Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động (đồ án tốt nghiệp xây dựng dân dụng và công nghiệp)

.`

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ – ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CÂN BĂNG TẢI ĐỘNG
Người hướng dẫn: TS. VÕ NHƯ THÀNH
Sinh viên thực hiện: HUỲNH XUÂN HOÀNG
Số thẻ sinh viên: 101150166
Sinh viên thực hiện: PHAN MINH QUANG
Số thẻ sinh viên: 101150181
Lớp: 15CDT1

Đà Nẵng, 6/2020


TÓM TẮT
Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động”
1.Nhu cầu thực tế của đề tài.
Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy như: nhà máy xi măng, chế biến
thực phẩm, ngành phân bón, khoáng sản thì việc vận chuyển vật liệu từ nơi khai
thác đến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu là quá trình thường xuyên và
liên tục. Quá trình đó ngoài đòi hỏi phải liền mạch thì việc cân đo và pha trộn
nguyên liệu cần phải chính xác. Do đó cần phải theo dõi và cân được khối

lượng nguyên vật liệu theo yêu cầu của hệ thống. Để giải quyết những vấn đề
này hệ thống cân băng tải động sẽ giúp cho hoạt động của những nhà máy diễn
ra liên tục không bị ngắt quãng.Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến
hành lên ý tưởng và tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cân
băng tải động”. Hệ thống sẽ xác định được khối lượng vật liệu trên băng tải
chuyển động một cách liên tục.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp.
Trong đề tài này, nhóm thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiểu các phương
pháp cân để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản
phẩm và đưa ra giải pháp phù hợp để năng suất chất lượng sản phẩm được đảm
bảo, từ đó:
- Tính toán thiết kế các hệ truyền động chính..
- Thiết kế và thi công hệ thống cấp vật liệu và hệ thống cân.
3. Yêu cầu trình bày.
- Số trang thuyết minh: 70 - 80 trang.
- Số bản vẽ: 4 - 6 A0
- Mô hình: 1 hệ thống cân băng tải
4. Nội dung chi tiết thực hiện.
- Nghiên cứu tính thiết thực và lý do lựa chọn đề tài.
- Đưa ra các phương án thiết kế và lựa chọn phương án tối ưu nhất.
- Tính toán các cơ cấu và lựa chọn động cơ và hệ dẫn động.
- Thực hiện lập trình và điều khiển hệ thống đúng yêu cầu.
- Sử dụng phần mềm Visual Studio để giao tiếp máy tính.
- Sai số cho phép: < 10%


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Huỳnh Xuân Hoàng

Số thẻ sinh viên: 101150166

Họ tên sinh viên: Phan Minh Quang

Số thẻ sinh viên: 101150181

Lớp: 15CDT1

Ngành: Kỹ thuật Cơ - Điện tử

Khoa: Cơ khí

1. Tên đề tài đồ án:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CÂN BĂNG TẢI ĐỘNG
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực
hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
+ Vật liệu được cân: Cát
+ Khối lượng cát tối đa trên băng tải: 20 (kg)
+ Sai số cho phép: <10%
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a) Phần chung:
STT

Họ tên sinh viên

1

Huỳnh Xuân Hoàng

Nội dung
-

2

Phan Minh Quang
-

Tìm hiểu một số loại cơ cấu ngoài thực tế để đưa ra
ý tưởng tốt nhất.
Đưa ra nguyên lí, lựa chọn các cơ cấu phù hợp để
thiết kế.
Chế tạo hệ thống.

b) Phần riêng:
STT

Họ tên sinh viên

1

Phan Minh Quang

Nội dung
-

Thiết kế hệ thống bằng Solidworks, hoàn thành
thuyết minh, slide thuyết trình.


2

Huỳnh Xuân Hoàng

-

Thiết kế giao diện trên Visual Studio, tìm hiểu code
điều khiển.

5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a) Phần chung:
STT

Họ tên sinh viên

1

Huỳnh Xuân Hoàng

Nội dung

2

Bản vẽ tổng thể:

1A0

Phan Minh Quang

b) Phần riêng:
STT

Họ tên sinh viên

1

Phan Minh Quang

2

Huỳnh Xuân Hoàng

Nội dung
- Bản vẽ chi tiết:

1A0

- Bản vẽ sơ đồ động:

1A0

- Bản vẽ lưu đồ thuật toán:

1A0

- Bản vẽ sơ đồ mạch điện:

1A0

6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Võ Như Thành.
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 11/02/2020.
8. Ngày hoàn thành đồ án:

30/06/2020.
Đà Nẵng, ngày 30 tháng 6 năm 2020

Trưởng Bộ môn Kỹ thuật

Người hướng dẫn

Cơ điện tử
Ts. Võ Như Thành


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới
của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Cùng với
đó là quá trình “Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa” đất nước, các hệ thống dây
chuyền sản xuất tự động có năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng cao,
công nhân ngày càng dễ dàng thực hiện những công đoạn sản xuất hơn, các
quản lí cũng dễ dàng trong việc kiểm soát và đánh giá sản phẩm. Tuy nhiên

việc tiếp cận các hệ thống dây chuyền như vậy còn hạn chế ở nước ta, chủ yếu
phải nhập từ nước ngoài.
Với mục tiêu đóng góp một phần nhỏ vào nghành công nghiệp của đất nước,
trên cơ sở những kiến thức đã học về cơ khí, điện tử, điều khiển tự động, lập
trình... nhóm quyết định thực hiện đề tài:“Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng
tải động”. Đề tài này giúp nhóm chúng em tìm hiểu thêm về các thiết bị điện tử,
các dây chuyền công nghệ,cách lập trình… và các kinh nghiệm thực tế rất có
ích cho công việc sau này của nhóm.
Nhóm xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình, tận tâm của
thầy TS. Võ Như Thành đã giúp đỡ nhóm rất nhiều trong quá trình tìm hiểu
thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án này. Cùng với sự cố gắng và nỗ lực nhóm
chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình, tuy nhiên trong thời gian ngắn
thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn nhiều hạn chế, nên trong tập đồ án này
không tránh khỏi thiếu sót, nhóm thực hiện rất mong được sự đóng góp ý kiến
của các thầy và các bạn sinh viên.

Đà Nẵng ,ngày 30 tháng 6 năm 2020
Sinh viên thực hiện
Huỳnh Xuân Hoàng
Phan Minh Quang

i


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào bên ngoài nhà
trường. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các
thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được
phép công bố.

Sinh viên thực hiện
Huỳnh Xuân Hoàng
Phan Minh Quang

ii


MỤC LỤC
TÓM TẮT ....................................................................................................................
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...........................................................................
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ .................................................................... vi
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .................................................................. 1
1.1. Giới thiệu đề tài ............................................................................................... 1
1.1.1. Khái niệm cân băng tải động ...................................................................... 1
1.1.2. Cấu tạo của cân băng tải động .................................................................... 1
1.1.2.1. Hệ thống khung cơ khí ........................................................................ 1
1.1.2.2. Hệ thống cảm biến, điều khiển............................................................. 1
1.1.2.3. Hệ thống điều khiển tự động hóa ......................................................... 2
1.1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân băng tải động ................................. 2
1.1.3.1. Bộ phận cơ khí (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và con
lăn nhỏ) ............................................................................................................ 4
1.1.3.2. Bộ phận cảm biến (Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm biến
tốc độ) .............................................................................................................. 5
1.1.3.3. Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển
cân băng, phần mềm cân băng) ........................................................................ 6
1.2. Các ứng dụng trong thực tế ............................................................................ 6

1.2.1 Cân băng tải định lượng liên tục – băng tải điều khiển phối trộn ................. 6
1.2.2. Cân nguyên liệu bằng băng tải động ........................................................... 8
1.3. Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống ........................................................ 9
1.3.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.............................................................. 9
1.3.2. Yêu cầu công nghệ của hệ thống .............................................................. 10
1.4. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 10
1.5. Cấu trúc của đồ án ........................................................................................ 10
Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ........................................................ 11
2.1. Giới thiệu về phần cứng của hệ thống .......................................................... 11
2.1.1.Băng tải ..................................................................................................... 11
2.1.1.1. Giới thiệu về băng tải ........................................................................ 11
2.1.1.2. Giới thiệu băng tải sử dụng trong mô hình ......................................... 12
iii


2.1.2. Động cơ điện ............................................................................................ 13
2.1.2.1. Giới thiệu về động cơ điện ................................................................. 13
2.1.2.2. Động cơ điện trong hệ thống.............................................................. 14
2.1.3 Tính chọn bộ truyền .................................................................................. 14
2.1.3.1. Bộ truyền đai ..................................................................................... 15
2.1.3.2. Bộ truyền xích ................................................................................... 15
2.1.3.3. Tính chọn bộ truyền xích ................................................................... 16
2.2. Thiết kế phần khung của hệ thống ............................................................... 16
2.2.1. Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks ........................................... 16
2.2.2. Thiết kế phần khung hệ thống sơ bộ trên phần mềm Solidworks ............. 17
2.2.2.1. Phễu ................................................................................................... 17
2.2.2.2. Máng đổ cát........................................................................................ 17
2.2.2.3. Khung hệ thống .................................................................................. 17
2.2.2.4. Băng tải .............................................................................................. 20
2.2.2.5. Bộ truyền xích .................................................................................... 21

2.2.2.6. Cụm chi tiết gá Loadcell ..................................................................... 22
2.2.2.7. Mô hình mô phỏng đầy đủ của hệ thống ............................................. 22
Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .............................................. 23
3.1. Giới thiệu vi điều khiển Arduino ................................................................. 23
3.1.1. Giới thiệu về Arduino ............................................................................... 23
3.1.2. Arduino Uno ............................................................................................ 24
3.1.3. Phần mềm Arduino IDE ........................................................................... 25
3.2. Giới thiệu phần mềm Visual Studio ............................................................ 26
3.3. Cảm biến lực (Loadcell) ................................................................................ 26
3.3.1. Khái niệm................................................................................................. 26
3.3.2. Cấu tạo Loadcell ...................................................................................... 27
3.3.3. Nguyên lí hoạt động của Loadcell ............................................................ 28
3.3.4. Phân loại .................................................................................................. 29
3.3.5. Loadcell 10kg YZC 133 sử dụng trong mô hình ....................................... 30
3.3.6. Một số thiết bị chuyển đổi tín hiệu loadcell trong công nghiệp ................. 32
3.4. Encoder.......................................................................................................... 34
3.4.1. Giới thiệu về encoder xoay ....................................................................... 35
3.4.2. Thông số kỹ thuật ..................................................................................... 35
3.4.3. Các chân tín hiệu ...................................................................................... 35
iv


3.5 Module điều khiển tốc độ động cơ DC L298 ................................................. 35
3.5.1. Giới thiệu về module L298 ....................................................................... 35
3.5.2. Thông số kỹ thuật ..................................................................................... 36
3.6. Thiết kế hệ thống điều khiển ........................................................................ 36
3.6.1. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển của hệ thống ......................................... 36
3.6.2.Nguyên lí hoạt động của mạch và sơ đồ thuật toán .................................... 39
3.7. Lập trình điều khiển cho hệ thống ............................................................... 42
3.7.1. Lập trình cho Arduino .............................................................................. 43

3.7.2. Lập trình giao diện trên Visual Studio ...................................................... 43
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .............................. 44
4.1. Bảng kê thông số các lần chạy thử ............................................................... 45
4.2. Kết quả đạt được của đề tài .......................................................................... 45
4.3. Hướng phát triển........................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 46
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 47

v


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Cấu tạo cân băng tải động [12]
Hình 1.2: Mô tả cách xác định khối lượng[12]
Hình 1.3: Hệ thống cân băng tải động[13]
Hình 1.4: Các loại cảm biến lực (Loadcell) [9]
Hình 1.5: Encoder[8]
Hình 1.6: Hệ thống cân băng tải điều khiển phối trộn[12]
Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống[12]
Hình 1.8: Hệ thống cân băng tải cát[12]
Hình 1.9: Hệ thống cân băng tải trong khai thác khoáng sản[13]
Hình 1.10: Các khối cơ bản của hệ thống
Hình 2.1: Một hệ thống vận chuyển sử dụng băng tải[13]
Hình 2.2: Băng tải vận chuyển cát[13]
Hình 2.3: Cấu tạo chung băng tải[12]
Hình 2.4: Động cơ điện[10]
Hình 2.5: Động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều[10]
Hình 2.6: Động cơ điện một chiều[10]
Hình 2.7: Cấu tạo của bộ truyền đai[11]
Hình 2.8: Cấu tạo của bộ truyền xích[11]

Hình 2.9: Kích thước phễu
Hình 2.10: Chi tiết phễu thiết kế sơ bộ trên Solidworks
Hình 2.11 : Kích thước máng đổ cát
Hình 2.12: Chi tiết máng đổ cát thiết kế sơ bộ trên Solidworks
Hình 2.13: Kích thước khung
Hình 2.14: Khung hệ thống thiết kế sơ bộ trên Solidworks
Hình 2.15: Kích thước băng tải
Hình 2.16: Băng tải thiết kế sơ bộ trên Solidworks

vi


Hình 2.17: Bộ truyền xích thiết kế sơ bộ trên Solidworks
Hình 2.18: Cụm chi tiết gá đặt loadcell
Hình 2.19: Mô hình hệ thống
Hình 3.1: Các loại Arduino [7]
Hình 3.2: Arduino Uno[7]
Hình 3.3: Giao diện phầm mềm Arduino IDE
Hình 3.4. Giao diện lập trình của phần mềm Visual Studio
Hình 3.5: Loadcell ngoài thực tế[9]
Hình 3.6: Cấu tạo loadcell[9]
Hình 3.7: Cấu tạo các điện trở bên trong loadcell[9]
Hình 3.8: Mô tả thay đổi loadcell khi có lực tác dụng[9]
Hình 3.9: Sơ đồ điện trở Loadcell[9]
Hình 3.10: Một số loại Loadcell thông dụng[9]
Hình 3.11: Loadcell 10kg YZC-133[9]
Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật loadcell YZC-133[9]
Hình 3.12: Kích thước loadcell 10kg YZC-133[9]
Hình 3.13: Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell KELI KM02A[8]
Hình 3.14: Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell DS 7200[8]

Hình 3.15: Module Hx 711[8]
Hình 3.16: Encoder xoay[8]
Hình 3.17: Module L298[8]
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển của hệ thống
Hình 3.19: Mạch in
Hình 3.20: Mạch in thực tế
Hình 3.21: Mạch thực tế có cắm các linh kiện
Hình 3.22: Lưu đồ thuật toán

vii


Hình 3.23: Chương trình con xử lí tín hiệu
Hình 3.24: Giao diện điều khiển

viii


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu đề tài
1.1.1. Khái niệm cân băng tải động
Cân băng tải động là một hệ thống băng tải kết hợp với cân điện tử. Nó có
thể cân định lượng khối lượng nguyên liệu cho quá trình sản xuất sản phẩm
ngay trên hệ thống băng truyền cấp liệu. Điều này giúp cho quá trình hoạt sản
xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được khối lượng thành
phần nguyên liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn. Từ đó giúp cho chất lượng sản

phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn.
1.1.2. Cấu tạo của cân băng tải động
Cân băng tải động gồm có những thành phần cấu tạo chính sau đây:
Cảm biến trọng lượng

Trục vít
cấp liệu

Con lăn
truyền liệu

Băng tải
Nguyên liệu

Con lăn tải

Làm sạch băng

Cảm biến tốc độ

Động cơ
cơcơ

Con lăn tải

Hình 1.1: Cấu tạo cân băng tải động[12]
1.1.2.1. Hệ thống khung cơ khí
Khung cơ khí phần giá đỡ toàn bộ hệ thống
•

Phễu chứa và cấp liệu.

•

Hệ thống con lăn băng tải.

•

Băng tải vân chuyển nguyên liệu

•

Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ như: cảm biến hồng ngoại, cảm biến tốc
độ, động cơ …

1.1.2.2. Hệ thống cảm biến, điều khiển
•

Thiết bị cảm biến lực (loadcell cân băng định lượng)

•

Thiết bị cảm biến tốc độ

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 1


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

•

Bộ điều khiển

•

Bộ điều khiển tốc độ động cơ

•

Động cơ truyền động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

1.1.2.3. Hệ thống điều khiển
•

Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm

•

Phần mềm điều khiển cân băng tải động
Tương ứng với mỗi hệ thống cân băng tải động sẽ có thông số kỹ thuật

riêng của nó để phù hợp cho loại nguyên liệu, sản phẩm và dây truyền của
doanh nghiệp. Hiện nay cân băng tải động đang được sử dụng rất phổ biến
trong các dây chuyền sản xuất cần định lượng như: Nhà máy sản xuất thạch cao
(cân băng định lượng trong nhà máy thạch cao), nhà máy xi măng, nhà máy
phân bón, nhà máy gạch, đóng gói bột, bánh kẹo, sữa,... Bên cạnh đó, cân băng
tải còn được sử dụng nhiều trong các công ty chế biến, khai thác khoáng sản,

nhiệt điện...
Dựa vào nhu cầu của doanh nghiệp sẽ lựa chọn cho mình một hệ thống cân
băng tải động phù hợp. Về mặt kỹ thuật cân băng tải định lượng sẽ khác nhau,
còn về mặt nguyên lý hoạt động thì tương tự nhau.
1.1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân băng tải động
Về cơ bản, quá trình hoạt động của hệ thống cân băng tải động sẽ qua các
giai đoạn sau:
Cấp vật liệu vào
phễu chứa

Điều khiển định
mức chuẩn

Xác định khối
lượng chuẩn

Vật liệu rót lên
băng tải

Xác định khối
lượng và tốc độ
chạy

Phân tích thông
số thô

*Cách xác định khối lượng nguyên liệu qua băng tải :
Vật liệu được dẫn đến một khung gá cảm biến lực(sàn cân) được đặt sẵn
dưới băng tải và giới hạn bởi 2 đầu con lăn thông qua 1 hoặc nhiều con lăn
cân, trọng lượng vật liệu cân sẽ tác động một lực lên cảm biến lực và dây băng

tải.
SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 2


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

Hình 1.2: Mô tả cách xác định khối lượng[12]
Tín hiệu đầu ra của cảm biến lực tỉ lệ với tải nền, tín hiệu điện áp này được
khuếch đại và chuyển đến đầu cân có các vi xử lý chuyển đổi tín hiệu tương tự
sang tín hiệu số.
Tam giác màu trắng trong Hình 1.2 thể hiện sự phân bố của tải trọng trên
giường cân chỉ có 1 con lăn cân (con lăn chứa cảm biến lực) cho thấy chỉ một
nửa trọng lượng của vật liệu tác động lên con lăn cân.
Leff =

Lg
2

Leff : Chiều dài hiệu dụng trên tải trọng nền (m)
Lg : Chiều dài tải trọng nền (m)
Đối với giường cân của hệ thống có nhiều con lăn cân (con lăn có gắn
loadcell) p, hệ số là khác 1/2.
*Tải trọng băng tải tính bằng kg/m :
Q=

QB

L eff

Với: QB : Tải trọng nền (kg)

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 3


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

*Tốc độ băng tải: Một phép đo tiếp theo cần thiết để tính năng suất cấp liệu.
Để đo được tốc độ băng tải ta thường dùng 1 cảm biến để đo trực tiếp tốc độ
băng tải hoặc là đo tốc độ động cơ sau đó tính ra tốc độ băng tải.
Nếu tải trọng trên băng không đổi thì đo tốc độ có thể không cần thiết.
*Năng suất:
Năng suất I được tính như sau:
I = Q v =

QB  v
Leff

Trong đó:
I: Năng suất (kg/s)
Q: Tải trọng băng tải (kg/m)
QB: Tải trọng nền (kg)
v: Tốc độ băng tải (m/s )
Leff: Chiều dài hiệu dụng trên tải trọng nền (m)

Lg: Chiều dài tải trọng nền (m)
I = Q  v  3600 (kg/h).

1.1.3.1. Bộ phận cơ khí (Phễu chứa, cửa cấp liệu, băng tải, con lăn lớn và
con lăn nhỏ)
Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa và cấp liệu. Tại đây,vật liệu được
đổ vào phễu chứa và bắt đầu quy trình của cân băng tải động. Liệu qua cửa cấp
liệu (Vít tải hoặc cửa xả) chảy xuống băng tải. Toàn bộ băng tải chảy liệu được
gá trên khung cân băng, trên các con lăn trong đó con lăn lớn làm nhiệm vụ tải
băng, con lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băng tải chạy. Trong số băng tải nhỏ sẽ có bộ
bận được cảm biện trọng lượng (loadcell) để kiểm tra, đong đếm khối lượng
chảy trên băng tải.

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 4


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

Hình 1.3: Hệ thống cân băng tải động[13]
1.1.3.2. Bộ phận cảm biến (Loadcell cảm biến lực, encoder cảm biến tốc độ)
Cảm biến lực được gá trên những con lăn nhỏ, tại nơi đây sẽ xuất hiện
những trọng lực tác dụng trực tiếp lên con lăn và thông số đó sẽ được gửi về bộ
phận điều khiển. Cảm biến tốc độ encoder sẽ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy
của băng tải, từ đó sẽ đưa ra được thông số tốc độ của băng tải. Kết hợp 2 thông
số này lại sẽ có được thông số khối lượng trên giờ để điều chỉnh được chính xác
nhất.

Hình 1.4: Các loại cảm biến lực (Loadcell) [9]

Hình 1.5: Encoder[8]
SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 5


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

1.1.3.3. Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều khiển
cân băng, phần mềm cân băng)
Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ và cảm biến lực,
qua đầu cân điều khiển xử lý thông tin sau đó sẽ được gửi về phần mềm điều
khiển trên máy tính. Từ đây những thông số thô sẽ được xử lý và phản hồi
ngược lại tủ điện. Tại tủ điện điều khiển trung tâm sẽ có được những quyết
định, thông số thời gian chạy trên băng tải và từ đó kiểm soát được đúng định
mức khối lượng / thời gian cần thiết.
1.2. Các ứng dụng trong thực tế
1.2.1 Cân băng tải định lượng liên tục – băng tải điều khiển phối trộn
Cân băng tải điều khiển phối trộn rất phổ biến trong các nhà máy phối trộn
sản xuất phân bón, xi măng và phối trộn bê tông.

Khu vực cân

Điều chỉnh tốc độ động cơ

Bộ biến tần

Trục cân

Tín hiệu ra

Encoder
vào
Đọc tốc độ
Tín hiệu vào
Thiết lập tốc độ băng tải

Hình 1.6: Hệ thống cân băng tải điều khiển phối trộn[12]
Máy hoạt động theo phương pháp cân liên tục cùng lúc trên hệ thống băng
tải cân, mỗi băng tải cân 1 loại nguyên liệu khác nhau theo tỉ lệ khác nhau, sau
đó các băng tải cân sẽ đổ liệu liên tục và rải đều lên băng tải dẫn tới hệ thống
máy trộn. Đảm bảo tỷ lệ phối theo đơn phối liệu để sản phẩm được sản xuất ra
đạt chất lượng theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm được ổn định, tiết kiệm chi
phí sản xuất kinh doanh.
SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 6


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

Hệ thống bao gồm khung đỡ và dây băng tải chạy liên tục, module gá cảm
biến lực được bố trí bên dưới băng tải (gần đầu tháo liệu băng tải). Tín hiệu đưa

về đầu phân giải cân (indicator). Tùy theo giá trị cài đặt trên đầu cân mà ta đã
chọn và nhập thì đầu cân sẽ tính tổng lưu lượng nguyên liệu chạy liên tục qua
băng tải (tổng giá trị) hoặc đưa tín hiệu anolog ra biến tần điều khiển vận tốc
dòng chảy cố định theo khối lượng/giờ.
Chuyển đổi
dữ liệu

Khối lượng vật liệu

Tốc độ băng tải

Encoder

PC/PLC
Lưu lượng
trên băng tải

Khối lượng trên băng tải

Bộ biến tần
Tốc độ
mới

Cảm biến
lực

Động cơ

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống[12]
Đối với cân định lượng loại băng tải có mức độ chính xác từ

0, 25%  3% ) tùy theo loại cân và yêu cầu của đơn vị sản xuất.
Thành phần chính của hệ thống cân định lượng bao gồm đầu cân, cảm biến
lực, biến tần điều khiển tốc độ động cơ, cảm biến giám sát tốc độ, cảm biến
giám sát lệch băng, động cơ, kết cấu băng tải....
Với một khối lượng cài đặt ban đầu (set point) hệ thống cân sẽ so sánh kết
quả cân (actual value) với giá trị cài đặt, nếu khối lượng thực tế nhỏ hơn khối
lượng cài đặt, hệ thống sẽ tăng tốc độ động cơ cho đến khi nào đạt được giá trị
cài đặt. Nếu kết quả lớn hơn thì ngược lại.
Do yêu cầu độ chính xác cao nên cân định lượng thường có cấu tạo bao gồm
2 cảm biến lực đặt ở hai bên.

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 7


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

1.2.2. Cân nguyên liệu bằng băng tải động
Trong thực tế hệ thống được áp dụng nhiều trong việc xác định khối lượng
của nguyên vật liệu ở trong các nhà máy sản xuất. Các nguyên liệu đó phổ biến
như cát, dăm gỗ, than đá, khoáng sản… Dưới đây là một vài hình ảnh trong sản
xuất thực tế.

Hình 1.8: Hệ thống cân băng tải cát[12]

Hình 1.9: Hệ thống cân băng tải trong khai thác khoáng sản[13]
SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 8


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

1.3. Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống
Hệ thống được thiết kế bao gồm những khối cơ bản được thể hiện ở hình
1.10 bên dưới:
Khối cảm
biến

Khối
khuếch đại

Khối vi điều
khiển

Khối công
suất

Khối nguồn

Khối hiển
thị và điểu
khiển

Hình 1.10: Các khối cơ bản của hệ thống

- Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống sử dụng điện
- Khối cảm biến là 2 cảm biến lực và 1 encoder dùng để đo khối lượng cát và
tốc độ băng tải sau đó truyền giữ liệu về cho khối khuếch đại.
- Khối khuếch đại có nhiệm vụ nhận giữ liệu từ khối cảm biến, khuếch đại tín
hiệu lên để vi điều khiển có thể nhận được và xử lí .
- Khối hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ vi điều khiển và
hiển thị lên màn hình cũng như gửi tín hiệu điều khiển về cho vi điều khiển.
- Vi điều khiển nhận tính hiệu điều khiển và điều khiển khối công suất và thực
hiện các yêu cầu của hệ thống .
1.3.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Sau khi nhấn nút bắt đầu trên tủ điện và nhấn nút bắt đầu cân trên trên giao
diện điều khiển thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động. Khi phễu được cấp cát thì
khi băng tải chuyển động sẽ cát sẽ chảy ra theo chiều quay của băng tải, cùng
lúc đó 2 cảm biến lực sẽ có nhiệm vụ đo lượng cát ở trên bàn cân và đưa về tín
hiệu vi điều khiển. Vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến lực sau đó xử lí và
hiển thị khối lượng liên tục lên màn hình và kiểm tra xem đã đạt đủ khối lượng
mong muốn chưa, nếu đã đủ khối lượng mong muốn, vi điều khiển sẽ đưa tín

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 9


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

hiệu điều khiển qua khối công suất để điều khiển động cơ dừng lại, cát sẽ
không chảy ra nữa và dừng quá trình cân lại.
1.3.2. Yêu cầu công nghệ của hệ thống

Hệ thống phải đảm bảo hoạt động chính xác, phân cứng phải đảm bảo được
yêu cầu kĩ thuật, sai số khối lượng phải nằm trong giới hạn cho phép.
Hệ thống băng tải phải hoạt động ổn định, không bị mắt kẹt.
Hệ thống được thiết kế chắc chắn , nhỏ gọn.
1.4. Lý do chọn đề tài
Trong các nhà máy phối trộn việc vận chuyển và cân vật liệu một cách liên
tục và chính xác là rất quan trọng giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm cũng như
hiệu quả sản xuất. Khâu định lượng giúp xác định chính xác khối lượng nguyên
vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm trong sản xuất. Các thiết bị định lượng
có mặt trong hầu hết các khâu trong hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn
trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn, cân và đóng gói sản phẩm…
Nhận thấy rằng với nhu cầu cân lưu lượng liên tục lớn như vậy, nhóm
quyết định chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống cân băng tải động”. Đây
là đề tài có tính thực tiễn cao và nếu hoàn thiện sẽ giúp ích rất nhiều cho các
doanh nghiệp sản xuất.
1.5. Cấu trúc của đồ án
Đồ án gồm có 4 phần chính với các nội dung như sau:
➢ Giới thiệu tổng quan : Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quát về hệ thống.
Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn. Từ đó, kết
luận lý do lựa chọn đề tài.
➢ Thiết kế hệ thống cơ khí: Phần này sẽ đưa ra các phương án thiết kế, phân
tích ưu nhược điểm của từng phương án. Từ đó, chọn phương án phù hợp để
tiến hành thực hiện tính toán cơ cấu và chế tạo phần cơ khí cho hệ thống.
➢ Thiết kế hệ thống điều khiển: Lựa chọn phương án điều hiển phù hợp đáp
ứng tính chính xác và hiệu quả cao. Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện và lập
trình.
➢ Kết luận và hướng phát triển đề tài.

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 10


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
2.1. Giới thiệu về phần cứng của hệ thống
2.1.1.Băng tải
2.1.1.1. Giới thiệu về băng tải

Hình 2.1: Một hệ thống vận chuyển sử dụng băng tải[13]
Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật
liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất,
băng tải được sử dụng rộng rãi để vận chuyển sản phẩm, trong các xưởng luyện
kim băng tải dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm
thủy điện thì băng tải thường được dùng để vận chuyển nhiên liệu.

Hình 2.2: Băng tải vận chuyển cát[13]

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 11


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

• Ưu điểm của băng tải:
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các
hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm
nghiêng.
Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo
dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với
máy vận chuyển khác không lớn lắm.
• Cấu tạo chung của băng tải:

Hình 2.3: Cấu tạo chung băng tải[12]
1.
2.
3.
4.

Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu
tố làm việc.
L: chiều dài băng tải; L1:chiều dài nghiêng; L2:chiều dài nằm ngang.

2.1.1.2. Giới thiệu băng tải sử dụng trong mô hình
Tùy theo từng loại nguyên vật liệu hay sản phẩm mà có nhiều loại băng tải
khác nhau: băng tải xích, băng tải con lăn, băng tải xoắn ốc, băng tải dây đai,
băng tải đứng…
Do băng tải dùng trong mô hình làm nhiệm vụ vận chuyển cát nên nhóm đã
lựa chọn loại băng tải dây đai cao su truyền động bằng xích với những lý do sau
đây:
+Tải trọng băng tải không quá lớn.

SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 12


Thiết Kế Và Chế Tạo Hệ Thống Cân Băng Tải Động

GVHD: Ts. Võ Như Thành

+Kết cấu cơ khí không quá phức tạp.
+Dễ dàng thiết kế chế tạo.
+Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải.
Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độ chính xác
khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều
yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới băng tải, độ ma sát và độ co dãn của
dây đai giảm qua thời gian...
2.1.2. Động cơ điện
2.1.2.1. Giới thiệu về động cơ điện

Hình 2.4: Động cơ điện[10]
Động cơ điện là một máy điện biến đổi năng lượng điện thành năng lượng
cơ.Từ những đồ dùng trong gia đình như máy quạt, máy giặc, máy bơm
nước...đến những máy móc đồ sộ hiện đại trong công nghiệp sản xuất như máy
khoan, máy tiện, máy trộn...thậm chí đến ổ cứng, ổ quang trong công nghệ máy
tính đều là động cơ điện.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ điện:
Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên stator và phần chuyển
động rotor được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn
dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ
trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay rotor

quanh trục hay momen.
• Phân loại động cơ điện:
Có thể phân loại động cơ điện làm 2 loại chính: động cơ điện 1 chiều và
động cơ điện xoay chiều. Trong động cơ điện xoay chiều có thể phân loại động
cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ, động cơ xoay chiều 1 pha và 3 pha.
SVTH: Huỳnh Xuân Hoàng – Phan Minh Quang

Page 13