Thiết kế, chế tạo mô hình máy khuấy trộn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ - TRẦN THỊ TUYỀN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY KHUẤY TRỘN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Đại học Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Phú Thọ, 2018 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ - TRẦN THỊ TUYỀN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY KHUẤY TRỘN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Đại học Cơng nghệ kỹ thuật điện, điện tử NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Th.S NGUYỄN VĂN QUYẾT Phú Thọ, 2018 ii LỜI CẢM ƠN Trong sống khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý thầy cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Công nghệ đặc biệt thầy cô môn Điện tử - Trường Đại học Hùng Vương dùng tâm huyết, lòng nhiệt tình với kiến thức có để truyền đạt, bảo cho em kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trường Và đặc biệt, học kỳ Nếu khơng có hướng dẫn, bảo tậm tình thầy báo cáo em khó hồn thiện Bài báo cáo đồ án em thực khoảng thời gian khoảng tháng Bước đầu vào thực tế nghiên cứu em nhận thấy vốn kiến thức thân hạn chế gặp nhiều khó khăn Nhưng nhờ có giúp đỡ, bảo giảng viên hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Văn Quyết nên vấn đề em giải Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc tới Thầy, xin chúc thầy sức khỏe, công tác tốt với thầy cô trường đào tạo sinh viên ưu tú phục vụ cho đất nước Trong trình nghiên cứu, trình viết báo cáo, khó tránh khỏi sai sót, nên em mong nhận quan tâm với bảo, ý kiến đóng góp thầy bạn sinh viên đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Trần Thị Tuyền iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG vi NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN vii PHẦN A MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Ý nghĩa thực tiễn đề tài PHẦN B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan phương pháp khuấy trộn 1.2.Nhiệm vụ, phân loại máy khuấy trộn 1.4.Yêu cầu kỹ thuật máy khuấy trộn 1.5.Các loại máy khuấy CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 13 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 13 2.2 Nội dung nghiên cứu 13 2.3 Phương pháp nghiên cứu 13 2.3.1 Tiến trình thực nghiên cứu 13 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu nội dung 1: 13 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu nội dung 2: 14 2.3.4 Phương pháp nghiên cứu nôi dung 3: 40 2.3.5 Phương pháp nghiên cứu nội dung 4: 45 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC 46 3.1 Kết gia công, chế tạo hệ thống khí mơ hình máy khuấy 46 iv 3.2 Kết thi công, chế tạo hệ thống điều khiển 47 3.3 Lắp đặt chạy thử 48 PHẦN C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 Kết luận 50 Hạn chế, tồn 50 3.Kiến nghị đề xuất giải pháp 50 3.1 Kiến nghị 50 3.2 Đề xuất giải pháp 51 PHẦN D TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thông số cuả Arduino Uno 19 Bảng 3.1 Bảng tiêu đánh giá máy khuấy trộn 49 vii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Văn Quyết PHẦN A MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ thời xa xưa người biết khuấy trộn nguyên liệu để phục vụ cho sinh hoạt phục vụ cho buôn bán, sinh hoạt Nhưng công đoạn khuấy trộn cịn thơ sơ dùng sức người Khi kinh tế phát triển với khoa học kỹ thuật phát triển tất lĩnh vực, ngành sản xuất Việc đòi hỏi cải tiến nâng cấp hệ thống sản xuất ưu tiên hàng đầu Một hệ thống hệ thống khuấy trộn nguyên liệu tự động[1] Hệ thống giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao hiệu Tuy nhiên với điều kiện Việt Nam, chi phí cho hệ thống khuấy trộn nguyên liệu tự động lớn nên áp dụng cho hệ thống có u cầu khuấy trộn phức tạp, cịn lượng lớn doanh nghiệp sử dụng trực tiếp sức lực người để làm việc Ưu điểm vượt trội phương pháp khuấy trộn tự động so với việc khuấy trộn thủ công thời gian khuấy nhanh độ xác cao Cho đến có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ phương pháp khuấy trộn Một số tài liệu công nghệ khuấy trộn: [1] Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình thiết bị khuấy trộn cơng nghệ, Nhà xuất Xây Dựng [2] Nguyễn Quang Minh (2014), Các lọai máy khuấy trộn, < Arduino, http://arduino.cc> [3] Nguyễn Tăng Cường (2016), Máy khuấy trộn nông sản thực phẩm, Mục đích chung cơng trình nghiên cứu tạo sản phẩm ứng dụng nhằm tự động hóa nâng cao suất lao động hiệu sản xuất Arduino bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động thiết bị điện khác Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngơn ngữ lập trình Java lại vơ dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C hệ thống thư viện vô phong phú chia sẻ miễn phí Internet Chính mà Arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ toàn giới[4] Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình, ngồi cịn lợi ích sau:  Làm việc chắn, liên tục, tuổi thọ cao, chịu môi trường khắc nghiệt  Có thể làm việc nhiều điều kiện khác  Sử dụng đơn giản, giá thành rẻ[4] Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa phân xưởng, nhà kho khu vực điều hành quản lý tiếp tục nâng cao với kiến thức học trường, Emđã nghiên cứu thực đề tài “ Thiết kế, chế tạo mơ hình máy khuấy trộn ” Đây phần nhỏ quy trình sản xuất, em mong với đề tài em củng cố kiến thức học trường ứng dụng phần nhỏ sản xuất Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế, chế tạo thành công mơ hình máy khuấy trộn Ý nghĩa khoa học đề tài - Tìm hiểu cơng nghệ khấy trộn công nghiệp: cấu tạo, nguyên lý làm việc hệ thống khuấy trộn - Tìm hiểu cách lắp đặt, kết nối, lập trình hệ thống khuấy trộn 41 biến cấp nguồn tín hiệu cho khối chức hay module rơ le qua chân từ 1-13 đến chân module rơ le EN1 EN2 EN3 EN4 cấp nguồn nuôi 5v qa chân VSS- VSS+ Khối cảm biến sau cấp nguồn có chức cấp tín hiệu arduino để điều khiển khối trung gian Khối trung gian module Relay cấp nguồn trực tiếp nhận tín hiệu từ khối điều khiển để điều khiển động bơm, động khuấy van điện từ Khối thực thi động bơm, động khuấy van điện từ chịu trách nhiệm thực thi theo lệnh mà khối arduino đưa  Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối với arduino Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối với arduino 42 a Phương pháp thi cơng hệ thống khí: Hệ thống khí thi cơng dựa theo vẽ nguyên lý, thiết kế cách sử dụng công cụ, máy móc chuyên dụng, vật liệu chọn làm mơ hình kính, gỗ Các loại vật liệu sử dụng gồm: -Kính mm: Sử dụng làm bể khuấy cho mơ hình - Silicon để dán kính - Gỗ dùng làm giá đỡ điều khiển Các loại máy móc, thiết bị sử dụng để chế tạo mơ hình máy khuấy: - Máy cắt kính: Để cắt kính - Máy cưa bàn cắt gỗ: Để cắtgỗ Hình 2.23.Máy cưa bàn cắt gỗ - Máy khoan: Được sử dụng để khoan kính,gỗ - Máy mài:Dùng để mài nhẵn chi tiết bề mặt vậtliệu - Máy cưa lọng cắt gỗ: Dùng để đục lỗ rỗng tấmgỗ 43 - Máy cưa đĩa cắt gỗ: Được dùng để cắtgỗ Hình 2.24.Máy cưa đĩa cắt gỗ máy khoan b Phươngphápthicônghệthốngđiềukhiển Phần cứng thi công dựa theo vẽ nguyên lý, thiết kế cách sử dụng cơng cụ, máy móc chuyên dụng, thiết bị điều khiển, thiết bị phản hồi đấu nối, lắp ghép với vật liệu dẫn điện, cách điện cố định theo sơ đồ nguyên lý, thiết kế Các loại vật liệu, vật tư bao gồm: - Kính: Được dùng làm bể khuấy - Silicon : Được dùng để gắn mảnh kính tạo thành bể khuấy - Gỗ: Được dùng làm giá đỡ điềukhiển - Dây điện: Dùng để dẫn điện, dẫn tínhiệu - Phích cắm điện đực cái: Dùng để lắp ghép, dẫn điện thiết bịđiện - Băng dính đen: Dùng để quấn mối nối dâyđiện - Dây thít, ốc, vít: Dùng để cố định dây điện, thiết bịđiện Các dụng cụ, máy móc sử dụng bao gồm: - Máy khoan: Dùng để khoan tủ điều khiển tủđiện - Các dụng cụ khác như: Dao, kéo, kìm, tuốc nơ vít dùng để cắt, vặn 44 chi tiết, ốc,vít Hình 2.25.Một số dụng cụ dùng lắp ghép tủ điện  Phương pháp thi công phần mềm hệ thống điều khiển: Phần mềm hệ thống điều khiển lập trình dựa theo lưu đồ thuật tốn xây dựng với mục đích đáp ứng yêu cầu công nghệ đặtra  Yêu cầu công nghệ vận hành mơ hình: Q trình khuấy bắt đầu cắm điện, bắt đầu cắm điện cảm biến siêu âm kiểm tra mức nước bể khuấy ( h >= 53cm) sai mở van xả, cho bơm bơm chạy Cảm biến siêu âm kiểm tra mức nước bể khuấy ( h = 55 cm) sai tiếp tục xả van, đóng van xả kết thúc q trình khuấy  Xác định cơng cụ, phương tiện cho việc lập trình phần mềm: - Sử dụng chương trình Arduino IDE để lập trình phần mềm hệthống - Sử dụng máy tính có cài đặt chương trình Arduino IDE làm phương tiện giao tiếp người lập trình chương trình Arduino IDE 45 Hình 2.26 Máy tính có cài đặt Arduino IDE 2.3.5 Phương pháp nghiên cứu nội dung 4: Hoàn thiện, chạy thử đánh giá ổn định hệ thống: - Lắp ghép phận, hệ thống thi công riêng lẻ thành hệ thống hoàn chỉnh - Kiểm tra lại phần cứng chỗ đấu nối, hệ thống cấp nguồn cho xác, an tồn - Kiểm tra lại phần mềm điều khiển chương trình lập trình - Cho mơ hình khuấy hoạt động nhiều lần, để kiểm tra ổn định cảm biến, động 46 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC 3.1 Kết gia cơng, chế tạo hệ thống khí mơ hình máy khuấy Để đảm bảo tính thẩm mỹ, tránh rị rỉ nước mơ hình bể chứa, em thi cơng thiết kế mơ hình bể chứa làm từ kính có chất lượng cao, mơ hình gồm bể ghép liền với Bể bể gắn máy bơm động 12V-5A, có chức bơm nước từ đáy bể lên bể Bể gắn ống có chứa cảm biến siêu âm HCR04 có chức cảnh báo nước đạt đến yêu cầu công nghệ đặt ra, động khuấy có chức khuấy trộn hai chất lỏng với Hình 3.1 Cơ khí bể khuấy Giá đỡ điều khiển thiết kế có dạng hình vng, chất liệu làm gỗ, có kích thước 25x25x1,3 cm Bên có khoan lỗ để đặt động khuấy cảm biến siêu âm 47 Hình 3.2 Gá đỡ điều khiển 3.2 Kết thi công, chế tạo hệ thống điều khiển + Kết thi cơng, chế tạo phần cứng Hình 3.3 Bộ điều khiển + Kết chế tạo phần mềm sử dụng phần mềm Arduino IDE Chương trình điều khiển máy khuấy trình bày phần mục lục 48 Hình 3.4 Kết phần mềm 3.3 Lắp đặt chạy thử Để nạp chương trình tiến hành chạy thử em sử dụng kết nối trực tiếp vào chân USB máy tính nạp chương trình vào Arduino Ảnh hồn thiện mơ hình Khi hồn thành đầy đủ khối phần điều khiển khí em bắt đầu tiến hành ghép nối chạy thử Hình 3.5 Mơ hình hồn thiện 49 Hệ thống phần cứng phần mềm sau hoàn chỉnh tiến hành cho chạy thử, kiểm nghiệm cho thấy mơ hình tực tế “Máy khuấy trộn” hoạt động xác theo u cầu cơng nghệ đặt  Sử dụng nguyên liệu khuấy trộn hai chất lỏng có màu xanh lam màu xanh lục để tạo màu xanh lơ Yêu cầu: Lượng màu bơm bơm vào bể khuấy: 30cm Lượng màu ra: 25cm Thời gian khuấy: phút Bảng 3.1 Bảng tiêu đánh giá máy khuấy trộn Số lần thử Lượng Lượng Thời gian Sai số(%) màu màu khuấy (cm) ( cm) ( s) 30 25 120 Ghi Sai số nhỏ 28 23 125 0,2 29 23 120 0.3 30 25 120 Sai số nhỏ 26 21 110 0,4 Sai số lớn 50 PHẦN C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ trình bắt đầu nghiên cứu, thiết kế, thi công đến giai đoạn chạy thử, kiểm nghiệm hồn thiện hệ thống mơ hình máy khuấy trộn, khóa luận thành cơng việc hoàn thành mục tiêu nghiên cứu rút số kết luận sau: - Đã thành công việc thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống khí sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp điện điều khiển cho mơ hình máy khuấy trộn - Chế tạo thành công phận khí phận điều khiển mơ hình máy khuấy trộn phần cứng lẫn phầnmềm - Lắp ráp, kết nối phận tạo thành mô hình máy khuấy trộn hồnchỉnh Mơ hình máy khuấy trộn hoạt động theo yêu cầu công nghệ đặt Đề tài bổ sung cung cấp thêm lựa chọn việc thiết kế, sử dụng thiết bị điều khiển Arduino cho hệ thống điều khiển tự động, cụ thể việc thiết kế, chế tạo mơ hình máy khuấy trộn Việc sử dụng điều khiển Arduino làm giảm giá thành chế tạo mơ hình Hạn chế, tồn Hệ thống khuấy trộn sau hồn thành bên cạnh ưu điểm, hiệu kiểm nghiệm tồn số hạn chế nhưsau: - Độ bền bể khuấy chưa cao sử dụng kính - Thời gian xả van hệ thống lớn 3.Kiến nghị đề xuất giải pháp 3.1 Kiến nghị Do khả tài cịn hạn hẹp nên nhiều phận, thiết bị tạo thành hệ thống cho chất lượng chưa cao Kính mong lãnh đạo khoa Kỹ Thuật Cơng Nghệ có phương án hỗ trợ mặt kinh phí, giúp cho đề tài có thêm lực tài để giải mặt hạn chế tồn 51 3.2 Đề xuất giải pháp - Để khắc phục độ bền bể khuấy cần sử dụng nhựa suốt làm bể khuấy, nhựa có độ bền cao - Sử dụng van xả có lưu lượng chảy lớn để giảm thời gian xả 52 PHẦN D TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình thiết bị khuấy trộn công nghệ, Nhà xuất Xây Dựng [2] Nguyễn Tăng Cường (2016), Máy khuấy trộn nông sản thực phẩm, [3] Nguyễn Quang Minh (2014), Các lọai máy khuấy trộn, [4] Arduino, http://arduino.cc 53 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển mơ hình máy khuấy // KET NOI CHAN const int trig = 2; // chân trig HC-SR04 const int echo = 3; // chân echo HC-SR04 const int bom1, bơm = 4; // chân rơle bơm 1,2 const int khuay = 8; // chân đieu khien bom khuay const int van = 10; // chân đieu khien van dien tu // KHAI BAO CHAN ARDUINO void setup() { Serial.begin(9600); // giao tiếp Serial với baudrate 9600 pinMode(trig, OUTPUT); // Chan Trig cua cb sieu am pinMode(echo, INPUT); // Chan Echo cua cb sieu am pinMode(bom12, OUTPUT); pinMode(khuay, OUTPUT); pinMode(van, OUTPUT); // Chan dieu khien relay bom 1,2 // Chan dieu khien quay khuay // Chan dieu khien dong mo van relay pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // Chan den bao loi } // CHUONG TRINH CHINH void loop() { /* Gan bien gia tri*/ unsigned long thoigianfx; // bien thoi gian phat xung int dosau; // bien luu khoang cach /* In kết Serial Monitor */ Serial.print(dosau); Serial.println("cm"); 54 delay(200); /* Phát xung từ chân trig */ digitalWrite(trig,0); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig,0); /* Tính tốn thời gian */ // Đo độ rộng xung HIGH chân echo thoigianfx = pulseIn(echo,HIGH); // Tính khoảng cách đến vật dosau = int(thoigianfx /2/29.412); /* Dieu khien qua trinh bom nguyen lieu*/ if (dosau 10 ) { digitalWrite (8,HIGH); digitalWrite (4,LOW); digitalWrite (6,LOW); digitalWrite (10,LOW); 55 delay (20000); digitalWrite (8,LOW); digitalWrite (4,LOW); digitalWrite (6,LOW); digitalWrite (10,HIGH); digitalWrite (8,LOW); digitalWrite (4,LOW); digitalWrite (6,LOW); } ... dung 1: Cơ sở thiết kế mơ hình trình khuấy trộn Nội dung 2: Thiết kế mơ hình máy khuấy trộn Nội dung 3: Chế tạo mơ hình máy khuấy trộn Nôi dung 4: Chạy thử đánh giá kết hoạt động mơ hình 2.3 Phương... khuấy a Khuấytrộnbằngcơkhí Các cánh khuấy có hình dạng khác nhau, lắp đặt máy Khi máy hoạt động cánh khuấy tạo xáo trộn dòng chất lỏng Cánh khuấy thường sử dụng bể khuấy trộn phương tiện để trộn. .. kiểu hành tinh + Máy trộn kiểu cánh gạt - Máy trộn thùng quay: + Máy trộn kiểu trống + Máy trộn kiểu côn - Máy trộn - định mức phối hợp Phân loại theo cách bố trí phận trộn: - Máy trộn kiểu vít