Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót, đóng nắp chai tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG GVHD: ThS NGUYỄN LÊ TƯỜNG SVTH: NGUYỄN TRẦN TOÀN PHÚ ĐÀO TẤN SANG S K L 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG SVTH: NGUYỄN TRẦN TOÀN PHÚ MSSV: 18146189 SVTH: ĐÀO TẤN SANG MSSV: 18146202 Ngành: CÔNG NGHỆ KT CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ThS NGUYỄN LÊ TƯỜNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Lê Tường ĐT: Họ tên sinh viên: Nguyễn Trần Toàn Phú MSSV: 18146189 ĐT: 0353632272 Đào Tấn Sang MSSV: 18146202 ĐT: 0968218171 Ngày nhận đề tài: Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Các tài liệu ban đầu: - Các phương pháp chiết rót, đóng nắp thực tế - Tham khảo ứng dụng dùng để điều khiển thực tế - Tham khảo hệ thống chiết rót, đóng nắp sử dụng thực Các nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu hệ thống phương pháp chiết rót, đóng nắp dựa vào độ xác lượng nước chiết rót, độ khít nắp chai, cấu đóng nắp - Lựa chọn phương pháp chiết rót, đóng nắp phù hợp - Thiết kế hệ thống giám sát quy trình chiết rót, đóng nắp chai - Mơ lại hệ thống thiết bị phần cứng, mơ hình Sản phẩm Mơ hình, mơ trạng thái hệ thống để giám sát điều khiển chiết rót, đóng nắp chai… Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt █ v Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt █ TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót, đóng nắp chai tự động - GVHD: ThS Nguyễn Lê Tường - SVTH: Đào Tấn Sang MSSV: 18146202 ĐT: 0968218171 Nguyễn Trần Toàn Phú MSSV: 18146189 ĐT: 0353632272 - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 07 năm 2023 Ký tên ii LỜI CẢM ƠN Lời nói đầu tiên, nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo – ThS Nguyễn Lê Tường giảng viên trực tiếp hướng dẫn thực đề Trong suốt trình thực đề tài dày cơng vất vả ln nhiệt tình giảng dạy học hay, để ngày hôm chúng em có sở lý thuyết thêm phần hiểu biết để hoàn thành báo cáo Và xin cảm ơn bạn đồng hành chung đề tài đồ án nhóm, cảm ơn bạn tin tưởng giúp đỡ lẫn nhau, cảm ơn bạn cố gắng để nhóm hồn thành báo cáo cách hồn thiện Bên cạnh đó, nhóm sinh viên thực đề tài xin gửi lời cảm ơn đến tác giả sách, báo, tạp chí khoa học giúp nhóm có nguồn tài liệu tham khảo quý báu Một lời cảm ơn, lời chúc chân thành Em xin gửi tới quý Thầy Cô bạn, xin chúc người ln bình an, vui vẻ, hạnh phúc thành công đường nghiệp phía trước Cuối cùng, với khối lượng kiến thức nhiều rộng, khả hiểu biết cịn giới hạn Vì vậy, q trình thực đồ án, tránh khỏi khiếm khuyết Em mong Cơ thơng cảm cho nhóm chúng em Xin chân thành cảm ơn! iii TÓM TẮT ĐỂ TÀI Trong đề tài “Thiết kế Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động” thiết kế quy trình với thông số hệ thống nhằm giúp người dùng dễ quan sát Đến với đề tài này, nhóm chúng em đưa phương pháp điều khiển tối ưu cho người vận hành Từ tạo môi trường để người vận hành dễ dàng tương tác với hệ thống chiết rót chất lỏng Đề tài phát triển theo hướng ứng dụng giúp ta quản lí hệ thống chiết rót cách hợp lí nhất, dễ dàng mở rộng phát triển với dạng chất lỏng khác có quy mơ lớn với đặc tính sau: - Cung cấp giao diện cho người dùng người vận hành để theo dõi cụ thể - Thu thập liệu hệ thống liệu Database - Hệ thống giúp người dùng thuận tiện trình giám sát hệ thống so với phương pháp chiết rót trực tiếp chất lỏng vào chai đóng nắp ABSTRACT In the topic "Designing an automatic bottle filling and capping system" are the process designs with the system's parameters to make it easier for users to observe Coming to this topic, our group will first give the optimal control method for the operator Thereby creating an environment for the operator to easily interact with the liquid filling system The application-oriented development helps us to manage the filling system in the most reasonable way, easily expands and develops with other large-scale liquids with the following characteristics: - Provide user and operator interface for specific monitoring - Collect system data on Database data - This system will help users more conveniently in the process of monitoring the system compared to the method of directly filling the liquid into the bottle and capping iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỂ TÀI iv ABSTRACT iv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Cơ cấu chiết rót hệ thống 2.2.1 Kiểu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ 2.2.2 Kiểu dây chuyền vận hành liên tục 2.3 Cơ cấu định lượng chất lỏng hệ thống 10 2.3.1 Định lượng chiều cao chất lỏng 10 2.3.2 Định lượng Timer 11 2.3.3 Định lượng bơm định lượng piston 11 2.4 Cơ cấu xoay cho mâm quay 12 2.4.1 Cơ cấu Man 12 2.4.2 Cơ cấu truyền động dùng động encoder gắn puly dây đai 13 2.4.3 Cơ cấu sử dụng hộp giảm tốc cho động bước 14 2.5 Chỉ số đánh giá 15 2.5.1 Kiểm tra nút chai 15 2.5.2 Độ khít nắp chai 15 2.5.3 Độ xác thể tích chai 16 2.6 Tiêu chuẩn an toàn 16 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 18 3.1 Yêu cầu thiết kế 18 3.2 Quy trình hệ thống 18 3.3 Mâm xoay 19 3.4 Cơ cấu bơm nước 23 3.5 Cơ cấu cấp nắp tự động 24 3.6 Cơ cấu đóng vặn nắp chai 26 3.7 Cơ cấu gắp chai 29 3.8 Băng tải 31 3.9 Tổng thể hệ thống chiết rót đóng nắp chai 34 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN HỆ THỐNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 35 4.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống 35 4.2 Khối tín hiệu 35 4.2.1 Cảm biến chất lỏng 35 4.2.2 Cảm biến hồng ngoại 36 4.3 Khối liệu 37 4.4 Thiết kế kết nối phần điện mơ hình 38 4.4.1 Kết nối thành phần 38 4.4.2 Thiết kế HMI 40 4.5 Quy trình điều khiển 45 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, THỰC NGHIỆM, NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 46 5.1 Kết 46 5.2 Thực nghiệm kiểm tra mực nước chiết rót 49 5.3 Thực nghiệm kiểm tra nút chai 55 5.4 Thực nghiệm kiểm tra độ khít nắp chai 63 5.5 Nhận xét đánh giá 64 CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65 6.1 Tổng kết 65 6.2 Hướng phát triển đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Biểu đồ thống kê sản lượng nước uống đóng chai sản xuất Việt Nam………… Hình 1.2: Máy chiết rót bơm bánh răng…………………………………………………3 Hình 1.3: Máy chiết rót bơm trục vít……………………………………………………4 Hình 1.4: Máy chiết rót kiểu đối lưu………………………………………………………….5 Hình 2.1: Mơ hình chiết rót theo cấu dây chuyền hoạt động theo chu kỳ…………………8 Hình 2.2: Mơ hình chiết rót theo cấu dây chuyền liên tục………………………………….9 Hình 2.3: Phương pháp định lượng chiều cao chất lỏng……………………………….10 Hình 2.4: Timer minh họa………………………………………………………………… 11 Hình 2.5: Phương pháp định lượng bơm định lượng piston……………………………12 Hình 2.6: Cơ cấu man……………………………………………………………………….12 Hình 2.7: Cơ cấu truyền động dùng động encoder gắn puly dây đai………………13 Hình 2.8: Sử dụng hộp giảm tốc cho động bước………………………………………….14 Hình 2.9: Cảm biến màu Adafruit_TCS34725………………………………………………15 Hình 2.10: Độ khít nắp chai…………………………………………………… 15 Hình 2.11: Độ xác thể tích chai…………………………………… 16 Hình 3.1: Leadshine 57HS22-A………………………………………………… 23 Hình 3.2: Động bơm nước DC 385…………………………………………… 24 Hình 3.3: Cấu tạo cấu cấp nắp………………………………………………… .25 Hình 3.4: Kích thước gạt nắp chai…………………………………………………….26 Hình 3.5: Cấu tạo cấu vặn nắp chai………………………………………………………27 Hình 3.6: Cấu tạo đầu vặn nắp chai…………………………………………………………28 Hình 3.7: Động giảm tốc HN-GH12-1632……………………………………………….28 Hình 3.8: Xi lanh đơi TN16X40 – S……………………………………………… .29 Hình 3.9: Cấu tạo cấu gắp chai………………………………………………………… 30 Hình 3.10: Xylanh đơn MAL16X50……………………………………………………… 30 Hình 3.11: Băng tải PVC………………………………………………………… 32 Hình 3.12: Động GB37-3530…………………………………………………………….34 Hình 3.13: Hệ thống khí sau hoàn thiện thiết kế…………………………………… 34 49.5 15 8.5 15 180 11 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 49.5 INOX-304 Trang: TL: GAP_CHAI-01-01 1:2 113.75 180 196 107 29 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 30 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 42 200 180 INOX-304 1:3 Trang: 10 TL: GAP_CHAI-01-01 113.75 70 57 R2.5 x2 41.1 +0.08 37 - 0.10 78 ±0.30 39 +0.10 61.6 - 0.12 +0.08 35.5 - 0.10 +0.08 37 - 0.10 R2.5 x2 29 78 ±0.30 +0.08 50 - 0.10 +0.30 119.1 - 0.30 Đào Tấn Sang 57.5 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 89.5 ±0.02 +0.08 50 - 0.10 16.25 INOX-304 22 1:2 Trang: 11 TL: GAP_CHAI-01-01 +0.06 20 - 0.08 89.5 ±0.02 195.2 ±0.1 DOWN 90° R 2.5 DOWN 90° R 2.5 127.8 ±0.3 UP 90° R 2.5 89.5 ±0.20 16.25 42 16.25 131.17 DOWN 90° R 2.5 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ INOX-304 1:2 Trang: 12 TL: GAP_CHAI-01-01 R2 R2 13 40 36 30 40 30 25 10 190 40 36 Đào Tấn Sang 40 36 20 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 4 34 14 90 280 280 Alloy Steel Trang: TL: CAP_NAP02-01-01 13 1:5 A 12 50 50 37 32 R2 A R3 18 R10 R3 10 Đào Tấn Sang 18 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 2 100° ABS Trang: TL: CAP_NAP02-03-01 A-A 50 130° R2 14 1:2 12 A 12 R3 55 55 46 15 30 22 120° A R3 R10 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 55 34 13.15 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 90° 12 22 A-A 15 120° ABS Trang: TL: CAP_NAP02_02-01 150° 15 1:2 2X 35 52 70 88 88 53 43.5 47 11.5 55 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 55 42.5 27.5 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 53 2X 33 12.5 Alloy Steel Trang: TL: GAP_CHAI-04-01 16 1:2 20 210 108.5 46.5 2X R1 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 300 40 Alloy Steel Trang: TL: TAM_DE_CHAI-01-01 12 13 40 17 1:5 125 125 62.5 10 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 35 50 50 35 Alloy Steel Trang: TL: DE_DAY_CHAI-02-01 18 1:2 15 +0.06 30 - 0.08 30 20 15 2X M3 +0.12 60.25 - 0.15 50 Đào Tấn Sang 20 15 30/7/2023 25/7/2023 +0.06 35 - 0.08 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ 50 ABS Trang: TL: CHAN_BANG_TAI-04-01 19 1:2 R2 3.34 11 1.7 11 A 30 4.25 1.7 135° 3.34 3.38 A 3.38 4.25 4.2 6.8 30 30/7/2023 25/7/2023 1060 Alloy 1060 Alloy Vật liệu Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Đào Tấn Sang 2 Người vẽ SL STT 1060 Alloy Trang: TL: 760 20 1:2 Tổng chiều dài KHUNG_BT-01-01 40 340 Chiều dài R2 3.34 11 1.7 11 A 30 4.25 1.7 135° 3.34 3.38 A 3.38 4.25 4.2 6.8 30 Đào Tấn Sang 2 SL 30/7/2023 25/7/2023 1060 Alloy 1060 Alloy Vật Liệu Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ STT 760 1060 Alloy Trang: 21 TL: 1:2 Tổng chiểu dài KHUNG_BT-01-01 40 340 Chiều dài +0.04 - 0.05 13 R15 74 25 10 15 2X M3 Đào Tấn Sang 30/7/2023 25/7/2023 Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP HCM Kiểm tra Người vẽ +0.03 - 0.04 89 ±0.20 +0.06 30 - 0.08 ABS Trang: TL: 22 1:1 GIA_DO_BANG_TAI-03-02 S K L 0