Thiết kế, chế tạo máy đóng bao tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy đóng bao tự động Mã số đề tài: 21/1DSV01 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đức Thành Đơn vị thực hiện: Khoa cơng nghệ Điện Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2021 LỜI CÁM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ts NGÔ THANH QUYỀN, người đã hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu, giải pháp suốt trình chúng em thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể Quý Thầy Cơ trường Đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt Quý Thầy Cô khoa Công Nghệ Điện, những người đã trau dồi vốn kiến thức quý báu của mình cho chúng em thực đề tài, nhờ chúng em có được kiến thức sở chuyên môn, cũng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trình hoàn thành đề tài Tuy đề tài đã hồn thành cũng khơng tránh khỏi được những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được góp ý, phê bình, chỉ dẫn của Quý Thầy Cô bạn Sinh viên thực PHẦN I THÔNG TIN CHUNG I Thông tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy đóng bao tự động 1.2 Mã số: 21/1DSV01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực đề tài Sinh viên Nguyễn Đức Thành Đại học Công NGhiệp HCM Chủ nhiệm đề tài Sinh viên Ngô Minh Sang Đại học Công NGhiệp HCM Thành viên tham gia Sinh Viên Đinh Tuấn Hải Đại học Công NGhiệp HCM Thành viên tham gia Sinh viên Trần Đức Dụ Đại học Công NGhiệp HCM Thành viên tham gia Sinh viên Bùi Văn Phúc Đại học Công NGhiệp HCM Thành viên tham gia 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng năm 2021 đến tháng năm 2022 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm… 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng năm 2021 đến tháng năm 2021 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản lý) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 10 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Đóng bao khâu ći của q trình sản x́t, ảnh hưởng đến hình thức, chắn, an tồn tính thẩm mĩ của sản phẩm Một những giải pháp giúp đảm bảo tính đờng bộ, chắn an tồn của khâu đóng bao sử dụng máy đóng bao tự động Tại Việt Nam, máy đóng bao tự động có thể được ứng dụng rất nhiều lĩnh vực sản xuất cám, gạo, phân bón Chỉ tính riêng hai ngành sản x́t lúa gạo phân bón, theo sớ liệu thớng kê của Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, tổng sản lượng lúa năm 2021 đạt 43.45 triệu tấn Ngoài với nhu cầu tiêu thụ khoảng 11 triệu tấn phân bón hàng năm với 735 sở sản x́t phân bón cả nước nhu cầu sử dụng máy đóng bao tự động vơ lớn Tuy nhiên, nhiều nhà máy xí nghiệp nhất sở sản xuất nhỏ lẻ chưa trang bị hệ thớng đóng bao tự động, khâu đóng bao vẫn chủ yếu được thực thủ cơng dẫn đến giảm sản lượng thành phẩm, suất lao động ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động trực tiếp vận hành khâu đóng bao Đới với Nhà máy Đạm Cà Mau vận hành dây chuyền sản xuất, số lượng công nhân thực cơng đoạn đóng bao khoảng cơng nhân/1 dây chùn công nhân cấp bao cho ca sản xuất Như vậy, tổng số lượng công nhân cần thiết để vận hành công đoạn cho ca sản xuất lên đến 18 người Nếu được trang bị hệ thớng đóng may bao tự động, rõ ràng có thể tiết kiệm được nhân lực thực khâu giúp tăng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm Ngồi ra, sử dụng hệ thớng đóng may bao tự động nhà máy cịn góp phần bảo vệ sức khỏe cho công nhân tránh tiếp xúc trực tiếp với phân bón thường xun Hình Cơng nhân đóng bao thủ cơng nhà máy gạo Vinh Hiển.[3] Một hệ thớng đóng bao tự động đầy đủ thường có phận thực chức cấp bao, định vị, tách bao mở miệng bao, đóng bao, di chủn bao đến vị trí may bao, gập miệng may bao Thông thường máy đóng bao tự động có đầy đủ chức được nhập với giá khoảng 2,000,000,000 VNĐ đến 4,000,000,000 VNĐ (chẳng hạn sản phẩm của công ty Tianjin Newidea Machinery Co., Ltd., Trung Quốc) Ưu điểm của hệ thống nhập vận hành ổn định sử dụng máy móc nhập khẩu, dây chuyền sản xuất của nhà máy thường phải điều chỉnh, xếp lại để phù hợp với yêu cầu vận hành của máy dẫn đến những xáo trộn nhất định q trình sản x́t Ngồi ra, chi phí bảo hành sửa chữa liên quan đến máy móc có cớ thường cao phải chờ đợi chuyên gia từ nước ngoài, hoặc thời gian vận chuyển thiết bị thay Trước thực tế đó, sớ sản phẩm máy đóng bao đã được số doanh nghiệp nước nghiên cứu chế tạo để đáp ứng nhu cầu sản xuất nước Công Ty TNHH Điện Tự Động Thuận Nhật, Hoàng Trường Chi phí cho máy đóng bao tự động của doanh nghiệp nước giao động khoảng 800,000,000 đến 1,000,000,000 VNĐ Hình Sản phẩm đóng bao tự động công ty Thuận Nhật Việc sử dụng máy nội địa q trình sản x́t đã góp phần hạn chế được khó khăn gặp phải trang bị loại máy móc nhập liên quan đến giá thành sửa chữa bảo hành Những hạn chế được khắc phục triệt để trình cơng nghệ, máy móc được phát triển bởi nội lực của cơng ty Trước thực tế đó, nhóm nghiên cứu đề xuất giải pháp “Thiết kế, chế tạo hệ thớng máy đóng bao tự động cho phân bón phục vụ cho Nhà máy Đạm Cà Mau” Mục tiêu Máy đóng bao tự động đóng loại bao có kích thước khác Phương pháp nghiên cứu • Thu thập thơng tin về quy trình cơng nghệ máy đóng bao • Khảo sát thực tế sớ loại máy đóng bao được bán thị trường được sử dụng sớ nhà máy • Phân tích đánh giá trạng sản xuất (khâu đóng bao) nhà máy Đạm Cà Mau nhằm xây dựng quy trình cơng nghệ phù hợp • Thực nghiệm chế tạo máy đóng bao tự động nhằm thực sản phẩm 4 Tổng kết kết nghiên cứu 4.1 Kết làm việc 4.1.1 Bảng vẽ kỹ thuật trạm Hình Bản vẽ khí trạm Hình Bản vẽ khí trạm Hình Bản vẽ khí trạm Hình Mơ hình thiết kế nhìn từ đằng trước Hình Mơ hình thiết kế nhìn từ đằng sau 4.1.2 sơ đồ dấu nối thiết bị 26 27 28 29 4.1.4 Lưu đồ giải thuật Lưu đồ giải thuật điều khiển của hệ thống Module – trạm cấp bao: Start Cảm biến phát bao? Sai Pause hệ thống Sai Cảm biến phát bao? Đúng Đúng Servo đưa bao vào bàn Sai Servo completed? Đúng Cho phép người dùng nhấn RUN (on M) End Hình Lưu đồ thuật toán điều khiển trạm cấp bao 30 Module – trạm chỉnh bao mở miệng bao Start Sai RUN button ? Đúng Servo đến vị trí lấy bao Sai Cảm biến có bao? Đúng Cơ cấu piston, van hút giữ bao hoạt động Đúng Tạo trễ 1s Động đưa bao khâu chỉnh bao Sai Cảm biến có bao? Đúng Động chỉnh bao Piston giữ, động đẩy miệng bao hoạt động Sai Cảm biến có bao? Đúng Cơ cấu piston, van hút mở miệng bao hoạt động Piston tay mở miệng bao Động tay đưa bao vào phễu Cảm biến phễu kẹp miệng bao? Sai Sai STOP button? Đúng End Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển trạm chỉnh bao mở miệng bao 31 Module – trạm cấp phôi Start Động tay completed? Piston kẹp miệng phễu hoạt động Cảm biến piston kẹp miệng phễu Piston mở miệng rót phơi hoạt động Tạo trễ n (s) Đóng piston rót phơi Đóng piston kẹp miệng phễu End Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển trạm cấp phơi 32 ❖ Giải thuật điều khiển chi tiết - Trạm 1: START: Nếu cảm biến có bao thực trạm Nếu cảm biến khơng có bao khơng thực -> Hiện cảnh báo hết bao -> Nếu cảm biến có báo thực đẩy bao vào - Trạm 2: Chu kì 1: Động kéo bao Chi tiết: động từ vị trí bắt đầu đến vị trí chỉ định {100cm} sau hồn thành vị trí ->> chu kì Chu kì 2: Pitton hút bao [3] + Van turi[1] Chi tiết: (Sau động kéo bao hồn thành) -> Pitton hút bao (3) x́ng, x́ng hồn thành -> van turi[1] mở hút bao -> chờ 2s -> Pittong hút bao[3] lên, lên hoành thành -> Động kéo bao về vị trí thả bao, sau hồn thành -> Pittong hút bao[3] x̀ng ->> chu kì Chu kì 3: Van turi[1]+ động chỉnh bao [1&2] Chi tiết: (sau Pittong [3] x́ng hồn thành) -> (tắt Van turi[1]) -> cảm biến (CBTC4) nhận bao -> động chỉnh bao [1&2] {6cm}, hồn thành ->> chu kì Chu kì 4: động chỉnh bao [1&2] Chi tiết: (sau đơi động chỉnh bao hồn thành) -> động chỉnh bao [1&2] về, về hoàn thành ->> chu kì Chu kì 5: Pitton bánh lăn [4] + Động chỉnh bao [3] Chi tiết: (Sau đơi động chỉnh bao [1&2] về hồn thành) -> Pitton bánh lăn [4] x́ng, x́ng hồn thành -> chờ 0.5s -> Động chỉnh bao [3] {22cm}, hồn thành ->> chu kì Chu kì 6: Pitton mở miệng bao [5&6] + Động chỉnh bao [3] + Van turi[2] Chi tiết: (Sau động chỉnh bao [3] hoàn thành) -> Pitton mở miệng bao [5&6] x́ng, x́ng hồn thành -> Động chỉnh bao [3] về -> van turi[2] -> chờ 2s -> Ngắt Pitton mở miệng bao[5] lên, lên hoàn thành -> Động tay vào lấy bao{-15°}, vào hoàn thành 33 ->> chu kì Chu kì 7: Pitton tay [7&8] + Động tay Chi tiết: (Sau động tay vào lấy bao hoàn thành) -> Pitton tay [7&8] banh ra, hoàn thành + (CB Pittong phễu đóng) -> Động tay lên {90°}, lên hồn thành ->> Chu kì trạm -> (CB Pittong kẹp bao kẹp) ->> Chu kì Chu kì 8: Pitton tay [7&8] + Động tay Chi tiết: (Sau kẹp bao hoàn thành) -> Động tay lên {15°}, lên hồn thành ->> Chu kì Chu kì 9: Pitton tay [7&8] + Động tay Chi tiết: (Sau tay lên hoàn thành) ->Pitton tay [7&8] banh -> Động tay xuống {-90°}, x́ng hồn thành ->> Chu kì 10 Chu kì 10: Pitton tay [7&8] Chi tiết: (Sau động tay x́ng hồn thành) -> Pitton tay [7&8] vào, vào hồn thành ->> Chu kì - Trạm 3: Chu kì 1: Pitton kẹp bao ngồi [9] Chi tiết: (Sau động tay lên hoàn thành) -> Pitton kẹp bao [7&8] kẹp vào, kẹp hồn thành ->> (chu kì trạm 2) & Pitton mở phễu [10] mở ra, mở hoàn thành -> chờ 5s (có thể định lượng cách khác) ->> chu kì Chu kì 2: Pitton kẹp bao ngồi [9] + Pitton mở phễu [10] Chi tiết: (Sau mở phễu đầy bao) -> Pitton mở phễu đóng lại & Pitton kẹp bao mở ra, hoàn thành kết thúc chu kì 34 ❖ Các chương trình ứng dụng - Phần mềm GX Work để lập trình CPU Hình Phần mềm GX Work Hình Phần mềm MT Developer2 35 Hình Phần mềm GT Designer 4.2 Mơ hình hồn chỉnh - Sau thi cơng, cân chỉnh, mơ hình hoản chỉnh của đề tài - Mơ hình có bảng điều khiển bao gồm: + Nút RUN: Khởi động hệ thống + Nút STOP: Dừng hệ thống + Đèn báo: RUN, STOP + Màn hình: HMI GOT2000 - Khi mới cấp điện, hệ thống không hoạt động, đèn OFF sáng, HMI có ng̀n - Nhấn nút RUN, khởi động hệ thống, đèn RUN sáng - Nhấn nút STOP, ngắt tồn hệ thớng, đèn STOP sáng 4.3 Kết thực nghiệm Kết quả thực nghiệm cho thấy: - Máy hoạt động ổn định - Hút bao xác, bao di chuyển đúng quy trình - Bao mở đúng độ rộng thiếp lập, không bị tuột bao 36 Đánh giá kết đạt kết luận 5.1 Kết luận Sau khoảng thời gian tìm tòi, nghiên cứu, nỗ lực thực với giúp đỡ của thầy cơ, bạn học, nhóm đã hồn thành đề tài đúng thời hạn Đề tài “Thiết kế hệ thớng máy đóng bao tự động” dù chưa đạt được kì vọng mong đợi có những kết quả khả quan Bên cạnh đó, trình thực đề tài, nhóm đã học được rất nhiều kiến thức bổ ích từ việc thiết kế, thi cơng, chọn thiết bị lập trình phần mềm điều khiển cũng mối liên hệ giữa phần mềm phần cứng với Mặc khác còn nhiều hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm thực tế nên đề tài vẫn cịn những thiếu sót, nên chưa đạt được hiệu quả tới đa Tuy nhiên, điều đờng thời cũng động lực của nhóm để học tập nghiên cứu sâu sau * Nhận xét: - Hệ thống hoạt động tốt, đều đặn, không gặp lỗi vặt - Lập trình PLC dòng iQ-R, truyền thông Ethernet cáp - Thiết kế giao diện HMI * Mặt hạn chế: - Tính thẩm mỹ chưa cao - Chưa hồn tồn khai thác hết tính có hệ thớng cảnh báo cớ Tóm tắt kết (tiếng Việt tiếng Anh) ❖ Kết quả - Điều chỉnh kích thước bao 25-50kg Độ xác cao nhờ sử dụng động servo Nhận diện bao lỗi không mở phễu chưa kẹp đúng miệng bao Tớc độ trung bình sản x́t: 12 bao/ phút, cho suất 720 bao/ giờ Máy làm việc tốt môi trường (20-55 °C) ❖ Result - Adjustment size bag 25-50kg - High accuracy through the use of servo motor - Identify defective bags that not open the hopper when the mouth of the bag is not properly clamped - Average production speed: 12 bags/min, yield 720 bags/hour - The machine works well in the environment (20-55 °C) 37 III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt Mơ hình máy đóng bao tự động Mơ hình có thể điều chỉnh đóng nhiều cỡ bao Đạt được giống theo yêu cầu đăng ký Bản vẽ phần cơ, phần điện chương trình điều khiển Chương trình hoạt động ổn định xác thân thiện với người dùng Bản vẽ chi tiết thành phần của máy phải rõ ràng dễ hiểu Đạt được giống theo yêu cầu đăng ký Bài báo: Xây dựng mơ hình máy đóng bao tự động cho sinh viên ngành điện Tạp chí IUH hoặc hội nghị khoa học trẻ lần năm 2021 Đạt được giống theo yêu cầu đăng ký Eruka năm 2021 Đạt được giống theo yêu cầu đăng ký Đăng kí dự thi Eruka Ghi chú: - Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được chấp nhận có ghi nhận địa chỉ cảm ơn trường ĐH Cơng Nghiệp Tp HCM đã cấp kính phí thực nghiên cứu theo đúng quy định - Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo (đối với ấn phẩm sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang trang ći kèm thơng tin định số hiệu xuất bản) 3.2 Kết đào tạo TT Họ tên Sinh viên Đại học Nguyễn Đức Thành Ngô Minh Sang Đinh Tuấn Hải Trần Đức Dụ Bùi Văn Phúc Thời gian thực đề tài 36 Tháng 36 Tháng 36 Tháng 36 Tháng 36 Tháng Tên đề tài Tên chuyên đề NCS Tên luận văn Cao học Đã bảo vệ Thiết kế, chế tạo máy đóng bao tự động 38 Ghi chú: - Kèm photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể phần cuối báo cáo khoa học) IV Tình hình sử dụng kinh phí Stt 2.1 Nội dung Chỉ tiêu duyệt Quyết toán chi (Theo khoản mục) Chi tiền công (Cộng mục này) - Thù lao chủ nhiệm đề tài: Thiết kế, chế tạo máy Dự toán Chênh lệch Quyết toán 10.000.000 10.000.000 1,862,500 372,500 1,862,500 372,500 đóng bao tự động 2.2 2.3 - Thuê khoán thực đề tài, nghiên cứu chun đề + Hợp đờng th khốn sớ + Hợp đờng th khốn sớ + Hợp đờng th khốn sớ + Hợp đờng th khốn sớ Chi phí chun mơn nghiệp vụ (Cộng mục này) Bộ điều khiển Động AC servo va Driver 50W Nhôm 40x40 Biến tần pha cho động lăn 380W, 0.75KW Tủ điện: 500x600x400, tôn dày li Valve điện từ 5/3 24VDC Giác hút chân không Xi lanh Dây điện Chi phí khác (Cộng mục này) Số kinh phí tạm ứng Số đề nghị toán tiếp (4 = - 3) 1,490,000 372,500 372,500 372,500 372,500 8.137.000 1,000,000 1,000,000 900,000 3,000,000 800,000 250,000 280,000 400,000 507,500 0 10.000.000 1,490,000 372,500 372,500 372,500 372,500 8.137.000 1,000,000 1,000,000 900,000 3,000,000 800,000 250,000 280,000 400,000 507,500 0 10.000.000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 V Kiến nghị (về phát triển kết nghiên cứu đề tài) - Hiện mơ hình hoạt động ổn định, xác cao Tuy nhiên, suất của máy 12 bao/phút vẫn chưa đạt được kì vọng Trong tương lai, nhóm vẫn tiếp tục nghiên cứu phát triển thêm về công nghệ để cải thiện suất cho máy Đồng thời nghiên cứu thiết kế phiên bản mới nhỏ gọn hơn, thẩm mĩ hơn, suất hơn, giá thành rẻ để hướng tới mục tiêu thương mại hóa sản phẩm VI Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng sản phẩm nêu Phần III) - Mô hình máy đóng bao tự động đã được nghiên cứu chủn giao cơng nghệ - Bản vẽ mơ hình về phần cơ, phần điện chương trình điều khiển được bàn giao về đơn vị chủ quản - Bài báo: Xây dựng mơ hình máy đóng bao tự động cho sinh viên ngành điện - Đạt giải ba thi Eruka 2021 được đề cử dự thi cấp Thành phớ với đề tài Máy đóng bao tự động Tp HCM, ngày tháng năm Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT (ĐƠN VỊ) Trưởng (đơn vị) (Họ tên, chữ ký) 39 PHẦN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (báo cáo tổng kết sau nghiệm thu, bao gồm nội dung góp ý hội đồng nghiệm thu) PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM (tất văn có sẵn, chủ nhiệm cần photo đính kèm sau nội dung trên, sử dụng lý hợp đồng với phịng kế tốn Khi lý, báo cáo in thành 03 cuốn, đó, 01 đóng bìa mạ vàng, 02 đóng bìa cứng thường) Hợp đờng thực đề tài nghiên cứu khoa học Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt Quyết định nghiệm thu Hồ sơ nghiệm thu (biên bản họp, phiếu đánh giá, bảng tổng hợp điểm, bản giải trình, phiếu phản biện) Sản phẩm nghiên cứu (bài báo, bản vẽ, mơ hình .) 40