh tố củ có nguồn gốc từ tự nhiên.
✓ Bán các loại nước giải khát như cà phê, và các sản phẩm dạng
lỏng.
✓ Vận hành ổn định, thao tác dễ dàng và định lượng chính xác.
✓ Mẫu mã hình thức đẹp mang tính chất thời trang.
Với rất nhiều tính năng ưu việt chiếc máy bán nước giải khát tự động sẽ
làm thay đổi cuộc sống và góp phần thúc đẩy nền kinh tế thị trường không
ngừng phát triển.
Chúng tôi nhận định rằng chiếc máy sản xuất trong nước với giá thành

rẻ và dùng nguyên liệu để pha chế nước giải khát từ tự nhiên và bảo quản
trong môi trường lý tưởng sẽ đáp ứng được nhu cầu và túi tiền của người tiêu
dùng. Bước đầu chúng tôi xác định sẽ thiết kế và chế tạo máy bán nước giải
khát với quy mô nhỏ mục đích là thử nghiệm nguyên lý và tìm ra các thông số
khi vận hành và căn chỉnh máy đồng thời thăm dò sở thích người tiêu dùng.
Từ đó đưa ra một thiết kế chi tiết với giải pháp tối ưu nhất, tiến tới sản xuất
hàng loạt và đưa ra thị trường. Chiếc máy này chúng tôi gọi là phiên bản thứ
nhất (version 1) và nhất định sẽ có các phiên bản thứ hai, thứ ba với nhiều
tính năng thuận tiện và đáp ứng được lòng mong mỏi của người tiêu dùng.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


- 14 -

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT

Chương 1: Nguyên lý hoạt động và cấu tạo chung của máy
1.1. Nguyên lý hoạt động của máy
Nguyên lý làm việc chung của máy là : Người mua bỏ xu vào khe nhận
xu sau đó nhấn nút lựa chọn sản phẩm mình định mua. Trong khi lựa chọn,
khách hàng có thể thay đổi sản phẩm tuỳ ý, chỉ sau khi khách hàng nhấn nút
quyết định mua thì máy sẽ tiến hành các quá trình công nghệ. Chú ý lúc này
máy đang hoạt động mọi lựa chọn khác đều không được chấp nhận. Sau khi
máy thực hiện xong quá trình công nghệ sẽ có đèn báo để khách hàng biết và
lấy cốc ra. Nếu khách hàng chưa lấy cốc thì máy cũng không chấp nhận bất
cứ lựa chọn nào cho đến khi cốc đã được lấy ra, để tránh trường hợp máy vẫn

rót trong khi cốc đã chứa đầy nước sẽ làm tràn nước vào máy. Khi khách hàng
đã lấy cốc ra thì máy sẽ lại nhận lệnh của người mua và làm bắt đầu một chu
trình mới.
Máy có thể tự chạy chương trình rửa và làm sạch sau khi có tín hiệu báo
hết sản phẩm. Hoặc trong trường hợp người quản lý muốn thay sản phẩm
hoặc rửa định kì sẽ có chương trình rửa thủ công bằng cách nhấn tổ hợp các
phím quy định sẵn mà trong khi mua người dùng không thể biết. Ta có thể mô
tả tổng quát bằng sơ đồ sau:
▪ Sơ đồ nguyên lý làm việc.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGUYỄN BÁ HUY

MTP 2005


- 15 -

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

MTP 2005

NGUYỄN BÁ HUY


- 16 -

1.2. Cấu tạo chung
Máy bán hàng tự động thường có một panel các phím lựa chọn, các

khối xử lý tiền (nhận phân, biệt mệnh giá, trả lại tiền), khối cung cấp
nguyên liệu (các nguyên liệu cho sản phẩm, nước nóng nước lạnh), các
khối định lượng nguyên liệu và pha chế thành sản phẩm rót sản phẩm vào
cốc, khối cấp cốc phục vụ cho công đoạn rót:
Cụ thể, đối với máy bán nước giải khát tự động do chúng tôi thiết kế và
sản xuất được chia thành các khối và vai trò của mỗi khối như sau:
Khối xử lý xu:
1. Bộ phận nhận xu: Có nhiệm vụ nhận và phân biệt
mệnh giá tiền sau đó đưa tín hiệu về bộ điều khiển cộng thêm
tiền vào tài khoản.
2. Bộ trả lại: Có nhiệm vụ trả lại xu thừa sau khi người
sử dụng đã mua hàng.
Khối nguyên liệu và sản phẩm:
1. Bộ cung cấp nguyên liệu: Có nhiệm vụ nhận các
nguyên liệu là dung dịch cô đặc từ nước ép hoa quả của
người quản lý đưa vào sao cho dễ dàng thuận tiện nhất, và
đảm bảo an toàn cho máy không bị rơi rớt sản phẩm lỏng.
Sau đó cung cấp cho quá trình định lượng.
2. Bộ cung cấp nước nóng: Có nhiệm vụ cung cấp
nước nóng để pha vào lượng dung dịch đặc sản phẩm đã
được định lượng vào khoang hoà trộn nếu khách hàng mua
sản phẩm là nóng. Yêu cầu là phải có nước nóng trong thời
gian ngắn nhất khoảng 20s.

LuËn v¨n th¹c sÜ

MTP 2005

NguyÔn B¸ Huy

- 17 -

3. Bộ cung cấp nước lạnh: Đây là hệ thống làm lạnh
nước và cũng là hệ thống lạnh để bảo quản nguyên liệu
trong môi trường nhiệt độ thấp. Yêu cầu là phải có nước
lạnh trong thời gian ngắn nhất khoảng 20s phục vụ quá
trình định lượng nước lạnh.
4. Bộ cung cấp dịch đường: Có nhiệm vụ cung cấp cho
máy dịch đường có nồng độ đường cao.
Khối định lượng và pha chế:
1. Bộ định lượng nguyên liệu (sản phẩm): Có nhiệm
vụ định lượng chính xác các nguyên liệu dạng cô đặc có
nồng độ cao nhưng độ nhớt không lớn. Với yêu cầu định
lượng trong thời gian ngắn.
2. Bộ định lượng dịch đường. Có nhiệm vụ định lượng
chính xác dịch đường có nồng độ đậm đặc cao và độ nhớt
lớn thời gian định lượng cũng cần ngắn hơn.
3. Bộ định lượng nước nóng. Có nhiệm vụ định lượng
tương đối chính xác lượng nước đã được gia nhiệt tới nhiệt
độ khoảng 950C.
4. Bộ định lượng nước lạnh. Có nhiệm vụ định lượng
nước lạnh trong thùng lạnh ra cốc khi người mua chọn
nước lạnh.
5. Bộ pha chế: Là một bộ chia có nhiệm vụ phân tách
mỗi sản phẩm vào một nơi để trộn tránh hiện tượng các
nguyên liệu lẫn mùi vào nhau.
Khối cấp cốc:

LuËn v¨n th¹c sÜ

MTP 2005

NguyÔn B¸ Huy


- 18 -

1. Bộ nạp và chứa cốc: Có nhiệm vụ nhận và chứa cốc
khi người quản lý đưa cốc từ ngoài vào khi máy báo hết
cốc.
2. Bộ tách và cấp cốc: Có nhiệm vụ tách cốc ra khỏi
chồng cốc và đưa cốc vào vị trí rót sao cho cốc phải luôn
có trước và trong khi rót sản phẩm.
3. Bộ các cảm biến nhận biết vị trí và nhận biết cốc.
Khối điều khiển và chương trình điều khiển.
1. Thiết bị điều khiển PLC (phần cứng) : Có nhiệm vụ
xử lý lượng tiền đưa vào xác nhận và cộng tiền vào tài
khoản, nhận định sản phẩm người mua lựa chọn, so sánh
giá và trừ tiền trong tài khoản của người mua, sau đó đưa ra
các lệnh cho van và hệ thống định lượng cấp cốc làm việc.
Xử lý tình huống khi cốc hay nguyên liệu chứa trong máy
bị hết hoặc máy có sự cố.
2. Phần mềm điều khiển: Phần này chính là các
chương trình chính và chương trình con xử lý các tín hiệu
của phần cứng.
Khối mạch điện tử trung gian.
1. Bộ khuếch đại tín hiệu từ cảm biến nhận xu vào PLC: có
nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ cảm biến có cường độ thấp vào
PLC làm tác động rơ le điện tử trong PLC.

2. Bộ khuếch đại tín hiệu từ cảm biến và công tắc hành trình
vào PLC. Có nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ cảm biến và công
tắc hành trình tác động quang có cường độ thấp vào PLC
làm tác động rơ le điện tử trong PLC.

LuËn v¨n th¹c sÜ

MTP 2005

NguyÔn B¸ Huy


- 19 -

3. Bộ đảo chiều động cơ: Có nhiệm vụ lấy tín hiệu quay trái
quay phải từ PLC rồi đưa ra tín hiệu điều khiển đóng ngắt
rơ le hai cặp cực điều khiển đảo chiều động cơ cấp cốc.

LuËn v¨n th¹c sÜ

MTP 2005

NguyÔn B¸ Huy


- 20 -

Khi giao din ngi dựng:
1. B phớm la chn: cú nhim v nhn lnh ca ngi
mua thụng qua vic nhn vo cỏc nỳt nhn b trớ trờn mt

mỏy.
2. B ốn bỏo tớn hiu: Cú nhim v thụng bỏo cho
ngi mua ó np vo bao nhiờu tin v cũn li bao nhiờu
tin, khi no ó hon thnh xong sn phm yờu cu khỏch
hng ly cc ra v khi ht sn phm hoc cc thỡ cú ốn bỏo
cho ngi qun lý thc hin cp cc hoc np liu kp
thi.
Khi khung mỏy giỏ thit b:
1. Khung mỏy v thit k mu mỏy. Cú nhim v to
dỏng cho mỏy v hỡnh thc bờn ngoi bt mt khỏch hng.
2. Giỏ cho tng khi thit b bờn trong mỏy. Cú
nhim v cỏc khi thit b chc chn tin cy khụng b xờ
dch v trớ lm vic v khi vn chuyn.
Sau khi phõn tớch nguyờn lý v a ra s cu to chung ca mỏy
chỳng tụi tin hnh nghiờn cu thit k chi tit tng khi thit b.

Chng 2: Tớnh toỏn thit k khi x lý xu.
Module x lớ tin xu cú nhim v gii quyt nhng vn liờn
quan n ng xu: t khõu nhn v phõn bit mnh giỏ cỏc ng tin
a vo sau ú gi tớn hiu v b iu khin n khõu tr li tin tha
cho khỏch hng. Cu to ca khi ny gm cú hai c cu chớnh.
C cu nhn tin xu.


Luận văn thạc sĩ

1 Khe b xu.

MTP 2005

Nguyễn Bá Huy


- 21 -

✓

1 Hộp đựng xu.

✓

5 cảm biến để phân biệt được 5 mệnh giá tiền xu

khác nhau, trong bộ xử lý tín hiệu tiền xu của mẫu máy bước đầu
mới sử dụng để phân biệt 3 loại xu có mệnh giá 1000, 2000, 5000.
Một cuộn hút 24VDC để điều khiển nhận tiền khách hàng khi đã
ấn nút mua nước.
Cơ cấu trả lại tiền thừa.
✓

Một động cơ một chiều 24V để quay cơ cấu trả lại

tiền thừa.
✓

Một cảm biến để xác định số vòng quay của động cơ.

✓

Một ống chứa xu và cơ cấu đĩa chia xu.

✓

Hệ thống gá lắp lên khung máy.

Khi khách hàng mua nước giải khát mà tổng giá trị nước giải
khát khách đã mua nhỏ hơn lượng tiền xu khách bỏ vào và muốn lấy
lại tiền thì ấn nút "trả lại". Số tiền thừa của khách sẽ được trả lại qua
cửa trả lại. Chi tiết các cơ cấu như sau:
2.1. Bộ nhận tiền xu bằng cảm biến quang (photocell)
2.1.1. Khái niệm cảm biến
Cảm biến trong tiếng Anh gọi là Sensor xuất phát từ chữ sense theo
nghĩa latinh là cảm nhận. Trong thời đại phát triển của khoa học và kỹ thuật
phát triển ngày nay con người không chỉ dựa vào các cơ quan xúc giác của cơ
thể. Các chức năng xúc giác để nhận biết các vật thể, hiện tượng trong thế
giới bao quanh được tăng cường nhờ các dụng cụ dùng để đo lường và phân
tích mà ta gọi là cảm biến. Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng

LuËn v¨n th¹c sÜ

MTP 2005

NguyÔn B¸ Huy


- 22 -

bin i cỏc i lng vt lý v cỏc i lng khụng in cn o thnh cỏc
i lng in cú th o c ( nh dũng in, in th, in dung, tr khỏng
v.v...). Nú l thnh phn quan trng nht trong mt thit b o hay trong mt

h iu khin t ng. Cú th núi rng nguyờn lý hot ng ca mt cm
bin, trong nhiu trng hp thc t, cng chớnh l nguyờn lý ca phộp o hay
ca phng phỏp iu khin t ng.
ó t lõu cm bin c s dng nh nhng b phn cm nhn v
phỏt hin, nhng ch t vi chc nm tr li õy chỳng mi th hin rừ vai trũ
quan trng trong cỏc hot ng ca con ngi. Nh tin b khoa hc v cụng
ngh trong lnh vc vt liu, thit b in t tin hc, cỏc cm bin ó c
gim thiu kớch thc, ci thin tớnh nng v ngy cng m rng phm vi ng
dng. Gi õy khụng mt lnh vc no m ú khụng s dng cỏc cm bin.
Chỳng cú mt trong cỏc h thng t ng phc tp, ngi mỏy, kim tra cht
lng sn phm, tit kim nng lng, chng ụ nhim mụi trng. Cm bin
cng c ng dng rng rói trong lnh vc giao thụng vn ti, hng tiờu
dựng, bo qun thc phm, ụ tụ, trũ chi in t, cỏc mỏy t ng v.v....
Thit b o lng v cm bin úng vai trũ rt quan trng trong cụng
nghip t ng hoỏ. Hot ng ca thit b cm bin c ng dng õy
dựng nhn bit s khỏc nhau v: kớch thc, th tớch, t trng, nhit ,
ỏnh sỏng, ỏp sut, khong cỏch, õm thanh, m.T nhng giỏ tr ny qua
khõu trung gian bin chỳng thnh tớn hiu in t ú truyn v thit b iu
khin trung tõm cú phng phỏp x lý thụng tin. Ngoi ra nú cú chc nng
nhn bit nhng thay i truyn n b iu khin trung tõm t ú b iu
khin trung tõm cú phng ỏn iu khin cỏc thit b chp hnh.

Luận văn thạc sĩ

MTP 2005

Nguyễn Bá Huy


- 23 -

2.1.2. Một số loại cảm biến:
Bộ ngắt quang (Photo-Interruptor): Bộ đóng ngắt quang cho phép
tạo tín hiệu đóng ngắt khi có tín hiệu che chắn giữa đèn phát và đèn
thu. Bộ đóng ngắt quang thực hiện liên kết xây dựng trên yếu tố phát
quang và yếu tố thu quang. Khi không có vật chắn sáng giữa chúng,
ánh sáng từ yếu tố phát tác động làm dẫn yếu tố thu,yếu tố thu lúc đó
có điện trở thấp. Ngược lại, khi có vật chắn sáng giữa chúng, ánh sáng
từ yếu tố phát không tác động vào yếu tố thu, yếu tố thu lúc đó có điện
trở cao có khả năng ngắt dòng điện.Từ đó phát ra các tín hiệu điện.
Quang trở (Photo-Resistor): Quang trở là dụng cụ có giá trị điện trở
thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào. Các vật liệu quang dẫn,
như điện trở CdS, được chế tạo từ tập hợp các tinh thể riêng rẽ có khả
năng thay đổi điện trở tương ứng với số photon áng sáng truyền vào.
Đặc trưng phổ của quang trở bao trùm vùng phổ của ánh sáng thấy
được.
Điện trở nhiệt (Thermistor): Điện trở nhiệt là dụng cụ có giá trị điện
trở thay đổi theo nhiệt độ nó có thể có hai loại là khi nhiệt độ tăng thì
giá trị điện trở cũng tăng và một loại khác thì ngược lại tức là khi đó
thì giá trị điện trở sẽ giảm xuống.
Photo Transistor: Transistor quang là yếu tố có cực base được điều
khiển bằng cường độ ánh sáng chiếu vào. Dòng collecter sẽ tỷ lệ với
cường độ ánh sáng chiếu vào.
Cảm biến hồng ngoại: Cảm biến hồng ngoại cho phép đo những vật
thể có nhiệt độ khác nhau ở môi trường xung quanh ở khoảng cách vài

LuËn v¨n th¹c sÜ

MTP 2005

NguyÔn B¸ Huy