ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG DÙNG ARDUINO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Sinh viên : Trần Đỗ Hoàng Long - 101180117 Nguyễn Trung Hiếu - 101180101 Lớp : 18C1B Nhóm : 18.02A GVHD : TS Trần Ngọc Hải Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B CHƯƠNG I : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử phát triển nghề làm bánh Từ trước thời trung cổ, nghề làm bánh bắt đầu xuất hình thành Vào kỷ thứ 8, Assyria người ghi nhận kết hợp bột bánh mì với loại hạt băm nhỏ mật ong để tạo bánh nướng Tới năm 168 TCN, người Hy Lạp cơng mở rộng lãnh thổ phát triển nghề làm bánh lên rộng khắp châu Âu sang vùng phía Đơng châu Á Hiện nay, nước phương Tây hay nước Châu Á, có Việt Nam, tốc độ phát triển hệ thống nhà hàng – khách sạn (NHKS), tiệm, chuỗi cửa hàng bánh café tăng lên đáng kể Đặc biệt, du nhập ẩm thực nước vào Việt Nam tạo nên da dạng nhiều dòng bánh như: bánh Âu, bánh Việt, bánh lạnh, bánh kem, bánh nướng, bánh mì… Có thể nói, nghề làm bánh thật đóng vai trị quan trọng phát triển kinh tế ẩm thực dân tộc Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B 1.2 Cơ hội tiềm phát triển nghề làm bánh Bên cạnh nhiều nước châu Á khác Việt Nam thị trường tiềm cho ngành F&B khu vực với tốc độ tăng trưởng dân số thu nhập trung bình tăng cao Bên cạnh đó, sóng đầu tư nước ngồi góp phần thúc đẩy tốc độ tăng trưởng khơng nhỏ Vì thế, thị trường bánh kẹo Việt Nam đà tăng trưởng ổn định Theo nghiên cứu, thị trường bánh mì bánh nướng Việt Nam đạt 630 triệu USD năm 2019 Dự kiến giai đoạn 2019 – 2023, có mức tăng trưởng khoảng 8,6% vào năm Với xu phát triển mạnh ngành Du lịch, Dịch vụ, NHKS, Ẩm thực tạo điều kiện cho nhiều thương hiệu, dòng bánh tiếng du nhập vào nước ta Các NHKS không ngừng mở rộng thực đơn phục vụ đa dạng loại bánh, đáp ứng nhu cầu ngày cao đơng đảo thực khách Kéo theo đó, nhu cầu nhân lực thợ làm bánh chuyên nghiệp trở nên cấp thiết hết, đặc biệt đội ngũ thợ làm bánh có tay nghề đào tạo bản, chuyên nghiệp Theo báo cáo cục thống kê lao động, có khoảng 200.000 vị trí đầu bếp bánh Việt Nam số ước tính tăng thêm 1% năm 2020 Đây Trần Đỗ Hồng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B hội nghề nghiệp hấp dẫn cho theo học nghề làm bánh Ngoài ra, tự tin với tay nghề có định hướng làm chủ, bạn hồn tồn đầu tư kinh doanh làm giàu với nghề làm bánh “ Việt Nam – thị trường bánh kẹo đầy tiềm ” Đó nhận định ông Perter Becker , chủ tịch hiệp hội nhà sản xuất bánh kẹo Cộng Hòa Liên Bang Đức buổi họp báo giới thiệu “ triển lãm quốc tế bánh công nghệ sản xuất ( IBA ) diễn Dusselotf – Đức Ông cho , kinh tế Việt Nam kinh tế có tốc độ phát triển nhanh giới Trong xu toàn cầu hóa , sản phẩm Việt Nam xuất ngày cáng nhiều thị trường giới , có thực phẩm bánh kẹo.Thị trường bánh kẹo Việt Nam có tiềm trở thành thị trường hàng đầu bánh kẹo Đông Nam Á giới Theo ước tính cơng ty tổ chức phân phối IBA, sản lượng bánh kẹo Việt Nam năm 2019 vào khoảng 476.000 tấn, đến năm 2023 đạt 760.000 tấn; tổng giá trị bán lẻ thị trường Việt Nam năm 2019 khoảng 600 triệu USD , năm 2023 1140 triệu USD Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B 1.3 Tự động hóa cơng nghệ làm bánh Hiện dây chuyền làm bánh công việc lặp lặp lại nên tránh nhàm chán công việc người công nhân Ngày để nâng cao suất lao động, nâng cao chất lượng ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đưa vào thiết bị sản xuất công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động phần tồn q trình sản xuất Trần Đỗ Hồng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Cùng với việc sử dụng ngày nhiều hệ thống sản xuất tự động, người cải thiện đáng kể điều kiện lao động giảm nhẹ sức lao động, tránh nhàm chán công việc, tạo cho họ tiếp cận với tiến lĩnh vực khoa học kỹ thuật làm việc môi trường ngày văn minh hơn, an tồn tron cơng việc Trong kinh tế thị trường hội nhập ngày sâu rộng vào kinh tế giới, vấn đề cạnh tranh ngày khốc liệt nhiều lĩnh vực chất lượng mẫu mã giá thành sản phẩm Có thể thấy áp dụng tự động hóa vào q trình sản xuất có hội nâng cao suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, thay đổi mẫu mã cách nhanh chóng Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B 1.4 Giới thiệu đề tài Trong thực tế có nhiều sở sản xuất bánh kẹo … Để đảm bảo chất lượng nhằm đáp ứng cung cấp cho thị trường nước xuất Máy làm bánh tự động thực làm tang suất giảm sức lao động công nhân, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, vấn đề mà người tiêu dùng quan tâm hang đầu Đề tài kết hợp thêmquá trình cấp phôi tự động, tạo thành dây chuyền sản xuất khép kín xuất người sản xuất Có thể tăng suất lên nhiều lần ta dùng sức người để đóng dấu lên phơi, lúc chu kỳ đóng dấu tạo nhiều sản phẩm Hình dạng mẫu mả dấu đa dạng,nên ta áp dụng nguyên lý để áp dụng cho công đoạn khác như: in hạn sử dụng lên sản phẩm,ngày sản xuất ,… Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Vì việc ứng dụng máy vào sản xuất có khả cao, đem lại hiệu lớn Kỹ thuật thực hiên : - Dựa vào giảng dạy thầy hệ thông điều khiển tự động tính tốn thiết kế hệ thống khí Dựa vào thực tiển q trình sản xuất qua giúp gỉam thời gian làm việc công nhân Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY 2.1 Phương án đưa phôi vào vị trí cơng tác xilanh A 2.1.1 Phương án 1: sử dụng băng tải Hình 2.1 Băng tải • Ưu điểm + Kết cấu đơn giản + Ít gây tiếng ồn + Năng suất tiêu hao nhỏ + Có khả vận chuyển vật lệu với khoảng cách lớn • Nhược điểm : + Vật liệu trình di chuyển dể bị rơi ngồi Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B + Khi vận chuyển xa địi hỏi phải có nhiều hệ thống kết hợp lại với + Chỉ mang vật theo phương 2.1.2: Phương án 2: sử dụng hệ thống gắp vật arduino cách tay robot Hình 2.2 Cánh tay Robot • Ưu điểm : + Có thể mang vật nhiều vị trí khác + Độ xác cao Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B F= p.A (N) Với diện tích A= => A= = = = 266,67 (mm^2) • Đường kính ngồi xylanh A: D= = = 18,43 (mm) • Theo dãy số TCVN 2014-77 đường kính xylanh: 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400,… => Ta chọn đường kính xylanh C: D= 20 (mm) Thường A2=.A1 => = => (D-d)2= D2 Với D=20 (mm) => d= 5,9 (mm) Chọn d= 10 (mm) • Ta tính lại lực đẩy xilanh : Q = η.p.(π.D2/4) = 0,9 0,3 (3,14 202 /4 ) = 84,78 (N) CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển ứng dụng cho đề tài : - Sử dụng hệ thống điều khiển Arduino nano Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B • • • Arduino board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tácvới với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.Được lập trình để điều khiển tín hiệu Hình 3.7 Arduino Nano Các thông số chủ yếu arduino nano Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V – DC Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 30 Ma Điện áp khuyên dùng – 12 V- DC SRAM KB Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Điện giới hạn 6-20V- DC Số chân Digitai I/O 14 Số chân Analog Dòng tối đa chân 40Ma Dòng tối đa 500 Ma Kích thước 1.85cm X 4.3 cm  Một số lưu ý sử dụng Arduino Nano Arduino NANO bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do bạn phải cẩn thận, kiểm tra cực âm – dương nguồn trước cấp cho Arduino NANO Việc làm chập mạch nguồn vào Arduino NANO biến thành miếng nhựa chặn giấy khun bạn nên dùng nguồn từ cổng USB • Các chân 3.3V 5V Arduino chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị khác, chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí làm hỏng board Điều khơng nhà sản xuất khuyến khích • Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino NANO với điện áp 6V làm hỏng board • Cấp điện áp 13V vào chân RESET board làm hỏng vi điều khiển ATmega328 • Cường độ dòng điện vào/ra tất chân Digital Analog Arduino NANO vượt 200mA làm hỏng vi điều khiển Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B • Cấp điệp áp 5.5V vào chân Digital Analog Arduino NANO làm hỏng vi điều khiển • Cường độ dịng điện qua chân Digital Analog Arduino NANO vượt 40mA làm hỏng vi điều khiển Do khơng dùng để truyền nhận liệu, bạn phải mắc điện trở hạn dòng 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển : 4.2.1 Hệ thống điều khiển Arduino Nano Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn ngữ riêng Ngơn ngữ dựa ngôn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++ Một số người gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ Riêng gọi “ngơn ngữ Arduino”, đội ngũ phát triển Arduino gọi Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 việc lập trình Arduino dễ thở bạn Để lập trình gửi lệnh nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án cấp đến cho người dùng mơi trường lập trình Arduino hay gọi Arduino IDE Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Hình 4.2 Giao diện phần mền Arduino IDE 4.2.2 Các phần tử điều khiển khác Các phần tử điều khiển: - • • • Van khí nén điện từ 5/2 hai tác dộng Van có cấu tạo gồm nam cuộn cảm đóng vai trị nam châm điện hai đầu van Lúc bình thường chưa cung cấp điện van trạng thái tự Lúc cấp điện hai cuộn cảm biến thành nam châm điện hút lõi sắt gắn vào cửa van, kéo van hai vị trí để mở hay đóng vị trí van nhằm cho khí nén qua hay bị chặn lại Rơle điện từ chân 24V tiếp điểm thường mở : rơ le gồm nam châm điện hai cổng thường đóng hai cổng thường mở Khi cấp tín hiệu nam châm hút thép làm cho hai cổng thường đóng mở hai cổng thường mở đóng lại cung cấp ngắt tín hiệu đầu cung cấp cho van Nhằm mục đích điều khiển van Các loại cảm biến : Sử dụng cảm biến hồng ngoại tiếp điểm thường mở 5V Cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để đóng ngắt tín hiệu Khi vật cản qua mắt đọc cảm biến làm phản xạ lại tia hồng ngoại vào mắt Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B cảm biến cung cấp tín hiệu vào arduino từ arduino giải mã nhận tín hiệu nhằm điều khiển q trình sau  Role chân Hình 3.3 Role trung gian Rơ le trung gian kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm Rơle trung gian gọi rơ le kiếng công tắc chuyển đổi hoạt động điện Gọi cơng tắc rơ le có hai trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay không Nguyên lý hoạt động: - Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều, tùy vào thiết kế Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B - Rơ le có mạch độc lập họạt động Một mạch để điều khiển cuộn dây rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay khơng, hay có nghĩa điều khiển rơ le trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dịng điện ta cần kiểm sốt có qua rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF rơ le  Cảm biến tiệm cận Hình 3.4 Cảm biến Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh nhiễu sử dụng mắt nhận phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến chỉnh khoảng cách báo mong muốn thơng qua biến trở, ngõ cảm biến dạng cực thu hở nên cần thêm trở treo lên nguồn chân Tín hiệu sử dụng Thơng số kỹ thuật: - Nguồn điện cung cấp: 5VDC Khoảng cách phát hiện: ~ 80cm Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở Dịng kích ngõ ra: 300mA Ngõ dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến điện áp ngõ ra, trở treo lên áp tạo thành điện áp ngõ nhiêu Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Chất liệu sản phẩm: nhựa - Có led hiển thị ngõ màu đỏ - Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L) Sơ đồ chân: - Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC Màu đen: Chân tín hiệu ngõ cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao  Van 5/2 Hình 3.5 Van điện từ - Van điện từ khí nén hay cịn gọi van đảo chiều cấu điều chỉnh hướng điều chỉnh dịng khí nén qua van - Van điện từ khí nén có tác dụng đóng ngắt dịng khí điều chỉnh hướng dịng khí - Hiện hệ thống khí nén bao gồm nhiều thiết bị, phần tử cấu tạo nên hệ thống khí nén Việc nắm bắt rõ nguyên lý hoạt động phần tử khí nén nói chung van điện từ khí nén nói riêng giúp cho việc thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống khí nén cách dễ dàng, giảm chi phí phát sinh khơng đáng có đặc biệt giúp hệ thống hoạt động ổn định trơi chảy Trần Đỗ Hồng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B  Khối nguồn Hình 3.6 Biến áp Biến áp có vai trị cung cấp tồn nguồn điện cho các khối hệ thống:  • • Dùng máy biến áp thực hạ áp cách ly Dùng cầu chỉnh lưu thực chỉnh lưu Dùng tụ điện (tụ hóa) có điện dung lớn thực mạch lọc Các loại cảm biến : Sử dụng cảm biến hồng ngoại tiếp điểm thường mở 5V Cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để đóng ngắt tín hiệu Khi vật cản qua mắt đọc cảm biến làm phản xạ lại tia hồng ngoại vào mắt cảm biến cung cấp tín hiệu vào arduino từ arduino giải mã nhận tín hiệu nhằm điều khiển q trình sau • 4.2.3 Chương trình điều khiển #define SENSOR #define DONGCO #define XILANHA Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B #define XILANHB #define XILANHC void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(SENSOR, INPUT_PULLUP); pinMode(DONGCO, OUTPUT); pinMode(XILANHA, OUTPUT); pinMode(XILANHB, OUTPUT); pinMode(XILANHC, OUTPUT); } void loop() { int X =analogRead(SENSOR); if(X == 0){ digitalWrite(DONGCO,LOW); delay(100); digitalWrite(XILANHA,HIGH); delay(2000); digitalWrite(XILANHA,LOW); digitalWrite(XILANHB,HIGH); Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B delay(2000); digitalWrite(XILANHB,LOW); digitalWrite(XILANHC,HIGH); delay(2000); digitalWrite(XILANHC,LOW); } else { digitalWrite(DONGCO,HIGH); delay(100); digitalWrite(XILANHA,LOW); delay(100); digitalWrite(XILANHB,LOW); delay(100); digitalWrite(XILANHC,LOW); delay(100); } } Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Sơ đồ xilanh Sơ đồ mạch điện 4.3 Lựa chọn động phần tử điều khiển : Lựa chọn động : Với N=0.5 [ kW] Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Từ tính tốn ta thấy công suất động bé, ta chọn động chiều điện áp 24V, tốc độ 100 (vịng/phút), cơng suất 35W có sẵn thị trường TÀI LIỆU THAM KHẢO [I] Phạm Đắp, Trần Xuân Tùy , “Điều khiển tự động lĩnh vực khí ”, NXB Giáo dục Hà Nội ,1998 [II] Trần Xuân Tùy, “Điều khiển tự động thủy lực ”, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội , 2002 [III]Trần Ngọc Hải , Trần Xuân Tùy , “ Điều khiển thủy khí lập trình PLC ” , Trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng , 2010 Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B MỤC LỤC Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B Trần Đỗ Hoàng Long -18C1B Nguyễn Trung Hiếu -18C1B ... tăng lên đáng kể Đặc biệt, du nhập ẩm thực nước vào Việt Nam tạo nên da dạng nhiều dòng bánh như: bánh Âu, bánh Việt, bánh lạnh, bánh kem, bánh nướng, bánh mì… Có thể nói, nghề làm bánh thật đóng... tạp + Khó điều khiển Kết luận : Ta lựa chọn phương án 1: + Kết cấu đơn giản, + Dể dàng điều khiển dùng động với cơng suất khơng lớn + Giá thành phù hợp 2.2.Phương án tạo nguồn lực ép bánh 2.2.1:... để điều khiển tín hiệu Hình 3.7 Arduino Nano Các thông số chủ yếu arduino nano Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V – DC Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 30 Ma Điện áp khuyên dùng