(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.02 MB, 57 trang )
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 và đóng
bao tự động
Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Giảng viên duyệt: ThS. NGUYỄN ĐẮC LỰC
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TÙNG NGUYÊN
NGUYỄN VĂN TÚ
Số thẻ sinh viên : 101150176
101150192
Lớp: 15CDT1
Đà Nẵng, 2019
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài:
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
SV thực hiện:
Nguyễn Tùng Nguyên
MSSV: 101150176
Lớp: 15CDT1
Nguyễn Văn Tú
MSSV: 101150192
Lớp: 15CDT1
GV hướng dẫn:
TS. Đặng Phước Vinh
GV duyệt:
Th.S Nguyễn Đắc Lực
1. Nhu cầu thực tế của đề tài
Việt Nam chúng ta là một nước nông nghiệp với rất nhiều sản phẩm nông nghiệp được
xuất khẩu ra thế giới với sản lượng hàng đầu thế giới như cà phê, gạo,…và trong các
nhà máy sản xuất các mặt hàng nơng sản hiện nay thì khâu định lượng vô cùng quan
trọng. 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 sản lượng nơng sản hàng năm lớn như vậy, và nhu cầu một hệ thống
có thể đo được khối lượng nơng sản và đóng gói sản phẩm là rất lớn, nhóm chúng tơi
quyết định chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động”. Đây là
đề tài có tính thực tiễn cao và nếu hồn thiện sẽ giúp ích rất nhiều cho các doanh nghiệp
sản xuất.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp
✓ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động.
✓ Nghiên cứu và ứng dụng lập trình PLC ứng dụng vào công nghiệp.
✓ Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí và điện ứng dụng vào việc
thiết kế và chế tạo mơ hình có khả năng ứng dụng thực tế.
✓ Xây dựng hệ thống có thể cho phép lựa chọn các thơng số theo yêu cầu thực tiễn
với độ chính xác cho phép.
✓ Ứng dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu bên ngoài vào việc thiết kế và
chế tạo hệ thống.
✓ Thiết kế và chế tạo các mạch điều khiển, mạch cách ly ứng dụng vào hệ thống.
3. Nội dung đề tài đã được thực hiện:
✓ Số trang thuyết minh: 50-55 trang
i
✓ Số bản vẽ: 5 bản vẽ A0
✓ Mơ hình: 1
4. Kết quả đạt được:
• Phần lý thuyết
✓ Nghiên cứu, ứng dụng lập trình để xử lý tín hiệu từ loadcell sau khi khuếch
đại.
✓ Thiết kế hệ thống bằng phần mềm SolidWorks, nghiên cứu và lập trình xử
lý hệ thống bằng phần mềm TIA Portal.
✓ Lý thuyết về các loại cảm biến lực (loadcell) và tìm hiểu về các mạch
khuếch đại tín hiệu điều khiển loadcell.
✓ Nghiên cứu, tìm hiểu và điều khiển các cơ cấu xy lanh khí nén.
• Phần tính tốn, thiết kế
✓ Thiết kế và chế tạo phần cơ khí.
✓ Thiết kế và chế tạo các mạch điền khiển
✓ Đã chế tạo thành cơng mơ hình hoạt động tương đối ổn định.
✓ Tính tốn và thiết kế hệ thống cảm biến.
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tùng Nguyên
ii
Nguyễn Văn Tú
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT
Họ tên sinh viên
Số thẻ SV
Lớp
Ngành
1
Nguyễn Tùng Nguyên
101150176
15CDT1
CƠ ĐIỆN TỬ
2
Nguyễn Văn Tú
101150192
15CDT1
CƠ ĐIỆN TỬ
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Hệ thống cân và đóng bao hồn tồn tự động, khối lượng mỗi bao đóng gói là 5kg với
sai số nhỏ hơn 5%
Vật liệu: Nhơm, sắt thép, nhựa
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Chương 1:
Chương 2:
Chương 3:
Chương 4:
Giới thiệu tổng quan về hệ thống.
Trình bày phần tính tốn và thiết kế cơ khí.
Tính tốn và thiết kế hệ thống điểu khiển.
Kết luận
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
Bản vẽ chi tiết – 1 A0
Bản vẽ sơ đồ điện – 1 A0
Bản vẽ lưu đồ thuật toán – 1 A0
Bản vẽ tổng thể – 1 A0
Bản vẽ sơ đồ động học – 1 A0
5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/08/2019.
7. Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2019.
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 8 năm 2019
Người hướng dẫn
Trưởng Bộ môn ……………………..
TS. Đặng Phước Vinh
iii
LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam ngày càng phát triển và hội nhập quốc tế. Một trong những thay đổi đáng
kể là Việt Nam đã hòa nhập “WTO”, một bước ngoặt quan trọng để nước ta tiếp cận
khoa học công nghệ hiện đại và chúng ta có nhiều cơ hội nắm bắt những thành tựu vĩ
đại của thế giới, đặc biệt là về các thành tựu khoa học kỹ thuật nói chung và ngành CơĐiện tử nói riêng.
Thế hệ trẻ chúng ta khơng tự mình phấn đấu học hỏi thì sẽ sớm lạc hậu và nhanh
chóng thụt lùi. Nhận thức được điều đó “ Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng” đã đưa
ra nhiều chương trình đào tạo sâu rộng từ thấp đến cao nhằm đẩy mạnh chất lượng học
tập của sinh viên nhà trường nói chung và ngành Cơ-Điện tử nói riêng. Đó là việc tăng
cường hơn nữa tổ chức cho sinh viên làm đồ án tốt nghiệp nhằm tạo nền tảng vững chắc
và kinh nghiệm thực tế cho sinh viên sau khi ra trường, nhằm đáp ứng tốt nhu cầu tuyển
dụng việc làm. Chính vì vậy nhóm chúng em chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống
cân và đóng bao tự động” làm đồ án tốt nghiệp.
Dưới sự hướng, dẫn chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Đặng Phước Vinh cùng với sự cố
gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hồn thành xong đồ án của
mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức cịn hạn chế nên chúng em khơng tránh khỏi
sai sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong nhận được nhiều ý kiến đánh
giá, góp ý của các thầy cô giáo cùng bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
iv
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
CAM ĐOAN
Kính gửi khoa Cơ khí - Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
Chúng em xin cam đoan đồ án tuân thủ tốt các quy định về liêm chính học thuật:
•
Khơng sử dụng các hình thức gian dối trong việc trình bày, thể hiện các hoạt động
học thuật hoặc kết quả từ quá trình học thuật của mình.
•
Khơng bịa đặt, đưa ra các thơng tin sai lệch so với nguồn trích dẫn.
•
Khơng ngụy tạo số liệu trong q trình khảo sát, thí nghiệm, thực hành, thực tập
hoặc hoạt động học thuật khác.
•
Khơng đạo văn, sử dụng từ ngữ, cách diễn đạt của người khác như thể là của mình,
trình bày, sao chép, dịch đoạn, hoặc nêu ý tưởng của người khác mà khơng có trích
dẫn.
•
Khơng tự đạo văn, sử dụng lại thông tin nghiên cứu của mình mà khơng có trích
dẫn hoặc phân mảnh thơng tin về kết quả nghiên cứu của mình để cơng bố trên
nhiều ấn phẩm.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tùng Nguyên
v
Nguyễn Văn Tú
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... iii
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ iv
CAM ĐOAN................................................................................................................. v
MỤC LỤC ................................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ....................................................... 2
1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 2
1.2 Giới thiệu tổng quan về đề tài ............................................................................ 3
1.2.1 Khái quát về hệ thống cân định lượng: .......................................................... 3
1.2.2 Một số hệ thống cân định lượng ngoài thực tế: ............................................... 6
1.2.3 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao trong đề tài: .......................................... 8
1.2.4 Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống:....................................................... 8
1.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống: ............................................................... 9
1.2.6 Yêu cầu công nghệ của hệ thống: .................................................................. 9
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ ........................................ 10
2.1 Thiết kế hệ thống cân ....................................................................................... 10
2.2 Thiết kế hệ thống băng tải. .............................................................................. 11
2.3 Thiết các cơ cấu của hệ thống. ......................................................................... 16
2.3.1 Thiết kế cơ cấu phễu cân.............................................................................. 16
2.3.2 Tính tốn thiết kế cơ cấu cấp bao tự động ................................................... 18
2.4 Lựa chọn một số thiết bị cơ cấu chấp hành trong hệ thống: .......................... 20
2.4.1 Xy lanh khí nén. .......................................................................................... 20
2.4.2 Van điện từ .................................................................................................. 21
2.5 Một số hình ảnh hệ thống thực tế .................................................................... 23
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .................. 26
3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển ................................................................................ 26
3.2 Giới thiệu sơ lược các linh kiện trong mạch điều khiển ................................. 27
3.2.1 PLC Siemen S7-1200................................................................................... 27
3.2.2 Loadcell. ..................................................................................................... 34
3.2.3 Bộ khuếch đại tín hiêu cân loadcell ............................................................. 37
3.2.4 Cảm biến quang .......................................................................................... 39
vi
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
3.2.5 Module HW-685 chuyển đổi tín hiệu analog 4-20mA sang 0-10V ............... 40
3.3 Giới thiệu mạch điều khiển .............................................................................. 41
3.4 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển .................................................... 42
3.5 Thiết kế màn hình giả lập HMI trên máy tính ............................................... 45
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN....................................................................................... 46
4.1 Kết quả đạt được:............................................................................................ 46
4.2 Hướng phát triển đề tài: .................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 47
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 48
vii
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sản xuất lúa gạo ở nước ta .............................................................................. 2
Hình 1.2 Hệ thống cân định lượng trong các nhà máy sản xuất ...................................... 3
Hình 1.3 Hệ thống cân đóng bao thực tế ........................................................................ 4
Hình 1.4 Tủ điều khiển ngồi thực tế ............................................................................. 5
Hình 1.5 Mơ hình cân định lượng dùng 1 phiểu cân ở cơng ty Tấn Phát ........................ 6
Hình 1.6 Hệ thống cân băng tải định lượng .................................................................... 7
Hình 1.7 Mơ hình cân định lượng dùng 3 phễu cân ở công ty Tân Phát ......................... 7
Hình 1.8 Các khối cơ bản của hệ thống .......................................................................... 8
Hình 2.1 Hệ thống cân và đóng bao tự động ................................................................ 10
Hình 2.2 Băng tải đưa sản phẩm ra ngồi..................................................................... 11
Hình 2.3 Động cơ DC sử dụng trong đồ án .................................................................. 15
Hình 2.4 Cấu tạo cơ cấu phễu cân ................................................................................ 16
Hình 2.5 Cơ cấu kẹp bao.............................................................................................. 17
Hình 2.6 Mơ hình cơ cấu cấp bao ................................................................................ 18
Hình 2.7 Xy lanh khí nén ............................................................................................. 20
Hình 2.8 Cấu tạo của xy lanh ....................................................................................... 21
Hình 2.9 Hình ảnh van diện từ 5/2 ............................................................................... 21
Hình 2.10 Sơ đồ cửa của van 5/2 ................................................................................. 22
Hình 2.11 Hình ảnh bộ tạo chân khơng trong thực tế ................................................... 22
Hình 2.12 Nguyên lý bộ tạo chân khơng ...................................................................... 22
Hình 2.13 Hình ảnh tổng thể của mơ hình .................................................................... 23
Hình 2.14 Tủ điện điều khiển....................................................................................... 24
Hình 2.15 Băng tải đưa sản phẩm ra ngồi ................................................................... 24
Hình 2.16 Cơ cấu cấp bao tự động ............................................................................... 25
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển ............................................................................. 26
Hình 3.2 Hình ảnh thực tế PLC S7 1200 ...................................................................... 27
Hình 3.3 Các module mở rộng kết hợp với PLC S7-1200 ............................................ 30
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối giao tiếp trong hệ thống PLC ................................................... 31
Hình 3.5 Cấu trúc bên trong PLC S7 1200 ................................................................... 32
Hình 3.6 Phương pháp lập trình điều khiển .................................................................. 33
Hình 3.7 Giao diện chính của phần mềm Tia Portal ..................................................... 33
Hình 3.8 Sơ đồ thiết kế một chương trình điều khiển ................................................... 34
Hình 3.9 Nguyên lý hoạt động loadcell thanh .............................................................. 35
Hình 3.10 Cầu điện trở Wheatstone ............................................................................. 35
viii
Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động
Hình 3.11 Loadcell thanh............................................................................................. 36
Hình 3.12 Loadcell chữ Z ............................................................................................ 36
Hình 3.13 Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell sử dụng trong hệ thống cân ........................ 37
Hình 3.14 Hình ảnh thực tế module khuếch đại tín hiệu cân ........................................ 38
Hình 3.15 Cảm biến quang .......................................................................................... 39
Hình 3.16 Module HW-685 ......................................................................................... 40
Hình 3.17 Sơ đồ mạch điện điều khiển ........................................................................ 41
Hình 3.18 Sơ đồ nối dây hai loadcell ........................................................................... 42
Hình 3.19 Lưu đồ thuật toán khối cân sản phẩm .......................................................... 43
Hình 3.20 Lưu đồ thuật tốn khối Stop, Reset ............................................................. 43
Hình 3.21 Lưu đồ thuật tốn khối cấp bao tự động....................................................... 44
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Hệ số tính tốn mặt cắt dịng chảy ................................................................ 16
Bảng 2.2 Góc mái một số dạng vật liệu khi vận chuyển ............................................... 17
Bảng 2.3 Hệ số độ dốc băng tải.................................................................................... 18
Bảng 3.1 Đặc tính của các dịng PLC S7-1200............................................................. 33
Bảng 3.2 Thơng số kỹ thuật của cảm biến tiện cận ....................................................... 43
ix
MỞ ĐẦU
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang được phát triển mạnh mẽ, được ứng dụng vào
nhiều ngành nghề, lĩnh vực. Việt Nam là một đất nước có nền nơng nghiệp phát triển do
đó việc áp dụng các loại máy móc, thiết bị tự động hiện đại đang dần được đưa vào thay
thế cho việc lao động thuần chân tay trong nông nghiệp đã giúp năng xuất và chấy lượng
sản phẩm nâng lên đáng kể. Sau khi đi tham quan một số nhà máy ở địa phương nhóm
tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động”. Với ý
tưởng giúp 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.
Mục tiêu của đồ án là thiết kế và chế tạo một mơ hình cân và đóng bao tự động
với độ sai số nằm trong khoảng cho phép. Thuyết minh có cấu trúc như sau:
Chương 1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống.
Chương 2 Trình bày phần tính tốn và thiết kế cơ khí.
Chương 3 Tính tốn và thiết kế hệ thống điểu khiển.
Chương 4 Kết luận.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
1
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1 Đặt vấn đề
Việt Nam là một đất nước nông nghiệp với hơn 70% dân số làm nơng nghiệp, nhưng chỉ
đóng góp khoảng 20% GDP của đất nước. Với điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên
nhiên cho phép nước ta phát triển nền nông nghiệp nhiệt đới.
Năng suất một số vật nuôi, cây trồng đạt cao so với các nước trong khu vực và trên thế
giới: Lúa đứng đầu ASEAN; cá tra, hồ tiêu đứng đầu thế giới; cà phê, cao su đứng thứ
2 thế giới. Xuất hiện nhiều hơn các mơ hình ni trồng thủy sản, sản xuất theo chuỗi giá
trị về tôm, cá tra, ni giống tơm hùm…Do đó việt nam có rất nhiều thuận lợi cho việc
phát triển nơng nghiệp.
Hình 1.1 Sản xuất lúa gạo ở nước ta
Tuy nhiên so với các nước phát triển thì mặc dù số lao động nơng nghiệp chỉ chiếm
khoảng 2-4% dân số nhưng lại đóng góp lên đến 40% GDP do đó vấn đề đặt ra hiện nay
chúng ta phải nâng cao năng xuất cùng với việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật,
sử dụng các loại máy móc hiện đại để nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp cũng
như giảm thiểu tối đa sức người giúp đỡ bà con nông dân. Vì vậy nên chúng ta cần phải
thay đổi ngành nơng nghiệp Việt Nam từ sản xuất truyền thống sang nông nghiệp cơng
nghệ cao, chú trọng việc đổi mới mơ hình sản xuất, nâng cao chất lượng hàng hóa. Hiện
nay ở các nước trên thế giới, việc tự động hoá trong nơng nghiệp khơng cịn là điều gì
mới mẻ, xa lạ nhưng ở nước ta hiện nay, việc áp dụng tự động hóa cho nơng nghiệp
đang bị bỏ ngỏ, khơng được chú trọng một cách đúng mức.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
2
Sau khi tìm hiểu và tham quan một số nhà máy nhóm tác giả nhận thấy rằng khâu cân
định lượng có vai trị rất quan trọng trong các nhà máy sản xuất nơng sản, chính vì vậy
nhóm tác giả xuất hiện một ý tưởng chế tạo một hệ thống cân định lượng giúp các nhà
máy có thể giải quyết khâu định lượng một cách thuận tiện hơn giảm thiểu nhân cơng
cho khâu này và đạt năng suất cao hơn. Góp phần đóng góp vào tiến bộ khoa học kỹ
thuật và phát triển nơng nghiệp nước nhà.
Hình 1.2 Hệ thống cân định lượng trong các nhà máy sản xuất
1.2 Giới thiệu tổng quan về đề tài
1.2.1 Khái quát về hệ thống cân định lượng.
Hệ thống cân định lượng là một trong những khâu quan trọng để nhà máy có thể hoạt
động liên tục, là một khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng
nguyên liệu cần thiết cho nhà máy hoặc đóng gói sản phẩm, lượng nguyên liệu này đã
được người lập trình cài đặt trước đó. Hệ thống cân định lượng phải gồm q trình hoạt
động hồn tất của cân định lượng điện tử và hệ thống xử lý dữ liệu có thể hiển thị khối
lượng cân mong muốn lên các loại màn hình để dễ dàng điều khiển và giám sát hệ thống.
Phương pháp cân định lượng: Hệ thống định lượng với cảm biến tải trọng sẽ được đặt
dưới của bồn chứa nguyên liệu. Trước khi nguyên liệu được đưa xuống hệ thống cân thì
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
3
bộ phận cung cấp nguyên liệu sẽ được đóng lại cùng với bộ phận đưa nguyên liệu ra bao
sau quá trình định lượng. Tiếp theo hệ thống sẽ nhận các tín hiệu từ tủ điều khiển, q
trình này có thể hiển thị lên để người điều khiển dễ dàng thực hiện. Tiếp theo sau khi
nhận được yêu cầu từ tủ điều khiển thì bộ phận cung cấp nguyên liệu sẽ bắt đầu cho
nguyên liệu đổ xuống hệ thống định lượng, lúc này hệ thống định lượng sẽ thực hiện
quá trình định lượng theo yêu cầu. Khi hệ thống cân định lượng đã định lượng đúng
khối lượng yêu cầu, tín hiệu sẽ đưa về hệ thống điều khiển và hệ thống điều khiển sẽ
ngừng cung cấp nguyên liệu từ bồn chứa nguyên liệu sau đó số nguyên liệu từ hệ thống
cân sẽ được đưa vào băng tải sau đó đưa vào các bao đóng gói hoặc có thể đưa vào bao
tải và đưa đến nơi đóng gói nhờ vào băng tải.
Hình 1.3 Hệ thống cân đóng bao thực tế
Hệ thống bồn chứa phải được làm ở dưới dạng phễu hoặc các bồn nguyên liệu dạng
đứng. Nguyên liệu đưa vào bồn chứa có thể được cho vào ngay từ đầu hay được đưa từ
hệ thống băng tải hoặc các hệ thống đưa nguyên liệu vào kho khác. Hệ thống cân sẽ
được đặt nằm dưới hệ thống bồn chứa lắp đạt cùng với cảm biến khối lượng đa số là
loadcell, nên sử dụng 2 cảm biến khối lượng trở lên để hệ thống định lượng có thể xác
định một cách chính xác hơn.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
4
Hệ thống điều khiển sẽ được chia làm hai phần là hệ thống phần cứng bao gồm các
xy lanh khí nén được dùng để điều khiển van đóng mở, các xy lanh sẽ được điều khiển
bằng các loại van điện từ. Các cơ cấu đóng mở kết hợp với xy lanh đa số sẽ được thiết
kế riêng tùy theo nhu cầu. Hệ thống điều khiển phần mềm nhận tín hiệu từ cảm biến
khối lượng sau đó xử lí tín hiệu bằng PLC hoặc Vi điều khiển, tùy vào người lập trình
có thể kết hợp với nút nhấn và hệ thống hiển thị bằng HMI hoặc các loại màn mình LCD
để xử lí điều khiển van điện từ và lập trình theo yêu cầu của hệ thống.
Ở hệ thống của mình nhóm tác giả lựa chọn xử lí tín hiệu điều khiển bằng PLC và hiển
thị lên màn hình LCD do một số nguyên nhân khác nhau cũng như do kinh phí cịn hạn
hẹp.
Hình 1.4 Tủ điều khiển ngồi thực tế
Ngồi ra việc lựa chọn loại cảm biến và số lượng cảm biến cũng như các nguyên tắc lắp
đặt thiết bị phụ thuộc vào đặc điểm và nhu cầu sử dụng của chủ đầu tư. Tuy nhiên hệ
thống cân định lượng phải đảm bảo về độ tin cậy hoạt động, tuân thủ mọi yêu cầu về
chức năng cũng như độ chính xác của cân.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
5
1.2.2 Một số hệ thống cân định lượng ngoài thực tế
Sau đây là một số hệ thống cân định lượng ngồi thực tế:
Hình 1.5 Mơ hình cân định lượng dùng 1 phễu cân ở công ty Tấn Phát, Hà Nội
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
6
Hình 1.6 Mơ hình cân định lượng dùng 3 phễu cân ở cơng ty Tân Phát, Hà Nội
Ngồi ra cịn một số hệ thống định lượng tải khác ngoài thực tế, ở trong hệ thống của
mình nhóm tác giả lựa chọn hệ thống cân định lượng 1 phễu cân.
Hình 1.7 Hệ thống cân băng tải định lượng công ty MHA, Hà Nội
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
7
1.2.3 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao trong đề tài
Sau khi tìm hiểu một số hệ thống cân đóng bao trên mạng và ngồi thực tế nhóm
chúng tơi thấy rằng hệ thống cân đóng bao sẽ có các phần cơ bản gồm hệ thống bồn
chứa được đặt ở trên, bên dưới hệ thống bồn chứa sẽ được lắp đặt cảm biến khối lượng
cùng với hệ thống cân định lượng, nếu hệ thống thiết kế đưa ra bao rồi được đưa sang
băng tải thì sẽ có thêm cơ cấu kẹp bao được đặt phía dưới hệ thống cân, cuối cùng băng
tải sẽ được lắp đặt dưới cơ cấu kẹp bao để đưa bao đến vị trí đóng bao và được đưa ra
ngồi. Dựa trên những gì đã tìm hiểu nhóm tác giả đã thiết kế một hệ thống cân và đóng
bao tự động với nguyên liệu là gạo sẽ được giới thiệu ở các phần sau.
1.2.4 Giới thiệu các khối cơ bản của hệ thống
Hệ thống của nhóm tác giả bao gốm những khối cơ bản sau:
Hình 1.8 Các khối cơ bản của hệ thống
- Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống sử dụng điện.
- Khối điều khiển bao gồm các nút nhấn đưa tín hiện điều khiển đến PLC yêu cầu thực
hiện các quá trình của hệ thống.
- Khối cảm biến là 2 cảm biến loadcell dùng để đo khối lượng gạo trong cân sau đó
truyền giữ liệu cho về cho khối khuếch đại, ngồi ra cịn có các cảm biến hồng ngoại để
xác định vị trí.
- Khối khuếch đại có nhiệm vụ nhận giữ liệu từ khối cảm biến, khuếch đại tín hiệu lên
và chuyển đổi để PLC có thể nhận được và xử lí.
- Khối xử lí có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ khối khuếch đại và đưa tín hiệu điều khiển về
khối cơ cấu chấp hành để đóng mở xy lanh.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
8
- Khối hiển thị hiển thị khối lượng gạo ở phễu cân.
- Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu điều khiển và thực thiện các thao tác của hệ thống.
- Khối giao tiếp với máy tính có nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu với PLC, mơ phỏng màn
hình giao diện HMI nhằm cung cấp các thông tin cũng như các tùy chỉnh hệ thống từ
người vận hành.
1.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Sau khi bật công tắc nguồn thì hệ thống sẽ tự động điều khiển cho các cơ cấu trở về
trạng thái đã định ban đầu.
- Cơ cấu cấp bao tự động bắt đầu hoạt động để mở bao đưa bao vào đúng vị trí. Đồng
thời PLC điều khiển để mở phễu để gạo từ phễu chứa ở trên đưa gạo xuống hệ thống
phễu cân ở dưới, cùng lúc đó 2 cảm biến khối lượng sẽ có nhiệm vụ đo khối lượng gạo
ở trong hệ thống cân và đưa về tín hiệu cho bộ khuếch đại.
- PLC nhận tín hiệu analog từ bộ khuếch đại kiểm tra xem đã đạt đủ khối lượng mong
muốn chưa, nếu đã đủ khối lượng mong muốn, PLC sẽ đưa tín hiệu điều khiển để điều
khiển xy lanh phễu trên đóng lại, đồng thời mở cho phễu ở dưới để đưa gạo vào bao.
- Sau khi gạo đã được cho hết vào bao hệ thống sẽ tự động đóng phễu dưới và mở
phễu trên để đưa gạo vào hệ thống cân, quá trình sẽ được lặp lại liên tục trừ khi có tín
hiệu Stop từ người điều khiển.
- Với cơ cấu kẹp bao sau khi đưa bao vào đúng vị trí, cảm biến phát hiện có bao thì
cơ cấu kẹp bao sẽ kẹp chặt bao lại
- Sau khi gạo được đưa hết vào bao thì hệ thống cũng sẽ đưa tín hiệu điều khiển 2 xy
lanh để cho bao rơi xuống hệ thống băng tải.
Lưu đồ thuật toán của hệ thống được trình bày tại cuối chương 3
1.2.6 u cầu cơng nghệ của hệ thống
- Hệ thống phải đảm bảo hoạt động chính xác, sai số khối lượng phải nằm trong giới hạn
cho phép.
- Các cơ cấu xy lanh hoạt động ổn định, không bị mắc kẹt.
- Hệ thống được thiết kế chắc chắn, nhỏ gọn.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
9
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế hệ thống cân
Hệ thống cân đóng bao thiết kế trên phần mềm SolidWorks được thể hiện như hình
bên dưới.
9
1
7
6
2
10
3
8
5
4
Hình 2.1 Hệ thống cân và đóng bao tự động
1: Phễu chứa gạo ban đầu
6: Cơ cấu đóng mở phễu chứa gạo
2: Load cell
7: Tủ điện
3: Cơ cấu phễu cân
4: Cơ cấu kẹp bao
5: Cơ cấu đóng mở phễu cân
Hệ thống có cấu tạo gồm:
8: Cơ cấu cấp bao tự động
9: Xy lanh đẩy cơ cấu đưa bao
10: Cơ cấu đưa bao
• Một phễu chứa gạo được thiết kế trên cao nhất, có đủ khoảng trống để chứa
gạo. Hệ thống phần khung phễu trên được kết hợp với cơ cấu đóng mở phễu
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
10
để đưa gạo được đưa xuống cơ cấu cân.
• Hai cơ cấu đóng mở phễu xử dụng xy lanh khí nén để đóng mở phễu, có rất
nhiều cơ cấu đóng mở khác nhau, tuy nhiên với khả năng có hạn bọn em chưa
thể chế tạo ra các cơ cấu đóng mở phức tạp nên bọn em lựa chọn cơ cấu đóng
mở hình chữ L, cơ cấu này khá đơn giả, dễ thiết kế, đáp ứng đủ yêu cầu đặt
ra. Với kiểu thiết kế như trên thì hệ thống sẽ đơn giản hơn rất nhiều, cơ cấu
khơng q phức tạp.
• Cơ cấu phễu cân kết hợp với 2 cảm biến loadcell. Một đầu loadcell được treo
cố định, một đầu sẽ gắn với phễu cân phía dưới, phễu cân sẽ được treo tự do
với loadcell, cũng giống như phễu cân thì cơ cấu đóng mở phễu cân cũng
gắng liền với phễu và treo tự do.
• Cơ cấu kẹp bao bao gồm phần khung được thiết kế như trong hình 2.1, hệ
thống kẹp bao được thiết kế từ 2 xy lanh với cơ cấu kẹp như trên hình vẽ
2.2 Thiết kế hệ thống băng tải.
Hình 2.2 Băng tải đưa sản phẩm ra ngồi
Độ rộng băng tải phụ thuộc lưu lượng cần vận chuyển và kích cỡ vật phẩm (hay kích
thước của các “hạt” vật liệu) cần vận chuyển trên băng. Nếu kích cỡ vật phẩm càng lớn
thì độ rộng băng tải càng phải rộng.
Với nhu cầu sử dụng đồ án là vận chuyển các bao gạo với khối lượng 5 kg ta chọn
băng tải với bề ngang 250 mm.
Vận tốc băng tải cần giới hạn tùy thuộc dung lượng của băng, độ rộng của băng và đặc
tính của vật liệu cần vận chuyển. Sử dụng băng hẹp chuyển động với vận tốc cao là kinh
tế nhất nhưng vận hành băng tải có độ rộng lớn lại dễ dàng hơn so với băng tải hẹp.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
11
Vận tốc băng tải thường được tính tốn nhằm đạt được lưu lượng vận chuyển theo
yêu cầu cho trước. Lưu lượng vận chuyển của một băng tải có thể được xác định qua
cơng thức:
Qt = 60A.V.γ.s
Trong đó, - Qt: Lưu lượng vận chuyển (tấn/giờ)
(1)
- A: Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển (m2)
- γ: Khối lượng riêng tính tốn của khối vật liệu (tấn/ m3)
- V: Vận tốc băng tải (m/phút)
- s: Hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng (độ dốc) của băng tải
Từ đó, có thể tính được vận tốc băng tải theo công thức sau:
𝑄𝑡
𝑉=
(m/phút)
60.𝐴.𝛾.𝑠
Các đại lượng trong cơng thức tính vận tốc được xác định như dưới đây.
a. Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển
Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển có thể được xác định như sau:
A = K.(0,9B - 0,05)2
Với - A: Diện tích mặt cắt ngang dịng vận chuyển (m2)
- K: Hệ số tính tốn (hệ số K được cho trong bảng 2.1)
- B: Độ rộng băng tải (m)
Dựa theo công thức trên ta tính được giá trị A = 0,00278 m2
Bảng 2.1 Hệ số tính tốn mặt cắt dịng chảy
Dạng băng tải
Góc máng Góc mái (Surcharge Angle) độ)
10
20
30
Phẳng
0
0,0295
0,0591
0,0906
10
0,0649
0,0945
0,1253
15
0,0817
0,1106
0,1408
20
25
0,0963
0,1113
0,1245
0,1381
0,1538
0,1661
30
35
0,1232
0,1348
0,1488
0,1588
0,1754
0,1837
40
0,1426
0,1649
0,1882
45
50
0,15
0,1538
0,1704
0,1725
0,1916
0,1919
55
60
0,157
0,1568
0,1736
0,1716
0,1907
0,1869
Máng, 3 con lăn
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
12
b. Góc mái
Góc mái của một đống vật phẩm là góc hình thành giữa đường nằm ngang và mái dốc
của đống vật phẩm. Các giá trị thông thường cho trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 Góc mái một số dạng vật liệu khi vận chuyển
Góc mái (độ)
Dạng vật liệu
10
Vật liệu mịn, khơ.
Các vật liệu hạt (than, sỏi, quặng…) có thể vận chuyển bằng các
20
dụng cụ thông thường.
Các vật liệu hạt lớn hoặc được cấp lên băng bằng các dụng cụ đặc
30
biệt, đảm bảo tính đồng nhất của khối.
Từ các yếu tố trên ta chọn giá trị góc mái là 300
c. Hệ số ảnh hưởng của độ dốc băng tải
Băng tải càng dốc thì lưu lượng vận chuyển vật liệu được càng thấp. Hệ số giảm lưu
lượng do độ dốc (s) cho trong bảng 2.3.
Bảng 2.3 Hệ số độ dốc băng tải
Góc dốc (độ)
Hệ số s
Góc dốc (độ)
Hệ số s
2
1
21
0,78
4
0,99
22
0,76
6
0,98
23
0,73
8
0,97
24
0,71
10
0,95
25
0,68
12
0,93
26
0,66
14
0,91
27
0,64
16
0,89
28
0,61
18
0,85
29
0,59
20
0,81
30
0,56
Từ bảng trên ta chọn hệ số s =1
Từ các giá trị trên ta tính được vận tốc băng tải V= 4,5 m/phút = 7,5 cm/s
d. Tính tốn cơng suất truyền dẫn băng tải
Cơng suất làm quay trục con lăn kéo băng tải được tính theo cơng thức sau:
P = P1 + P2
Trong đó P1 là công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu.
P2 là công suất cần thiết để khắc phục tổn thất do ma sát tồn tại trong các ổ
đỡ, ma sát giữa băng tải và con lăn khi băng tải không chạy.
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
13
* Lực cần thiết để vận chuyển vật liệu
F1 = L. 𝜎.K1.g.cos𝛽
( với 𝛽 = 0 do băng tải là băng tải ngang )
Trong đó
𝛽
là góc nghiêng của băng tải
L
là chiều dài của băng tải
𝜎
là khối lượng vật liệu trên 1 m băng tải
K1 là hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu, chọn K1 = 0,2
F1 = 1×5×0,2×10 =10 N
Cơng suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
P1 = F.v = 10.0,075 = 0,75 W
* Lực cản sinh ra do các loại ma sát khi băng tải chuyển động khơng tải
F2 = 2.L.𝜎𝑏 .K2.g.cos𝛽
Trong đó
K2
Hệ số tính đến lực cản khi không tải (K2 = 0,05)
𝜎𝑏
Khối lượng băng tải trên 1 m chiều dài băng
F2 = 2.1.5.0,05.10 = 5 N
Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát
P2 = F2.v = 5.0,075 = 0.375 W
Ta có cơng suất tĩnh của băng tải
P = P1 + P2 = 0,75 + 0,375 = 1,125 W
Vậy ta có cơng suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:
𝑃
𝑃đ𝑐 = 𝑘3 .
1,175
𝑃đ𝑐 = 1,5.
Trong đó:
0,5
𝜂
= 3,525 W
k3
hệ số dự trữ về cơng suất
𝜂 Hiệu suất truyền động
Từ đó ta chọn động cơ 550 với cơng suất 10W có sử dụng hộp giảm tốc
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
14
Hình 2.3 Động cơ DC sử dụng trong đồ án
Thơng số động cơ:
- Điện áp định mức: 24VDC
- Dòng điện khơng tải: 1.5A
- Tốc độ khi khơng tải 30 vịng/phút
- Điện áp hoạt động ổn định: 24VDC
- Trọng lượng: 450 grams
SVTH: Nguyễn Tùng Nguyên-Nguyễn Văn Tú
GVHD: TS. Đặng Phước Vinh
15
