Thiết kế, chế tạo máy cắt rãnh sọ dừa

Đề tài “Máy cắt rãnh sọ dừa” sử dụng hệ truyền động PLC – biến tần – động cơ không đồng bộ ba pha điều khiển tốc độ động cơ cắt, màn hình cảm ứng HMI cho phép cài đặt thông số điều khiển

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

- Việt Nam và nhiều nước trên thế giới đang đang có nền kinh tế đang phát triển và phát triển nên nền công nghệ 4.0 có tác động sâu sắc đến nền kinh tế của các quốc gia này Đặt biệt là sự tăng trưởng kinh tế, công nghệ 4.0 mang lại tiềm năng tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ thông qua sự tự động hóa, tăng năng suất và cải thiện hiệu quả sản xuất Qua việc sử dụng các công nghệ như tự động hóa quy trình, robot hợp tác và trí tuệ nhân tạo, các quốc gia đang phát triển có thể nâng cao năng lực cạnh tranh và gia tăng sản lượng kinh tế Và vì công nghệ tự động hóa ảnh hưởng mạnh đến nền kinh tế nên nhu cầu sử dụng các sản phẩm công nghiệp của người tiêu dùng là rất cao

- Dựa trên những nhu cầu đó máy đã được tạo ra với mục đích là tăng năng suất sản xuất quả dừa được xử lí sẵn để đem đến với người tiêu dùng trong và ngoài nước 1 sản phẩm được xử lí gọn, sạch đẹp, tinh tế và có tiềm năng kinh tế Nên tính ứng dụng của nó với các nhà doanh nghiệp sản xuất quả dừa là khá cao so với 1 thị trường đang hướng đến các sản phẩm công nghiệp hơn là thủ công “Hình 1.1” là hình ảnh về gáo dừa

- Mặt khác máy rủi ro tai nạn lao động, an toàn và tiện lợi hơn Máy cắt rãnh sọ quả dừa được thiết kế để đảm bảo an toàn cho người sử dụng Chúng thường đi kèm với các biện pháp an toàn như cảm biến và hệ thống tự động tắt khi gặp sự cố Đồng thời việc sử dụng máy cắt rãnh sọ quả dừa có thể giảm nguy cơ chấn thương cho người sử dụng Máy có thể được thiết kế để thực hiện cắt một cách nhẹ nhàng và chính xác, giảm nguy cơ hư hỏng hoặc vỡ sọ và làm giảm nguy cơ chấn thương do cắt tay Máy cắt rãnh sọ quả dừa tự động được lập trình để thực hiện quá trình cắt rãnh sọ một cách chính xác và nhất quán Điều này giúp tiết kiệm thời gian và công sức so với việc cắt thủ công Ngoài ra, tính tự động cũng đảm bảo độ chính xác và hiệu suất cao trong quá trình xử lý sọ quả dừa

- Tiết kiệm thời gian và công sức quá trình thực hiện công việc cắt sọ tự động, giảm đáng kể thời gian và công sức so với việc thủ công Thay vì phải cắt sọ một cách thủ công bằng công cụ tay, máy cắt sọ dừa có thể thực hiện công việc nhanh chóng và hiệu quả

- Giảm tỷ lệ hư hỏng so với phương pháp cắt thủ công Máy có thể thực hiện cắt sọ một cách chính xác và nhẹ nhàng, giảm nguy cơ gây hư hỏng hoặc vỡ sọ

Tăng hiệu suất và năng suất khi xử lý một lượng lớn sọ trong một thời gian ngắn, đảm bảo tăng hiệu suất và năng suất của quy trình sản xuất Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi số lượng lớn sọ quả dừa như sản xuất xơ dừa hoặc vật liệu xây dựng.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu vật liệu: Máy cắt rãnh sọ quả dừa giúp cung cấp mẫu sọ dừa chuẩn để nghiên cứu và phân tích các tính chất vật liệu Các nhà khoa học có thể sử dụng các mẫu sọ cắt từ máy để tiến hành các thí nghiệm về cấu trúc, độ bền, tính chất cơ học và hóa học của vật liệu sọ dừa Điều này cung cấp thông tin quan trọng để phát triển và cải tiến các ứng dụng của vật liệu này trong các ngành công nghiệp khác nhau

- Ý nghĩa về lĩnh vực cơ học: phân tích nghiên cứu về lực tác động, ảnh hưởng của tốc độ của lưỡi cưa lên sọ dừa, sức bền và lực ma sát phải chịu của lưỡi cưa, tốc độ quay của step 42 (vit-met) ảnh hưởng đến độ rung của máy

- Ý nghĩa về lĩnh vực điện tử: Đấu nối, đi dây các linh kiện điện tử nắm được kiến thức điện áp, dòng điện định mức của các linh kiện điện, xung được phát ra từ các step thông qua bộ driver step qua đó có thể tỉ lệ giữa xung và khoảng cách thực

- Ý nghĩa về lĩnh vực điều khiển tự động: Quét biên dạng bề mặt quả dừa dựa trên phương pháp lưu nhiều điểm trên bề mặt quả dừa thông qua cảm biến khoảng cách, cảm biến sẽ lưu khoảng cách tới từng điểm trên bề mặt quả dừa sau đó dùng hàm tỉ lệ khoảng cách và xung để chuyển khoảng cách đo được thành xung và lưu vào trong bộ nhớ PLC, sử dụng biến tần để điều khiển động cơ 3 pha và có thể điều chỉnh thông số tùy ý bằng HMI 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Sản xuất công nghiệp: Máy cắt sọ quả dừa được sử dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất công nghiệp liên quan đến sọ dừa Các nhà sản xuất xơ dừa có thể sử dụng máy để cắt sọ dừa thành các mẫu vật liệu sợi dừa đồng nhất và chính xác Điều này đảm bảo chất lượng và độ đồng đều của sản phẩm xơ dừa cuối cùng Ngoài ra, máy cắt sọ cũng có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp xây dựng để tạo ra các tấm ván, gỗ dừa hoặc vật liệu xây dựng khác từ sọ dừa

- Tái chế và sử dụng bền vững: Máy cắt sọ quả dừa cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các sản phẩm tái chế và sử dụng bền vững Với sọ dừa đã qua xử lý, máy có thể cắt thành các mẫu sọ nhỏ để tạo ra các sản phẩm như đồ trang trí, đồ nội thất và đồ trang sức Việc sử dụng sọ dừa tái chế giúp giảm lượng chất thải và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên, đồng thời góp phần vào phát triển bền vững và giảm thiểu tác động môi trường

- Tăng năng suất: Máy móc thường có khả năng thực hiện công việc nhanh hơn, hiệu quả hơn và ít lỗi hơn so với lao động con người Điều này giúp tăng năng suất sản xuất và cải thiện hiệu quả công việc

- Tiết kiệm thời gian và nhân lực: Máy móc có thể thực hiện công việc một cách tự động hoặc bán tự động, giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động con người và giảm thời gian thực hiện công việc Điều này giúp giảm bớt công việc vật lý và tăng khả năng tập trung vào các công việc khác quan trọng hơn

- Cải thiện chất lượng: Máy móc thường có độ chính xác và độ tin cậy cao, giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm hoặc dịch vụ tốt hơn Chúng có khả năng lặp lại các quy trình sản xuất và kiểm soát các tham số quan trọng, từ đó giảm thiểu sai sót và lỗi nhân tạo

- Giảm tác động môi trường: Máy móc hiện đại thường được thiết kế để tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, từ đó giảm tác động đến môi trường Chúng cũng có thể giúp xử lý và tái chế các chất thải và khí thải, đóng góp vào bảo vệ môi trường tự nhiên

- Khả năng mở rộng và linh hoạt: Máy móc thường có khả năng mở rộng và linh hoạt, cho phép thay đổi quy trình sản xuất và thích ứng với nhucầu thị trường nhanh chóng Điều này giúp doanh nghiệp và tổ chức có thể tăng cường sự linh hoạt và khả năng cạnh tranh.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Thiết kế và mô phỏng 3D

- Xuất tập bản vẽ chi tiết 2D

- Nắm rõ kiến thức tính toán chọn linh kiện

- Lập trình, thiết kế giao diện điều khiển HMI đơn giản, hiệu quả

- Nghiên cứu thành phẩm được tạo ra từ các loại máy cắt rãnh sọ dừa hiện có trên thị trường

- Thiết kế, chế tạo được máy có các chức năng cơ bản và đáp ứng được yêu cầu đã đề ra từ đầu

- Phân tích, xử lí dữ liệu thu thập được từ các linh kiện điện tử, cơ khí trên thị trường phù hợp cho việc nghiên cứu, thiết kế mô hình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Các loại dừa ở Việt Nam, đặc biệt là các loại dừa có tiềm năng xuất khẩu cao như dừa xiêm, loài dừa này cho ra sản lượng năng suất cao và cũng như là sự ưa chuộng của thị trường tiêu thụ rất lớn vì vị ngon ngọt

- Nhu cầu của thị trường về việc thưởng thức cơm dừa ở bên trong từ đó nhắm đến đối tượng cần nghiên cứu, giải quyết chính là cắt rãnh sọ dừa để dễ dàng tách hai để người tiêu dùng có thể thưởng thức được cơm dừa ở bên trong

- Các chi tiết, linh kiện và các bộ truyền động cơ khí có trên thị trường hộ trợ cho việc xây dựng phần cơ khí của máy và các thiết bị điện, công nghệ hỗ trợ trong việc điều khiển tự động hóa để xây dựng phần điện tử của máy và để có tính công nghiệp hóa cao thì cần phải có phần vận hành máy trên giao diện lập trình sẵn

- Những sản phẩm về máy cắt rãnh sọ dừa hiện có trên thị trường Việt Nam và các nước trong khu vực cũng như là trên thế giới

- Đề tài tập trung chủ yếu vào nghiên cứu phương pháp để cắt rãnh sọ dừa theo đúng biên dạng và kích thước được yêu cầu

- Tập trung vào việc thiết kế phần cứng bao gồm bộ điều khiển, cảm biến, động cơ cắt ba pha, động cơ bước truyền động, các thiết bị điện tử hỗ trợ điều khiển như bộ truyền xung, cổng tín hiệu, đồng thời lập trình chương trình tự động để điều khiển thiết bị cũng như giao diện điều khiển HMI giúp người sử dụng dễ dàng thao tác

- Phạm vi nghiên cứu của để tài chỉ giới hạn ở mô hình có chức năng cắt rãnh sọ dừa bán tự động phù hợp với các cơ sở cung cấp vừa và nhỏ.

Phương pháp nghiên cứu

 Dựa vào các yêu cầu và mục tiêu của đề tài đưa, nhóm đã đưa ra phương pháp tiếp cận và hướng nghiên cứu như sau

- Tìm hiểu các máy cắt rãnh sọ dừa có sẵn trên thị trường trong và ngoài nước

- Tham khảo các nguyên lí hoạt động cũng như ưu và nhược điểm của các loại máy đã tìm hiểu trên truyền thông để lên ý tưởng thiết kế máy

- Lên kế hoạch thực hiện đề tài, lập bảng phân công công việc kèm với thời gian thực hiện các mục tiêu đã đề ra

- Tiến hành thiết kế, chế tạo

+ Phác thảo máy trên giấy

+ Thiết kế mô hình 3D trên các phần mềm chuyên dụng

+ Xuất các bản vẽ chi tiết 2D

+ Mua, gia công các chi tiết đã thiết kế

+ Tính toán chọn các linh kiện điện tử và thiết kế mạch điện điều khiển

+ Đi dây các thiết bị điện và lập trình

- Thử nghiệm và chỉnh sửa máy

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Giới thiệu

2.1.1 Các loại dừa ở Việt Nam [3]

- Dừa là một loại cây được trồng rất phổ biến ở Việt Nam Chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy chúng ở các vùng nông thôn ở nước ta Ngoài ra, dừa cũng là một loại cây vô cùng đa dạng về chủng loại cớ thể kể đến như: Dừa xiêm xanh, dừa xiêm đỏ, dừa xiêm lửa, dừa dứa, dừa sáp, dừa nước,…

- Trong đề tài của nhóm, chúng em sử dụng phôi chủ đạo là dừa xiêm xanh Dừa xiêm xanh là giống dừa phổ biến bậc nhất ở đồng bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là Bến Tre, có vỏ màu xanh lục, cuốn nhỏ, cơm dừa dẻo và dai, nước ngọt thanh rất thích hợp là thức uống giải nóng trong những buổi trưa oi bức nên được rất nhiều người ưa chuộng

Hình 2.1 Xuất khẩu dừa của các doanh nghiệp tại Bến Tre

2.1.2 Máy cắt rảnh sọ dừa

- Nhằm mục đích giúp cho người tiêu thụ có thể dễ dàng mở sọ quả dừa để thưởng thức phần cơm dừa dẻo, thơm bên trong sau khi uống nước nên máy cắt rảnh sọ dừa là một công cụ vô cùng cần thiết để giúp việc này được thực hiện một cách đơn giản và nhanh chóng

- Có tính thực tiễn cao có thể áp dụng hàng loại trong dây chuyền công nghiệp với năng suất là một phút trên một quả Điều này làm tăng năng suất lao động đáng kể cho các nhà máy, doanh nghiệp xuất khẩu dừa

2.2 Kết cấu của máy cắt rãnh sọ dừa Đề tài được kết cấu gồm ba phần cơ bản là phần cơ khí, điện tử và phần điều khiển vận hành

+ Các chi tiết gia công

+ Bộ truyền động đảm nhiệm phần chuyển động của máy

+ Bộ điều khiển tốc độ động cơ

- Phần điều khiển vận hành máy sẽ được thiết kế giao diện và đưa lên màn hình để có thể vận hành máy một cách dễ dàng

2.3 Các nghiên cứu liên quan máy cắt rảnh sọ dừa

2.3.1 Các nghiên cứu ngoài nước

 Các quốc gia thuộc hiệp hồi dừa Châu Á – Thái Bình Dương (APCC) nhận thấy việc tự động hóa trong khâu cắt rãnh sọ dừa là cần thiết để tăng thêm năng suất, lợi nhuận cũng như đảm bảo sức khỏe, an toàn cho người lao động

 “Hình 2.2” Máy cắt rãnh sọ dừa “KKJ-20” của Trung Quốc: Công suất 3kw, điệp áp 380V, khối lượng 300Kg, kích thước 500x700x1500mm Có năng suất 1000 quả/giờ

- Nguyên lí: Phôi được định vị trên lỗ tròn của mâm xoay Mâm xoay đưa dừa vào cabin cắt và dao cắt trong cabin xoay lỗ cắt

+ Kết cấu đơn giản, dễ vận hành

+ Năng suất lớn 1000 quả/giờ

+ Chưa tự động hóa được quá trình cấp phôi

+ Máy có giá thành cao

 “Hình 2.3” Máy cắt rãnh sọ dừa “ PBKJ-1” của Trung Quốc: Điện áp 220/380V, công suất 1,5kw,khối lượng 230 Kg, kích thước(dài x rộng x cao) 1560x450x1340mm Năng suất 400 quả/ giờ

- Máy này được thiết kế đặc biệt để bóc vỏ dừa Nó sẽ loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài dừa thông qua máy cắt con lăn Máy dễ vận hành, nhưng cần cẩn thận và tự bảo vệ mình trong quá trình sử dụng máy này

+ Kết cấu đơn giản, dễ vận hành

+ Năng suất lỡn 400 quả/giờ

+ Chưa đảm bảo an toàn lao động

+ Máy đòi hỏi người lao động phải tự thao tác từng quả

2.3.2 Các nghiên cứu trong nước

 “Hình 2.4” Máy cắt rãnh sọ dừa Tân Phát: Điện áp 220V, công suất 1,5kw, khối lượng

200 Kg, kích thước(dài x rộng x cao) 600x450x600mm Năng suất 400 quả/ giờ

Hình 2.4 Máy cắt rãnh sọ dừa Tân Phát [6]

- Máy này được thiết kế đặc biệt để bóc vỏ dừa Nó sẽ loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài dừa thông qua máy cắt con lăn Máy dễ vận hành, nhưng cần cẩn thận và tự bảo vệ mình trong quá trình sử dụng máy này

+ Kết cấu đơn giản, dễ vận hành

+ Năng suất lỡn 400 quả/giờ

+ Chưa đảm bảo an toàn lao động

+ Máy đòi hỏi người lao động phải tự thao tác

 “Hình 2.5” Máy cắt rãnh sọ dừa GD-240 được bán ở siêu thị Hải Minh

Hình 2.5 Máy cắt rãnh sọ dừa GD-240

Máy cắt rãnh sọ dừa GD-240 chuyên dùng trong các xưởng làm bánh kẹo, làm mứt dừa, cơm dừa giúp tách gáo dừa nhanh, giảm nhân công và sức người, hiệu quả lại cao Thao tác tách gáo dừa sẽ trở nên nhẹ nhàng hơn bao giờ hết cùng với máy tách gáo dừa GD-240 Nguyên lí hoạt động: Giữ chặt sọ dừa khi đưa vào cắt

Năng suất: 200 quả/giờ Ưu điểm:

- Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển

Các nghiên cứu liên quan máy cắt rảnh sọ dừa

2.3.1 Các nghiên cứu ngoài nước

 Các quốc gia thuộc hiệp hồi dừa Châu Á – Thái Bình Dương (APCC) nhận thấy việc tự động hóa trong khâu cắt rãnh sọ dừa là cần thiết để tăng thêm năng suất, lợi nhuận cũng như đảm bảo sức khỏe, an toàn cho người lao động

 “Hình 2.2” Máy cắt rãnh sọ dừa “KKJ-20” của Trung Quốc: Công suất 3kw, điệp áp 380V, khối lượng 300Kg, kích thước 500x700x1500mm Có năng suất 1000 quả/giờ

- Nguyên lí: Phôi được định vị trên lỗ tròn của mâm xoay Mâm xoay đưa dừa vào cabin cắt và dao cắt trong cabin xoay lỗ cắt

+ Kết cấu đơn giản, dễ vận hành

+ Năng suất lớn 1000 quả/giờ

+ Chưa tự động hóa được quá trình cấp phôi

+ Máy có giá thành cao

 “Hình 2.3” Máy cắt rãnh sọ dừa “ PBKJ-1” của Trung Quốc: Điện áp 220/380V, công suất 1,5kw,khối lượng 230 Kg, kích thước(dài x rộng x cao) 1560x450x1340mm Năng suất 400 quả/ giờ

- Máy này được thiết kế đặc biệt để bóc vỏ dừa Nó sẽ loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài dừa thông qua máy cắt con lăn Máy dễ vận hành, nhưng cần cẩn thận và tự bảo vệ mình trong quá trình sử dụng máy này

+ Kết cấu đơn giản, dễ vận hành

+ Năng suất lỡn 400 quả/giờ

+ Chưa đảm bảo an toàn lao động

+ Máy đòi hỏi người lao động phải tự thao tác từng quả

2.3.2 Các nghiên cứu trong nước

 “Hình 2.4” Máy cắt rãnh sọ dừa Tân Phát: Điện áp 220V, công suất 1,5kw, khối lượng

200 Kg, kích thước(dài x rộng x cao) 600x450x600mm Năng suất 400 quả/ giờ

Hình 2.4 Máy cắt rãnh sọ dừa Tân Phát [6]

- Máy này được thiết kế đặc biệt để bóc vỏ dừa Nó sẽ loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài dừa thông qua máy cắt con lăn Máy dễ vận hành, nhưng cần cẩn thận và tự bảo vệ mình trong quá trình sử dụng máy này

+ Kết cấu đơn giản, dễ vận hành

+ Năng suất lỡn 400 quả/giờ

+ Chưa đảm bảo an toàn lao động

+ Máy đòi hỏi người lao động phải tự thao tác

 “Hình 2.5” Máy cắt rãnh sọ dừa GD-240 được bán ở siêu thị Hải Minh

Hình 2.5 Máy cắt rãnh sọ dừa GD-240

Máy cắt rãnh sọ dừa GD-240 chuyên dùng trong các xưởng làm bánh kẹo, làm mứt dừa, cơm dừa giúp tách gáo dừa nhanh, giảm nhân công và sức người, hiệu quả lại cao Thao tác tách gáo dừa sẽ trở nên nhẹ nhàng hơn bao giờ hết cùng với máy tách gáo dừa GD-240 Nguyên lí hoạt động: Giữ chặt sọ dừa khi đưa vào cắt

Năng suất: 200 quả/giờ Ưu điểm:

- Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT RÃNH SỌ DỪA

Phương án thiết kế khung máy

Sử dụng khung thép hàn cứng

+ Giảm độ rung khi hoạt động nhờ khối lượng lớn

+ Khó khan trong vận chuyển

+ Khó khăn trong việc gia công

Sử dụng nhôm định hình

+ Dễ vận chuyển, lắp đặt

+ Khối lượng nhẹ nên khi vận hành sẽ có độ rung nhất định

+ Kiểm tra và siết chặt ốc trước khi vận chuyển

3.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế khung máy

Dựa vào ưu - nhược điểm của hai phương án thiết kế sử dụng thép hàn cứng và nhôm định hình cũng như để đáp ứng được độ thẩm mĩ thì nhóm đã lựa chọn nhôm định hình để làm vật liệu làm khung.

Phương án thiết kế máy

Sử dụng hệ thống nặng về cơ khí hơn là về điều khiển và lập trình Ở phương án này sẽ có 2 bộ phận chính

- Bộ điều khiển động cơ bước

 Bộ phận truyền động và cắt rãnh

- Động cơ bước ở mâm xoay

- Đông cơ để quay lưỡi cưa

- Bộ thanh trượt theo phương ngang

- Bộ gá dừa theo phương đứng

Hình 3.1 Mô phỏng phương án 1

 Lưỡi cưa sẽ được 1 che lại xung quanh và dư ra 1 mm để có thể cắt vào quả dừa với độ sâu tương ứng

 Lò xo kéo sẽ giữ cho lưỡi cưa áp sát vào quả dừa

- Đầu tiên ta gá dừa vào mâm xoay sau đó bấm nút start thì động cơ mâm xoay và động cơ lưỡi cưa sẽ hoạt động (quay ngược chiều nhau) lo xo kéo giúp cho lưỡi cưa cắt theo biên dạng quả dừa và không bị cắt lố hơn chiều dài lưỡi cưa cho dư ra sau

- Sẽ không cắt đúng biên dạng nếu quả dừa bị méo mó

- Lưỡi cưa sẽ chịu nhiều lực ma sát

- Dễ bị gãy lưỡi cưa

Sử dụng động cơ bước cùng bộ truyền động vit-me để di chuyển lưỡi dao ra vào theo biên dạng được xác định bằng phương pháp quét biên dạng nhờ tín hiệu được truyền về từ cảm biến khoảng cách được lắp vuông góc với mặt phẳng chứa bộ truyền động

Hình 3.2 Mô phỏng phương án 2

- Driver điều khiển động cơ bước

- Vit-me di chuyển theo phương ngang

- Động cơ cắt rảnh sọ dừa

- Sau khi nhấn nút khởi động thì vit me chuyển động di chuyển lưỡi cưa đến phôi quả dừa và cảm biến sẽ đo đạt khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt quả dừa và chuyển tín hiệu khoảng cách thành xung và tính toán thông qua hàm tỉ lệ được lập trình sẵn trên PLC và cộng thêm xung độ sâu rãnh cắt muốn cắt sau đó chuyển xung đến động cơ bước đảm nhiệm truyền động của vít me để di chuyển vít me luôn luôn đi theo biên dạng của quả dừa, sau khi mâm xoay phôi qua được 1 vòng đồng nghĩa với đã hoàn thành cắt rảnh và di chuyển vít me về vị trí ban đầu và máy dừng hoạt động

- Có khả năng cắt theo mọi biên dạng của mọi quả dừa khác nhau

- Độ sâu của rãnh theo biên dạng đồng đều

- Có HMI dễ dàng điều chỉnh thông số độ sâu của rảnh cắt, tốc độ động cơ

- Phải có động cơ đáp ứng nhanh và ổn định để lưỡi cửa có thể cắt 1 cách đều nhất

- Khá nhiều bụi bám vào cảm biến làm giảm hiệu xuất hoạt động của máy tệ hơn nửa là máy sẽ cắt sai biên dạng

- Cơ cấu khá phức tạp

- Tính toán hàm tỉ lệ và lập trình khá phức tạp

- Cảm biến đặt lệch với bề mặt quả dừa sẽ giảm hiệu suất của cảm biến khi nhận tín hiệu và chuyển thành xung

- Gá dừa vẫn còn gá theo phương pháp thủ công chưa được tự động hoàn toàn

Sử dụng động cơ bước cùng bộ truyền động vit-me để di chuyển lưỡi dao ra vào theo biên dạng được xác định bằng phương pháp quét biên dạng nhờ tín hiệu được truyền về từ cảm biến khoảng cách được lắp vuông góc với mặt phẳng chứa bộ truyền động

“Hình 3.2” Hình ảnh phương án thiết kế mô hình

Hình 3.3 Mô phỏng phương án 3

- Driver điều khiển động cơ bước

- Vit-me di chuyển theo phương ngang

- Động cơ cắt rảnh sọ dừa

- Sau khi nhấn nút khởi động thì mâm xoay sẽ xoay quả dừa đồng thời cảm biến cũng sẽ quét bề mặt quả dừa và xuất ra thành xung theo hàm tỉ lệ khoảng cách và xung sau đó lưu vào ô nhớ của PLC tiếp đến là PLC sẽ xuất xung vào động cơ bước của vit-me để lưỡi cưa có thể cắt theo đúng biên dạng của quả dừa như đã quét ban đầu

- Có Độ chính xác cao

- Độ sâu của rãnh theo biên dạng đồng đều

- Giảm thiểu được phần bụi bám vào cảm biến

- Có HMI dễ dàng điều chỉnh thông số độ sâu của rảnh cắt, tốc độ động cơ

- Có thể xử lí xung nhanh mà không làm rung lắc máy quá nhiều

- Chưa xử lí triệt để phần bụi bám vào thân máy

- Gá dừa vẫn còn gá theo phương pháp thủ công chưa được tự động hoàn toàn

Lựa chọn giải pháp

Để đáp ứng yêu cầu về năng suất, biên dạng và tỷ lệ hao hụt cũng như tiết kiệm chi phí cho mô hình Nhóm quyết định lựa chọn phương pháp sử dụng động cơ bước kết hợp với bộ truyền động vit-me cho khâu truyền động lưỡi cắt nhằm đáp ứng những yêu cầu đã đề ra một cách hiệu quả nhất.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Động cơ điện

4.1.1 Động cơ điện xoay chiều ba pha

Trong công nghiệp sử dụng rộng rãi động cơ bap ha Chúng gồm hai loại: Đồng bộ và không đồng bộ Động cơ ba pha đồng bộ có vận tốc góc không đổi, không phụ thuộc vào trị số của tải trọng và thực tế không điều chỉnh được

So với động cơ ba pha không đồng bộ, động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất và cos 𝜑 cao, hệ số quá tải lớn, nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành tương đối cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ Vì vậy, động cơ ba pha đồng bộ được sử dụng trong những trường hợp hiệu suất động cơ và trị số cos 𝜑 có vai trò quyết định cũng như khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu: Rô to dây quấn và Rô to ngắn mạch Động cơ ba pha không đồng bộ rô to dây quấn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng điện mở máy nhỏ nhưng hệ số công suất (cos 𝜑) thấp, giá thành cao, kích thước lớn và vận hành phức tạp, dùng thích hợp khi cần điều chỉnh trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ đã được lắp đặt Động cơ ba pha không đồng bộ Rô to ngắn mạch có ưu điểm: Kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện bap ha không cần biến đổi dòng điện Nhược điểm của nó là: Hiệu suất và hệ số công suất thấp, không điều chỉnh được vận tốc

Nhờ có nhiều ưu điểm cơ bản, động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải, … nên sử dụng loại động cơ này “Hình 4.1” Động cơ điện ba pha

Hình 4.1 Động cơ điện ba pha

4.1.2 Động cơ bước Động cơ bước (hay còn gọi là Stepper motor) là một loại động cơ điện được thiết kế để chuyển đổi các tín hiệu điều khiển đầu vào thành các bước chuyển động diskrit (rõ ràng) Thay vì tạo ra chuyển động liên tục như đa số các loại động cơ khác, động cơ bước chỉ chuyển đổi giữa các vị trí cụ thể, gọi là "bước" Mỗi bước là một góc quay cố định, và động cơ bước sẽ xoay một bước mỗi lần nhận một xung tín hiệu từ nguồn điều khiển

“Hình 4.2” minh họa động cơ bước

Gồm có 2 bộ phận chính là roto và stato Rô to là phần chuyển động của động cơ, bao gồm một hoặc nhiều nam châm có hướng từ tính cố định Rô to được gắn trên trục chuyển động của động cơ Stato là phần không chuyển động và là phần cố định của động cơ Stato bao gồm một lõi từ chứa các cuộn dây dẫn điện Các cuộn dây này được kết nối với nguồn điều khiển và tạo ra từ trường từ tính Bộ điều khiển bên ngoài sẽ đảm nhận việc điều khiển động cơ bước

Bộ điều khiển và động cơ phải giữ nguyên vị trí cũng như quay đến vị trí ngẫu nhiên

Nó này hoạt động bằng cách nhận và xử lý các xung điện không liên tục Khi dòng điện được cấp vào các cuộn dây điều khiển của động cơ bước, nó làm cho phần rôto xoay một góc, được gọi là "bước" Các bước này là những chuyển động rõ ràng và xác định, cho phép định vị chính xác trong các ứng dụng của nó

Mỗi bước tương ứng với một góc quay cố định, thường là 1.8 độ cho các động cơ bước thông dụng Điều này cho phép động cơ bước di chuyển một góc chính xác và kiểm soát vị trí một cách đáng tin cậy

Góc bước là đại lượng quan trọng trong động cơ bước, nó thể hiện góc quay của trục bằng một xung điều khiển Góc bước được tính theo cấu trúc cụ thể của động cơ và cách thức điều khiển động cơ Nhờ vào góc bước, động cơ có khả năng chuyển đổi các tín hiệu xung thành các bước chuyển động diskrit, giúp định vị và kiểm soát chính xác vị trí của rôto Đặc tính mở máy của động cơ là một yếu tố quan trọng, nó được đo bằng tần số xung cực đại mà động cơ vẫn có thể mở máy mà không gây ra đồng bộ Tính năng này đảm bảo rằng động cơ bước có thể khởi động một cách ổn định và trơn tru, tránh tình trạng mất bước hay mất vị trí ban đầu khi bắt đầu hoạt động

Cách điều khiển chiều quay của động cơ bước khác biệt so với các động cơ truyền thống Chiều quay không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự xung được cấp cho các cuộn dây Thường thì việc cấp xung cho các cuộn dây được thực hiện theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại, tùy vào thiết kế cụ thể của động cơ Điều này giúp kiểm soát hướng quay của động cơ bước một cách linh hoạt và chính xác Động cơ này được dùng phổ biến trong các ứng dụng như máy CNC, máy in 3D,

- Động cơ bước biến từ trở

- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

- Động cơ bước hỗn hợp/lai

Phương pháp điều khiển động cơ bước:

- Điều khiển động cơ bước dạng song: Đây là phương pháp cơ bản nhất để điều khiển 1 động cơ bước, dù cho nó không được sử dụng nhiều nhưng vẫn đáng để giúp cho chúng ta hiểu về cách điều khiển động cơ bước Trong phương pháp này, nếu mỗi pha hoặc stato ở cạnh nhau sẽ được động cơ kích hoạt lần lượt bằng cách sử dụng 1 mạch đặc biệt giúp từ hóa và khử từ hóa stato, điều này sẽ dẫn đến chuyển động nhanh chóng của rôto một bước

- Điều khiển động cơ chạy đủ bước: Trong mạch điều khiển động cơ bước 4 dây, thay vì kích hoạt tất cả các stator một lần, 2 stato sẽ được kích hoạt chỉ cách nhau 1 khoảng thời gian ngắn Điều này có nghĩa là nếu stato thứ 1 bật thì stato thứ 2 sẽ bật ngay sau đó một khoảng thời gian ngắn, trong khi đó thì stato thứ nhất vẫn bật Phương pháp này dẫn đến mô men xoắn đạt mức cao và cho phép chúng ta điều khiển động cơ tải cao

- Điều khiển động cơ chạy nửa bước: Phương pháp này cũng tương tự như ổ đĩa đủ bước Ở động cơ bước và mạch điều khiển, 2 stato được đặt cạnh nhau sẽ được tiến hành kích hoạt trước và stato thứ 3 sẽ được kích hoạt ngay sau đó, nhưng 2 stato này lại bị vô hiệu hóa Chu kỳ này sẽ kích hoạt 2 stato trước và sau đó 1 stato lặp lại để giúp điều khiển động cơ bước Phương pháp này sẽ dẫn đến tăng cường độ phân giải của động cơ trong khi đó mô men xoắn sẽ giảm xuống

- Điều khiển động cơ chạy bước nhỏ: Đây là phương pháp điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biến nhất vì nó có tính chính xác rất cao Mạch điều khiển cung cấp ngay 1 dòng bước biến đổi cho cuộn dây stato đang tồn tại ở dạng sóng hình sin Những bước đi nhỏ xíu này hiện nay dùng để tăng cường độ chính xác tuyệt đối của từng bước một Phương pháp này cũng được sử dụng rộng rãi do nó có thể giảm tiếng ồn của hoạt động ở mức độ lớn

“Hình 4.3” là hình minh họa mạch điều khiển động cơ bước

Hình 4.3 Mạch điều khiển động cơ bước.

Phương pháp chọn động cơ

4.2.1 Xác định công suất động cơ

Công suất trên trục động cơ điện được xác định theo công thức:

𝑃 𝑐𝑡 = 𝑃 𝑡 /ƞ (4.1) Trong đó 𝑃 𝑐𝑡 là công suất cần thiết trên trục động cơ, kW; 𝑃 𝑡 là công suất tính toán trên trục máy công tác, kW; ƞ là hiệu suất truyền động ƞ = ƞ 1 ƞ 2 ƞ 3 … (4.2) với ƞ 1 , ƞ 2 , ƞ 3 là hiệu suất của các bộ truyền và của các cặp ổ trong hệ thống dẫn độc, chọn theo “bảng 4.1”

Công suất làm việc trục máy công tác:

1000 (4.3) Trong đó: 𝑃 𝑙𝑣 là công suất làm việc của động cơ; F là lực kéo, N; v là vận tốc của tải, m/s

- Để đảm bảo động cơ hoạt động đúng công suất, không bị hao hụt và dựa vào kết quả kết quả công suất tính ra chúng ta sẽ phải chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất cần thiết và phù hợp tránh chọn động cơ có công cao hơn vượt trội sẽ gây tốn kém kinh phí.

Truyền động Vít me

ma sát trong ren lớn, hiệu suất thấp, nguy hiểm về mòn tăng “Hình 4.4” là hình ảnh về vít-me đai ốc

Hình 4.4 Hình ảnh vít-me đai ốc

𝐹 𝑎 là lực dọc trục m là khối lượng tải g là gia tốc trọng trường Đường kính trung bình của ren:

𝐹 𝑎 là lực dọc trục, N; Ψ 𝐻 là hệ số chiều cao đai ốc trong khoảng 1,2…2,5 Ψ ℎ là hệ số chiều cao ren = 0,5

[𝑞] là áp suất cho phép 5…6 (MPa)

4.3.2 Chọn các thông số cho vít-me

- Chọn zh = 1 ta có bước vít:

𝑃 𝑏 = 𝑧 ℎ 𝑝 (4.7) 𝛿: góc nghiêng của cạnh ren làm việc, ren hình thang chọn bằng 15 0 f: hệ số ma sát phụ thuộc vào cặp vật liệu của vít và đai ốc

𝛾 < 𝜌 (4.9) Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren

Từ d2 và hệ số chiều cao tính được chiều cao đai ốc:

Số vòng ren của đai ốc

𝑝 < 𝑧 𝑚𝑎𝑥 (4.11) Để tránh tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho cá vòng ren

4.3.3 Tính kiểm nghiệm độ bền

Kiểm tra độ bền theo ứng suất

0,2𝑑 1 3 ) 2 ≤ [𝜎] (4.12) Trong đó Fa, T tương ứng với lực dọc trụ, N và moment xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít;

Ta có moment xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít bằng momen xoắn của động cơ vì không sử dụng hợp giảm tốc

[𝜎]: ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), Mpa

𝜎 𝑐ℎ : giới hạn chảy của vật liệu vít; 𝜎 𝑐ℎ = 120(𝑀𝑃𝑎)

3 (4.13) d1: đường kính trong của ren vít, mm.

Truyền động đai

Bộ truyền đai là bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất và hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi, có nhiều loại đai như đai thang, đai dẹt, đai răng, …

“Hình 4.5” là hình minh họa bộ truyền động đai

Hình 4.5 Bộ truyền động đai

Bộ truyền đai có những ưu điểm đặc biệt so với các bộ truyền động khác như:

- Đáp ứng truyền động khi các trục xa nhau

- Làm việc không ồn và êm ái do độ dẻo và bền của đai do đó đáp ứng các cơ cấu yêu cầu truyền động với tốc độ cao

- Nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải nên tránh cho cơ cấu không có sự dao động

- Kết cấu và vận hành đơn giản

Tuy nhiên bộ truyền động đai vẫn có các nhược điểm như:

- Kích thước bộ truyền lớn

- Tỷ số truyền thay đổi do sự trượt đàn hồi giữa bánh đai và đai

- Tuổi thọ dây đai thấp

- Phải căng đai ban đầu nên tải trọng tác dụng lên trục lớn.

Khái niệm PLC

PLC là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi

Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất sẽ có các ngôn ngữ lập trình riêng Các hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay gồm: Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta… “Hình 4.5” là hình minh họa bộ điều khiển PLC

Hình 4.6 Bộ điều khiển PLC

4.5.1 Cấu tạo và phân loại PLC

Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:

- Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM

- Bộ xử lý trung tâm CPU

- Mô đun input/output Thông thường mô đun I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp mô đun I/O “Hình 4.6” là hình minh họa cấu tạo của PLC

Hình 4.7 Cấu tạo của PLC

Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:

-Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình

-Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như

4.5.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ PLC Tốc độ xử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển của PLC Chương trình được lưu trữ trên RAM Pin dự phòng được tích hợp trên PLC giúp chương trình không bị mất khi có sự cố về điện CPU thực hiện quét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự “Hình

4.7” là hình minh họa một bộ PLC công nghiệp

Hình 4.8 Bộ PLC dùng trong công nghiệp

4.5.3 Ưu điểm và nhược điểm của PLC Ưu điểm:

- Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp

-Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao

- Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng

- Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển

- Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0

- Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước

- Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua bản quyền phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng

4.5.4 Cách thức điều khiển chính của PLC Điều khiển logic:

- Điều khiển tự động, bán tự động quy trình máy

- Hỗ trợ bộ đếm và bộ định thời gian Điều khiển đáp ứng:

- Giải thuật điều khiển PID, Logic mờ

- Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước

- Điều khiển đáp ứng nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…

- Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC

- Kết nối bộ điều khiển PLC và hệ thống SCADA

Bộ lập trình PLC được ứng dụng trong nhiều ngành và nhiều loại máy móc như:

- Máy đóng gói, dán thùng tự động

- Máy cắt tốc độ cao

- Máy trộn sơn, socola tự động.

Ngôn ngữ lập trình Ladder

Ladder là một trong năm ngôn ngữ lập trình PLC được chỉ định sử dụng theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 Ladder trực quan hơn nhiều so với hầu hết các ngôn ngữ lập trình, bởi vậy mọi người thường thấy nó dễ học hơn rất nhiều

LAD là một ngôn ngữ lập trình đồ họa sử dụng một loạt các đường ray và bậc thang chứa các ký hiệu logic và được kết hợp để tạo thành các biểu thức ra quyết định Ladder Logic thực sự trông giống như một bậc thang và thường được gọi là lập trình LAD Các đường ray trong sơ đồ bậc thang đại diện cho các dây cung cấp của mạch điều khiển logic rơle Có một đường ray cấp điện áp dương ở phía bên trái và một đường ray cấp điện áp bằng không ở phía bên tay phải Trong sơ đồ bậc thang, luồng logic là từ thanh ray bên trái sang thanh ray bên phải Các bậc thang trong sơ đồ bậc thang đại diện cho các dây kết nối các thành phần của mạch điều khiển rơ le Trong sơ đồ bậc thang, các ký hiệu được sử dụng để biểu diễn các thành phần rơle Các ký hiệu được đặt trong bậc thang để tạo thành một mạng lưới các biểu thức logic Khi triển khai chương trình logic bậc thang trong PLC, có bảy phần cơ bản của sơ đồ bậc thang cần biết Chúng là đường ray, bậc thang, đầu vào, đầu ra, biểu thức logic, ký hiệu địa chỉ / tên biến và nhận xét Một số yếu tố này là cần thiết và những yếu tố khác là bổ sung

Lý do Ladder là ngôn ngữ được sử dụng để lập trình PLC là bởi các nhà thiết kế, tích hợp hệ thống điều khiển ban đầu đã quen với các mạch điều khiển Rơ le Và Ladder là một ngôn ngữ đồ họa bắt trước (mô tả) rất giống với mạch điều khiển Rơ le Họ thích sử dụng sơ đồ bậc thang (ladder) thay vì sử dụng các ngôn ngữ lập trình dựa trên văn bản như C, BASIC, Pascal và FORTRON Một lý do khác khiến sơ đồ bậc thang được sử dụng là bởi nhân viên bảo trì nhà máy đã hiểu cách đọc mạch điều khiển rơ le nên việc sử dụng sơ đồ bậc thang để lập trình PLC có nghĩa là họ có thể dễ dàng khắc phục sự cố hệ thống điều khiển ”Hình

4.9” là hình minh họa chương trình ladder cơ bản.

Biến tần

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh

4.7.1 Nguyên lí hoạt động của biến tần

- Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng

Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều

3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ “Hình 4.9” là hình minh họa mạch điều khiển biến tần

Hình 4.10 Mạch điều khiển biến tần

- Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp

- Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

- Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn Để lựa chọn được loại biến tần phù hợp cho ứng dụng của bạn, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư Để chọn được loại biến tần phù hợp nhất với yêu cầu sử dụng, cần lưu ý những nguyên tắc lựa chọn sau đây:

- Chọn biến tần phù hợp với loại động cơ và công suất động cơ: tìm hiểu loại động cơ mình cần lắp biến tần là động cơ gì, đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, điện áp bao nhiêu… để chọn biến tần phù hợp Công suất biến tần phải chọn tương đương hoặc lớn hơn công suất động cơ

- Chọn biến tần theo yêu cầu ứng dụng: khi lựa chọn biến tần cần xác định rõ ứng dụng của bạn là gì? Tốc độ yêu cầu bao nhiêu? Có yêu cầu tính năng điều khiển cao cấp đặc biệt nào hay không? Có yêu cầu tính đồng bộ hệ thống hay truyền thông? Môi trường làm việc có đặc điểm nào cần lưu ý (ẩm ướt, nhiệt độ cao, nhiều bụi, dễ cháy nổ….) Nếu không có yêu cầu gì đặc biệt, có thể chọn loại biến tần đa năng thông dụng như GD20 hoặc GD200A, tuy nhiên nếu có yêu cầu đặc biệt cần chọn các loại biến tần có tính năng phù hợp với yêu cầu

- Chọn biến tần theo tải thực tế: Việc chọn lựa biến tần theo tải là một việc rất quan trọng Việc đầu tiên là bạn phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục… từ đó chọn loại biến tần phù hợp

- Chọn biến tần thuận tiện cho người lập trình khi lập trình điều khiển hoặc chọn nhà cung cấp có khả năng hỗ trợ lập trình cho các ứng dụng của bạn

- Chọn biến tần theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ (trong trường hợp thay thế hãng khác) hoặc theo thông số kỹ thuật thiết kế yêu cầu “Hình 4.10" là hình minh họa về biến tần

Cảm biến

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Thông tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục vụ truyền và xử lý thông tin hay trong điều khiển các quá trình khác Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất, tác động lên cảm biến cho ta một đại lượng đặc trưng mang tính chất điện như điện tích, điện áp, dòng điện, chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò, có thể có kèm các mạch điện hỗ trợ và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi luôn là "cảm biến"

“Hình 4.12” là hình minh họa cảm biến

4.8.1 Cấu tạo chung của cảm biến

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại cảm biến phục vụ các mục đích khác nhau nhưng chung quy lại chúng đều được làm từ các sensor phần tử điện thay đổi tính chất theo sự biến đổi của môi trường (đầu dò) Cấu tạo gồm các phần tử mạch điện tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh được đóng gói nhỏ gọn Các tín hiệu phát ra được quy chuẩn theo mức điện áp và dòng điện thông dụng nhất phù hợp với các bộ điều khiển

Trên thực tế có vô vàn những loại cảm biến khác nhau và chúng ta có thể chia các cảm biến thành hai nhóm chính:

- Cảm biến vật lí: có thể kể đến một vài ví dụ dễ hình dung như sóng điện từ, ánh sáng, hồng ngoại, tia X, hạt bức xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường, gia tốc, …

- Cảm biến hóa học: thường thấy như độ ẩm, độ PH, ion, khói, …

Ngoài ra ta cũng có một số hình thức phân chia khác Cảm biến chủ động và bị động Cảm biến chủ động: không sử dụng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện Điển hình là cảm biến áp điện làm bằng vật liệu gốm, chuyển áp suất thành điện tích trên bề mặt Cảm biến bị động có sử dụng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện Điển hình là các photodiode khi có ánh sáng chiếu vào thì có thay đổi của điện trở tiếp giáp bán dẫn p-n được phân cực ngược Phân loại theo nguyên lí hoạt động Theo nguyên lí hoạt động ta có thể kể đến những loại cảm biến nổi bật như:

- Cảm biến điện trở: hoạt động dựa theo di chuyển con chạy hoặc góc quay của biến trở, hoặc sự thay đổi điện trở do co giãn vật dẫn

- Cảm biến cảm ứng: cảm biến biến áp vi phân, cảm biến cảm ứng điện từ, cảm biến dòng xoáy, cảm biến cảm ứng điện động, cảm biến điện dung, …

- Cảm biến điện trường: cảm biến từ giảo, cảm biến áp điện, …

-Và một số cảm biến nổi bật khác như: cảm biến quang, cảm biến huỳnh quang nhấp nháy, cảm biến điện hóa đầu dò ion và độ pH, cảm biến nhiệt độ, …

4.8.3 Vai trò của cảm biến trong công nghiệp

Với các bài toán điều khiển hệ thống tự động hóa nói chung và điều khiển quá trình nói

- Cảm biến giới hạn cảm nhận với đại lượng vật lí cần đo

4.9 Quét bề mặt gáo dừa

- Dùng phương pháp tính tỉ lệ để viết hàm tỉ lệ giữa khoảng cách thực và xung của vit- me và hàm tỉ lệ khoảng cách của cảm biến với lưỡi cưa trên PLC Cảm biến sẽ đó khoảng cách đến quả dừa và xuất tỉ lệ khoảng cách của lưỡi cưa đến quả dừa sau đó xuất xung cho vit-me thông qua hàm tỉ lệ để lưỡi cưa có thể dịch chuyển theo biên dạng của quả dừa và công thêm 1mm để lưỡi cưa ăn vào sọ dừa

- Sử dụng cảm biến để xử lí biên dạng quả dừa nhưng dùng cảm biến để quét dạng bề mặt quả dừa hay nói cách khác là lấy nhiều điểm trên bề mặt sọ dừa và đưa lưỡi cưa cắt theo từng điểm được lưu

- Để đáp ứng nhanh và chính xác khi điều khiển lưỡi dao cũng như đề cao tính sáng tạo thì phương pháp quét bề mặt sọ dừa sẽ tối ưu hơn Đồng thời phương pháp này còn thể giúp phát triển đề tài theo hướng đa dạng hóa loại phôi cắt trong tương lai bởi tính thực tế.

Quét bề mặt sọ dừa

5.1 Xác định công suất động cơ ba pha

“Hình 5.1” là hình ảnh của bộ truyền động vít-me

Hình 5.1 Bộ truyền động vit-me

5.1.1 Tính toán động lực học thiết bị

- Tính toán lực cắt trên lưỡi cưa:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO [1] [2]

Xác định công suất động cơ ba pha

“Hình 5.1” là hình ảnh của bộ truyền động vít-me

Hình 5.1 Bộ truyền động vit-me

5.1.1 Tính toán động lực học thiết bị

- Tính toán lực cắt trên lưỡi cưa:

- Lực cắt trên lưỡi cưa:

“Hình 5.2” là hình ảnh của động cơ ba pha

Hình 5.2 Động cơ ba pha

- Vận tốc cắt với máy cưa đĩa: (40-80) (m/s)

- Chọn động cơ có công suất: N1 = 0,5 (KW)/0,7 (HP)

- Có số vòng quay là 8100 (RPM) (nhằm đáp ứng nhanh yêu cầu được đặt ra của đề tài)

- Công suất định mức: 0,5 (KW)

- Tốc động tối đa: 12000 (RPM)

“Hình 5.3” là hình minh họa động cơ Tekno 3140

Chọn biến tần Omron 3G3MV-A2004 [12] có công suất 0,4kW và hoạt động với nguồn điện đầu vào 220V để điều khiển tốc độc động cơ ba pha “Hình 5.4” là hình ảnh biến tần Omron 3G3MV-A2004

Hình 5.4 Biến tần Omron 3G3MV-A2004 Ưu điểm của biến tần Omron 3G3MV-A2004:

- Có các chức năng và tính hữu dụng của biến tần loại 3G3EV

- Dễ dàng thiết lập thông số ban đầu và thao tác với núm chỉnh FREQ ở mặt điều khiển trước - Dễ bảo trì Quạt làm mát có thể dễ dàng sửa và thay thế Tuổi thọ của quạt có thẻ kéo dài bằng cách chỉ bật lên khi biến tần bắt đầu hoạt động

- Có thể nối với cuộn kháng DC vốn hiệu quả hơn cuộn kháng AC thông thường.; hoặc có thẻ kết hợp cả hai để tăng hiệu quả

- Chỉ 1 trong 2 loại truyền tin trên là có thể sử dụng tại 1 thời điểm.

Tính toán vit-me

“Hình 5.5” là hình động cơ bước và vít-me

Vật liệu đai ốc: Đồng

Lực dọc trục: theo công thức (4.5) ta có:

5.2.1 Tính toán hệ dẫn động

Theo công dụng của bộ truyền và yêu cầu tự hãm chọn đầu mối ren zh: Trường hợp cần đảm bảo tính tự hãm, chọn số mối ren zh=1, trái lại nếu yêu cầu vít thực hiện hành trình lớn hơn sau một vòng quay thì chọn ren nhiều đầu mối (zh>1)

Chọn zh = 1 ta có bước vít:

Theo công thức (4.6) ta có:

𝑑 2 ≥ 1.01 Chọn d2 theo giá trị gần nhất trong tiêu chuẩn của theo hình bên dưới từ đó tra ra đường kính ngoài d, đường kính trong d1 và bước ren p

Chọn đường kính trung bình d2= 12.5mm Đường kính ngoài d= 15mm Đường kính trong d1 = 10mm

𝛿: góc nghiêng của cạnh ren làm việc, ren hình thang chọn bằng 15 0 f: hệ số ma sát phụ thuộc vào cặp vật liệu của vít và đai ốc, thép – đồng thanh không thiếc f = 0.4 Theo công thức (4.7) và (4.8)

𝛾 < 𝜌 Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren

Từ d2 và hệ số chiều cao tính được chiều cao đai ốc:

Số vòng ren của đai ốc theo công thức (4.10):

2 = 7 < 𝑧 𝑚𝑎𝑥 Để tránh tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho cá vòng ren

5.2.2 Tính kiểm nghiệm độ bền

Kiểm tra độ bền theo ứng suất theo công thức (4.11)

Trong đó Fa, T tương ứng với lực dọc trụ, N và mô men xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít;

Ta có mô men xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít bằng mô men xoắn của động cơ vì không sử dụng hợp giảm tốc

[𝜎]: ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), Mpa

𝜎 𝑐ℎ : giới hạn chảy của vật liệu vít; 𝜎 𝑐ℎ = 120(𝑀𝑃𝑎)

3 = 40(𝑀𝑃𝑎) d1: đường kính trong của ren vít, mm

Kết luận: Trục vít đủ bền Để lựa chọn chính xác động cơ bước phù hợp là cần căn cứ vào: số vòng quay tối đa, momen quán tính, momen tải quy đổi

Hệ số ma sát của bề mặt dẫn hướng 𝜇 = 0,1

Hiệu suất bộ truyền trục vít-me 𝜂 = 0,9 Đường kính trục vít me 𝐷 𝑏 = 15(𝑚𝑚)

Khối lượng trục vít me 𝑀 𝑏 = 0,5(𝐾𝑔)

Bước vít 𝑃 𝑏 = 10(𝑚𝑚) Độ chính xác Δ𝑙 = 0,1 (𝑚𝑚

Khoảng cách dịch chuyển l = 70 (mm)

Lựa chọn động cơ bước 57 để truyền động vít-me “Hình 5.6” là hình ảnh Động cơ bước

Mạch điều khiển phù hợp với động cơ bước 57 là Driver ZS-2D4040M

Thông số kỹ thuật của Driver ZS-2D4040M:

- Nguồn điện đầu vào: DC 12 ~ 40V, 4.5A

- Ổ đĩa hiện tại/giai đoạn: 0.5 ~ 4A ( điều chỉnh từ núm)

- Dừng hiện tại: Khi song xung dừng dòng điện sẽ tự động giảm 50%

- Đầu vào xung: (1P) xung đơn PLS/DIR / (2P) xung kép CW/CCW

Xung đầu vào tối đa: 200KHz

- Động cơ áp dụng: Động cơ bước 2 pha loại 6/8 dây

Mạch điều khiển phù hợp với động cơ bước 57 là Driver ZS-2D4040M

Thông số kỹ thuật của Driver ZS-2D4040M:

- Nguồn điện đầu vào: DC 12 ~ 40V, 4.5A

- Ổ đĩa hiện tại/giai đoạn: 0.5 ~ 4A ( điều chỉnh từ núm)

- Dừng hiện tại: Khi song xung dừng dòng điện sẽ tự động giảm 50%

- Chế độ ổ đĩa: Ổ đĩa đơn cực hiện tại không đổi

- Đầu vào xung: (1P) xung đơn PLS/DIR / (2P) xung kép CW/CCW

Xung đầu vào tối đa: 200KHz

- Động cơ áp dụng: Động cơ bước 2 pha loại 6/8 dây

“Hình 5.7” mạch điều khiển động cơ bước 57

Hình 5.7 Mạch điều khiển động cơ bước 57.

Tính toán hàm tỉ lệ khoảng cách

+ Hành trình vit-me: 70 (mm)

+ Bước ren của vit-me: 10 (mm)

+ Cảm biến nhân được tín hiệu 0-5(V) tương ứng từ 0-30000(xung)

+ Khoảng cách nhận diện được của cảm biến 0-160 (mm)

- Tính toán scale khoảng cách:

Tỷ số truyền vit-me: 𝑍1

4 Để Bánh răng lớn quay được 7 vòng thì bánh răng nhỏ phải quay được: 7 4

Từ đó ta tính được số xung cần thiết để vit-me di chuyển được với hành trình 70 (mm) là: 20000.9,3 = 186000 (xung)

Số xung cần thiết để di chuyển 1(mm) là: 186000

70 = 2657 (xung) Để cảm biến quét được 1mm cần số xung là: 30000

160 = 187,5 (xung) Vậy số xung cần thiết cần nạp vào cảm biến để vit-me di chuyển được hành trình 70 (mm) là: 187,5.70125 (xung).

Tính toán mâm xoay

- Số xung cần để step 42 quay 1 vòng: n1 = 3200 (xung/vòng)

- Số xung cần để mâm xoay quay 1 vòng: n2 = 44800 (xung/vòng)

- Vận tốc của mâm xoay: V1 = 31,4 (mm/s)

“Hình 5.8” là hình ảnh bên trong của mâm xoay

Tỷ số truyền của mâm xoay:

44800= 1/14 5.4.2 Tốc độ động cơ bước 42

Sử dụng động cơ bước 42 để thực hiện truyền động mâm xoay

“Hình 5.9” là hình ảnh của Động cơ bước 42

Hình 5.10 bộ điều khiển động cơ bước 42

Thông số kỹ thuật của driver TMC2160-OC V1.0

- Điện áp đầu vào: 9 – 40V DC

- Vi bước: Lên đến 1/64 vi bước

- Đầu vào điều khiển quang hóa: có

5.5 Lựa chọn PLC và các mô đun

Từ các mục ở trên lựa chọn PLC Keyence KV-1000 [8] để điều khiển tự động chu qui trình cắt rãnh sọ dừa.“Hình 5.10” là hình ảnh minh họa PLC Keyence KV-1000

Thông số kỹ thuật của PLC Keyence KV-1000:

Tốc độ cơ bản: 25ns (0.025μs)

- Dung lượng bộ nhớ 160.000 xung

- Mở rộng: tối đa 16 cổng

- Điện áp nguồn cung cấp ngõ vào: 100 đến 240 VAC±10 % (50/60 Hz)

- Điên áp ngõ ra: 24 VDC ±10 %

- Công suất tiêu thụ: Từ 135 VA trở xuống

- Thời gian phần dừng: Từ 10ms trở xuống

- Thời gian bắt đầu: Từ 2s trở xuống

“Hình 5.13” là Mô đun tín hiệu Keyenve KV-AD40G [10]

Hình 5.13 Mô đun tín hiệu Keyenve KV-AD-40G

“Hình 5.11” Là hình minh họa Khung máy

5.6.2 Lập sơ đồ khối của mô hình

Hình 5.15 sơ đồ Mạch điều khiển

5.6.3 Lắp đặt bộ truyền động

5.6.4 Lắp đặt tủ điện và linh kiện điện tử

Hình 5.17 HMI và linh kiện điện tử

5.6.5 Đi dây thiết bị điện

Hình 5.18 Sơ đồ mạch điện

CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM, KẾT QUẢ, THẢO LUẬN

6.1.1 Thực nghiệm cắt rãnh sọ dừa

Thực nghiệm cắt rãnh sọ dừa nhằm mục đích chọn ra tốc độ phù hợp nhất cho động cơ cắt và cũng để nắm bắt được độ dày-mỏng của phôi Ngoài ra còn đề kiểm chứng máy có thể hoạt động một cách chính xác với nhiều loại sọ dừa khác nhau về biên dạng với tỷ lệ hao hụt là 1%

“Hình 6.1” là hình ảnh của mô hình máy cắt rãnh sọ dừa

Hình 6.1 Mô hình máy cắt rãnh sọ dừa

Thông số thành phẩm sau khi hoàn thành qui trình cắt rãnh

- Chiều rộng rãnh cắt: 2 – 3 (mm)

- Chiều sâu rãnh cắt: 1 – 2 (mm)

Với các kết quả được thống kê sau nhiều lần thử nghiệm thì tỷ lệ hao hụt là 1-2%

“Hình 6.2” là thành phẩm sau khi thực hiện một qui trình cắt rãnh sọ dừa

6.1.2 Thực nghiệm quét biên dạng sọ dừa

 Thực nghiêm quét biên dạng sọ dừa nhằm mục đích máy có thể đáp ứng được yêu cầu đã đề ra về cắt đúng biên dạng Trên thực tế, không phải quả dừa nào cũng có biên dạng tròn và có kích thước, độ dày của sọ như nhau Sau nhiều lần điều chỉnh vị trí của cảm biến khoảng cách để quét biên dạng quả dừa thì nhóm đã tìm ra được vị trí phù hợp để đặt cảm biến là vuông góc với trục vit-me và hướng thẳng tới vị trí phôi để có thể quét biên dạng của phôi sau một vòng quay của mâm xoay Sau đó tín hiện sẽ được truyền về bộ điều khiển PLC để có thể điều khiển được lưỡi cắt ra vào theo đúng biên dạng tròn méo của phôi

“Hình 6.3” là hình Quá trình quét biên dạng của phôi

Hình 6.3 Quá trình quét biên dạng của phôi

Sau khi thực hiện chu trình cắt rãnh sọ dừa liên tục trên nhiều phôi liên tiếp thu được bảng kết quả là “Bảng 6.1” dưới đây

Kết quả thực nghiệm: Xuất được biên dạng phôi về bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu số

STT Thời gian cắt Thời gian hoàn thành Kết quả

Bảng 6.1 Kết quả thử nghiệm

So với các nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài thì mô hình đáp ứng được tiêu chuẩn đặt ra ban đầu ngoài ra mô hình cũng còn nhiều hạn chế cần khắc phục trong tương lai

Trong quá trình hoàn thành mô hình “ Máy cắt rãnh sọ dừa” , nhóm rút ra được ưu điểm và nhược điểm của đề tài:

 Quét được biên dạng phôi để đáp ứng được yêu cầu về cắt đúng biên dạng

 Hoạt động đáp ứng chu trình vận hành nhanh chóng

 Dễ lắp đặt, giá thành thấp

 Có giao diện HMI dễ dàng vận hành cho người mới

 Chưa xử lí được vấn để về bụi khi vận hành

 Chỉ phù hợp với các cơ sở cũng cấp vừa và nhỏ do năng suất lao động tùy vào tay nghề của người vận hành máy

 Gá dừa bằng tay có phần bất tiện

Hầu hết thành phẩm sau khi cắt đều đúng biên dạng, bề rộng và chiều sâu rãnh cắt, tuy nhiên phần gá thủ công làm giảm năng suất

- Thiết kế khung tủ bao quanh mô hình và cảm biến an toàn để việc vận hành máy có thể an toàn hơn

- Thêm bộ hút bụi để đáp ứng yêu cầu vệ sinh nơi lao động

- Ứng dụng thị giác máy để đưa được biên dạng của phôi sau khi quét lên giao diện điều khiển HMI

- Nghiên cứu thay đầu công tác để có thể gia công được nhiều loại phôi khác nhau

- Phát triển mô hình có nhiều chế độ cắt phụ hợp với các loại dừa khác nhau

- Kết nối truyền thông SCADA để có thể đưa ra được số lượng sản phẩm đã hoàn thành khi hoạt động

- Thay thế cụm gá dừa để rút ngắn thời gian vận hành

- Phát triển cụm cấp phôi tự động

- Nâng cấp giao diện HMI thân thiện với người tiêu dùng hơn

“Hình 6.4” là hình ảnh Giao diện HMI của mô hình

Hình 6.4 Giao diện HMI của mô hình.

Chế tạo

“Hình 5.11” Là hình minh họa Khung máy

5.6.2 Lập sơ đồ khối của mô hình

Hình 5.15 sơ đồ Mạch điều khiển

5.6.3 Lắp đặt bộ truyền động

5.6.4 Lắp đặt tủ điện và linh kiện điện tử

Hình 5.17 HMI và linh kiện điện tử

5.6.5 Đi dây thiết bị điện

Hình 5.18 Sơ đồ mạch điện

CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM, KẾT QUẢ, THẢO LUẬN.

Thử nghiệm

6.1.1 Thực nghiệm cắt rãnh sọ dừa

Thực nghiệm cắt rãnh sọ dừa nhằm mục đích chọn ra tốc độ phù hợp nhất cho động cơ cắt và cũng để nắm bắt được độ dày-mỏng của phôi Ngoài ra còn đề kiểm chứng máy có thể hoạt động một cách chính xác với nhiều loại sọ dừa khác nhau về biên dạng với tỷ lệ hao hụt là 1%

“Hình 6.1” là hình ảnh của mô hình máy cắt rãnh sọ dừa

Hình 6.1 Mô hình máy cắt rãnh sọ dừa

Thông số thành phẩm sau khi hoàn thành qui trình cắt rãnh

- Chiều rộng rãnh cắt: 2 – 3 (mm)

- Chiều sâu rãnh cắt: 1 – 2 (mm)

Với các kết quả được thống kê sau nhiều lần thử nghiệm thì tỷ lệ hao hụt là 1-2%

“Hình 6.2” là thành phẩm sau khi thực hiện một qui trình cắt rãnh sọ dừa

6.1.2 Thực nghiệm quét biên dạng sọ dừa

 Thực nghiêm quét biên dạng sọ dừa nhằm mục đích máy có thể đáp ứng được yêu cầu đã đề ra về cắt đúng biên dạng Trên thực tế, không phải quả dừa nào cũng có biên dạng tròn và có kích thước, độ dày của sọ như nhau Sau nhiều lần điều chỉnh vị trí của cảm biến khoảng cách để quét biên dạng quả dừa thì nhóm đã tìm ra được vị trí phù hợp để đặt cảm biến là vuông góc với trục vit-me và hướng thẳng tới vị trí phôi để có thể quét biên dạng của phôi sau một vòng quay của mâm xoay Sau đó tín hiện sẽ được truyền về bộ điều khiển PLC để có thể điều khiển được lưỡi cắt ra vào theo đúng biên dạng tròn méo của phôi

“Hình 6.3” là hình Quá trình quét biên dạng của phôi

Hình 6.3 Quá trình quét biên dạng của phôi

Sau khi thực hiện chu trình cắt rãnh sọ dừa liên tục trên nhiều phôi liên tiếp thu được bảng kết quả là “Bảng 6.1” dưới đây

Kết quả thực nghiệm: Xuất được biên dạng phôi về bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu số

STT Thời gian cắt Thời gian hoàn thành Kết quả

Bảng 6.1 Kết quả thử nghiệm.

Đánh giá

So với các nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài thì mô hình đáp ứng được tiêu chuẩn đặt ra ban đầu ngoài ra mô hình cũng còn nhiều hạn chế cần khắc phục trong tương lai

Trong quá trình hoàn thành mô hình “ Máy cắt rãnh sọ dừa” , nhóm rút ra được ưu điểm và nhược điểm của đề tài:

 Quét được biên dạng phôi để đáp ứng được yêu cầu về cắt đúng biên dạng

 Hoạt động đáp ứng chu trình vận hành nhanh chóng

 Dễ lắp đặt, giá thành thấp

 Có giao diện HMI dễ dàng vận hành cho người mới

 Chưa xử lí được vấn để về bụi khi vận hành

 Chỉ phù hợp với các cơ sở cũng cấp vừa và nhỏ do năng suất lao động tùy vào tay nghề của người vận hành máy

 Gá dừa bằng tay có phần bất tiện

Hầu hết thành phẩm sau khi cắt đều đúng biên dạng, bề rộng và chiều sâu rãnh cắt, tuy nhiên phần gá thủ công làm giảm năng suất.

Thảo luận kết quả

- Thiết kế khung tủ bao quanh mô hình và cảm biến an toàn để việc vận hành máy có thể an toàn hơn

- Thêm bộ hút bụi để đáp ứng yêu cầu vệ sinh nơi lao động

- Ứng dụng thị giác máy để đưa được biên dạng của phôi sau khi quét lên giao diện điều khiển HMI

- Nghiên cứu thay đầu công tác để có thể gia công được nhiều loại phôi khác nhau

- Phát triển mô hình có nhiều chế độ cắt phụ hợp với các loại dừa khác nhau

- Kết nối truyền thông SCADA để có thể đưa ra được số lượng sản phẩm đã hoàn thành khi hoạt động

- Thay thế cụm gá dừa để rút ngắn thời gian vận hành

- Phát triển cụm cấp phôi tự động

- Nâng cấp giao diện HMI thân thiện với người tiêu dùng hơn

“Hình 6.4” là hình ảnh Giao diện HMI của mô hình

Hình 6.4 Giao diện HMI của mô hình.