Đồ án chiết rót và đóng nắp chai sử dung plc s7 1200 Báo cáo chi tiết Tự động hóa trong công nghiệp là mục tiêu quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Ngành tự động hóa hiện nay được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: nông nhiệp, sinh hoạt...Tự động hóa giúp tăng năng suất, độ chính xác và hiệu quả của quá trình sản xuất. Là sinh viên chuyên ngành Cơ điện tử, dựa trên những nhu cầu thực tế của nền công nghiệp nước nhà, nhóm tác giả đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai nhựa tự động sử dụng PLC S7-1200 ”. Mục tiêu đề tài: + Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai nhựa tự động có cấu trúc hợp lý, hoạt động hiệu quả +Hệ thống có giao diện điều khiển thân thiện, dễ sử dụng Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: a) Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót chai nhựa tự động. Hệ thống bao gồm những phần chính như: băng tải, cơ cấu bơm nước, mâm xoay, cơ cấu cấp nắp tự động, cơ cấu vặn nắp b) Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động. Chai nước nhựa loại nắp vặn với dung tích 297 ml. Hệ thống điều khiển bởi bộ điều khiển PLC c) Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm sản xuất và lập trình điều khiển hệ thống. d) Nghiên cứu thiết kế: Tính toán, thiết kế cơ cấu cơ khí, thiết kế bộ điều khiển trung tâm và lập trình PLC. e) Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo mô hình. Đề tài được trình bày qua những nội dung chính sau:
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐỀ TÀI:
Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai nhựa tựđộng sử dụng PLC S7-1200
Giảng viên hướng dẫn : GS.TS Sinh viên thực hiện:
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘICỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Trang 2Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
(Ngành Cơ điện tử)
1 Thông tin sinh viên
2 Tên đề tài
Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động sử dụng PLC S7-1200
- Yêu cầu hệ thống
+ Hệ thống thực hiện việc chiết rót chai nước có thể tích V = 297 ml.+ Độ bền cao, kết cấu vững chắc.
+ Thiết kế đảm bảo an toàn, thân thiện.
+ Băng tải có kích thước hợp lí, gọn gàng, phù hợp với không gian.+ Nắp chai được vặn chặt.
+ Năng suất 100 chai/giờ.
+ Giảm thiểu tối đa sai số trong quá trình hoạt động.+ Đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống.
- Các công việc thực hiện trong đồ án
+ Thiết kế hệ thống điều khiển: Lựa chọn thiết bị, phần mềm lập trình, truyền thông giữa máy tính và PLC, truyền thông giữa các thiết bị
Trang 3+ Lập trình PLC S7 1200 sử dụng phần mềm Tia Portal.
Hà nội, ngày…tháng…năm 2024 Giáo viên hướng dẫn
(kí và ghi rõ họ tên)
Trang 4(Dành cho giáo viên hướng dẫn)
Tên đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAINHỰA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG S7-1200
Họ và tên sinh viên:
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Giảng viên hướng dẫn: GS TS Vũ Toàn Thắng
NỘI DUNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
I.Tác phong làm việcIV.Kết luận
- Người hướng dẫn đồng ý sinh viên được bảo vệ đề tài tốt nghiệp trước Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp.
Trang 5Đánh giá: Ten …… / …… điểm
Ten .……/ …… điểm Ten …… / …… điểm
Hà Nội, ngày tháng năm 2024
Giảng viên hướng dẫn
(Kí và ghi rõ họ, tên)
Trang 6NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giáo viên phản biện)
Tên đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAINHỰA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG S7-1200
Họ và tên sinh viên:
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Giảng viên hướng dẫn: GS TS Vũ Toàn Thắng
NỘI DUNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNI.Những kết quả đạt được
Trang 7Đánh giá:…… / …… điểm
……/ …… điểm …… / …… Điểm
Hà Nội, ngày tháng năm 2024
Giảng viên hướng dẫn
(Kí và ghi rõ họ, tên)
Trang 8LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian hoàn thành đồ án này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban giám hiệu trường Cơ Khí - Đại Học bách khoa Hà Nội đã tạo điều
kiện về cơ sở vật chất với hệ thống thư viện hiện đại, đa dạng các loại sách, tàiliệu thuận lợi cho việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin.
Xin cảm ơn giảng viên bộ môn – Giáo sư … đã giảng dạy tận tình, chi tiết
và giúp chúng em giải đáp những thắc mắc để nhóm em có đủ kiến thức và vậndụng chúng trong quá trình nghiên cứu đồ án này.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên vàgiúp đỡ học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài cũng như những hạn chế về kiếnthức, đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được sựchỉ bảo, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía các thầy/cô để đề tài hoàn thiện hơncũng như nâng cao kiến thức để phục vụ cho công tác thực tế sau này.
Lời cuối cùng, nhóm em xin kính chúc các thầy/cô nhiều sức khỏe, thànhcông và hạnh phúc.
Trang 9
LỜI NÓI ĐẦU
Tự động hóa trong công nghiệp là mục tiêu quan trọng trong quá trình côngnghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Ngành tự động hóa hiện nay được ứng dụngtrong nhiều lĩnh vực khác như: nông nhiệp, sinh hoạt Tự động hóa giúp tăng năngsuất, độ chính xác và hiệu quả của quá trình sản xuất.
Là sinh viên chuyên ngành Cơ điện tử, dựa trên những nhu cầu thực tế củanền công nghiệp nước nhà, nhóm tác giả đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống chiếtrót và đóng nắp chai nhựa tự động sử dụng PLC S7-1200 ”.
Mục tiêu đề tài:
+ Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai nhựa tự động có cấu trúchợp lý, hoạt động hiệu quả
+Hệ thống có giao diện điều khiển thân thiện, dễ sử dụngPhạm vi và đối tượng nghiên cứu:
a) Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót chainhựa tự động Hệ thống bao gồm những phần chính như: băng tải, cơ cấu bơmnước, mâm xoay, cơ cấu cấp nắp tự động, cơ cấu vặn nắp
b) Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động Chainước nhựa loại nắp vặn với dung tích 297 ml Hệ thống điều khiển bởi bộ điềukhiển PLC
c) Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm sản xuất và lập trình điều khiển hệthống.
d) Nghiên cứu thiết kế: Tính toán, thiết kế cơ cấu cơ khí, thiết kế bộ điều khiểntrung tâm và lập trình PLC.
e) Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo mô hình Đề tài được trình bày qua những nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan hệ thống.
Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển
Trang 10Chương 4: Thiết kế mạch điện, chương trình và giao diện điều khiển.
Trang 11Mục Lục
LỜI CẢM ƠN 8
LỜI NÓI ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG 14
1.1 Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa 14
1.1.1 Tổng quan về tự động hóa 14
1.1.2 Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa 15
1.2 Giới thiệu hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động 16
1.3 Tính cấp thiết đề tài 19
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 20
2 Kết cấu của hệ thống 20
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 36
3.1 Tổng quan về mô hình chiết rót 36
3.2 Thiết bị đầu vào 36
3.2.1 Tính toán lựa chọn thiết bị 36
3.2.2 Cảm biến tiệm cận E18 – D80NK 41
3.2.3 Driver TB6600 42
3.2.4.Rơ-le MY2N- 24VDC 8 chân det OMRON 45
3.2.5 Van điện từ khí nén Airtac 4V210 – 08 46
Trang 124.2.2 Tín hiệu ra 51
4.3 Chương trình PLC 51
4.3.1 Kiểm tra phiên bản PLC Kết nối PLC với PC bằng cáp Ethernet 51
4.3.2 Các bưới cài đặt PLC a, kết nối PLC vs máy tính 54
4.4 Code PLC 56
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ BÁO CÁO 62
5.1 Thực nghiệm: 62
5.2 Đánh giá kết quả của dự án : 64
5.3 Hướng phát triển trong tương lai : 64
Mục Lục bảng
Bảng 3.1-Cài đặt vi bước cho driver 44Bảng 3.2-Hiệu chỉnh thông số driver 45
Bảng 3.3- Thông số kỹ thuật van điện từ khí nén Airtac 4V210 - 08 48
Bảng 4.1 51
Bảng 4.2 52
Trang 13Mục Lục hình ảnh
Hình 1.1: Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động của công ty Mizuchan 18
Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống 20
Hình 2.2: Mặt trên mâm xoay 21
Hình 2.3: Kích thước mâm xoay 22
Hình 2.4: Cấu tạo mâm xoay 23
Hình 2.5: Động cơ step 57x57x35 24
Hình 2.6: Động cơ bơm nước HY 3865 25
Hình 2.7 Cấu tạo cơ cấu cấp nắp 26
Hình 2.8: Kích thước thanh gạt nắp chai 27
Hình 2.9: Cấu tạo cơ cấu đóng nắp chai 28
Hình 2.10: Cấu tạo cơ cấu vặn nắp chai 28
Hình 2.11: Động cơ giảm tốc GB37-3530 29
Hình 2.12: Xi lanh đôi TN10X50 – S 30
Hình 2.13: Băng tải PVC 32
Hình 2.14: Động cơ JGB37 – 520 33
Hình 2.15: Cấu tạo băng tải 34
Hình 2.16 Hệ thống cơ khí sau khi hoàn thiện thiết kế 35
Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ của hệ thống 36
Hình 3.2: Một số loại cảm biến quang trong thực tế 37
Hình 3.3: Cảm biến hồng ngoại E18 – D80NK 38
Hình 3.4: Van điện từ khí nén AIRTAC 4V210-08 39
Hình 3.5: Cấu tạo hoạt đông rơ-le trung gian (tiếp điểm) 40
Hình 3.6: Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON 40
Hình 3.7: Cảm biến tiệm cận E18-D80NK 41
Hình 3.8: Driver TB6600 44
Hình 3.9: Rơ-le MY2N – 24VDC 8 chân dẹt OMRON 45
Hình 3.10: Cấu tạo và ký hiệu của van điện từ 5/2 46
Trang 14Hình 3.11: Van điện từ khí nén 4V210 – 08 46
Hình 3.12: PLC S7 1200 48
Hình 4.1 50
Hình 4.2 cáp Ethernet 51
Hình 4.3 Giao diện TIA Portal 52
Hình 4.4 Thiết bị truy cập 52
Hình 4.5 Thiết bị khả dụng 53
Hình 4.6 Thông tin chi tiết về PLC 54
Hình 4.7 Tạo New Project 54
Hình 4.8 Chọn cấu hình thiết bị 55
Hình 4.9 Thêm PLC đúng 55
Hình 4.10 Không gian làm việc trong phần mềm TIA Portal 56
Hình 4.11: Điều khiển Motor Bước (1) 56
Hình 4.12: Điều khiển Motor Bước (2) 57
Hình 4.13: Điều khiển Motor Bước (3) 57
Hình 4.14: Điều khiển Motor Bước (4) 58
Trang 15CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG1.1.Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa
1.1.1 Tổng quan về tự động hóa
Tự động hóa là việc sử dụng công nghệ và hệ thống để thực hiện các công việc mà trước đây thường đòi hỏi sự can thiệp thủ công hoặc sự tham gia của con người Mục tiêu chính của tự động hóa là tăng cường hiệu quả, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ.
Lợi ích của tự động hóa:
- Tăng hiệu quả: Hệ thống tự động hóa có thể thực hiện các công việc lặp đi lặp lại một cách chính xác và nhanh chóng hơn con người, giúp tiết kiệm thời gian và nhân lực.
- Nâng cao chất lượng: Hệ thống tự động hóa có thể kiểm soát chính xác các quy trình, giảm thiểu sai sót và đảm bảo chất lượng sản phẩm/dịch vụ cao hơn.
- Giảm chi phí: Hệ thống tự động hóa giúp giảm chi phí nhân công, chi phí vận hành và chi phí bảo trì.
- Tăng tính an toàn: Hệ thống tự động hóa có thể loại bỏ các công việc nguy hiểm cho con người, giảm thiểu tai nạn lao động.
- Cải thiện khả năng giám sát: Hệ thống tự động hóa cung cấp dữ liệu thời gian thực về hoạt động của hệ thống, giúp dễ dàng theo dõi và khắc phục sự cố.
Ứng dụng của tự động hóa:
Hệ thống tự động hóa có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
- Sản xuất: Hệ thống tự động hóa được sử dụng để điều khiển dây chuyền sản xuất, robot, hệ thống vận chuyển vật liệu, v.v.
- Năng lượng: Hệ thống tự động hóa được sử dụng để điều khiển nhà máy điện, lưới điện, hệ thống năng lượng mặt trời, v.v.
- Giao thông vận tải: Hệ thống tự động hóa được sử dụng để điều khiển đèn giao thông, hệ thống đường bộ, hệ thống hàng không, v.v.
- Y tế: Hệ thống tự động hóa được sử dụng để điều khiển thiết bị y tế, robot phẫu thuật, hệ thống quản lý hồ sơ bệnh án, v.v.
- Nông nghiệp: Hệ thống tự động hóa được sử dụng để điều khiển hệ thống tưới tiêu, hệ thống thu hoạch, hệ thống quản lý đàn gia súc, v.v.
Trang 16Lựa chọn hệ thống tự động hóa:
Khi lựa chọn hệ thống tự động hóa, cần cân nhắc các yếu tố sau:
- Yêu cầu của dự án: Xác định rõ ràng các yêu cầu của dự án về chức năng, hiệu suất, độ chính xác, v.v.
- Ngân sách: Xác định ngân sách dành cho hệ thống tự động hóa.
- Khả năng tích hợp: Đảm bảo hệ thống tự động hóa có thể tích hợp với các hệ thống hiện có khác.
- Khả năng mở rộng: Đảm bảo hệ thống tự động hóa có thể mở rộng để đáp ứng nhu cầu trong tương lai.
- Nhà cung cấp: Lựa chọn nhà cung cấp uy tín có kinh nghiệm cung cấp hệ thống tự động hóa cho các dự án tương tự.
Kết luận:
Tự động hóa là một công cụ mạnh mẽ có thể giúp nâng cao hiệu quả, chất lượng và an toàn cho nhiều dự án Việc lựa chọn hệ thống tự động hóa phù hợp sẽ góp phần quan trọng vào thành công của dự án.
1.1.2 Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa
Bộ điều khiển là bộ phận quan trọng trong hệ thống tự động hóa, có chức năng nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều khiển cho các thiết bịchấp hành Dưới đây là một số loại bộ điều khiển phổ biến được sử dụng trong tự động hóa:
1 Bộ điều khiển logic lập trình (PLC):
Là loại bộ điều khiển phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp.
Có khả năng lập trình linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển theo yêu cầu.
Có cấu trúc mô-đun, dễ dàng mở rộng và bảo trì.
Có khả năng kết nối với các thiết bị khác thông qua mạng truyền thông.2 Bộ điều khiển vi mô (MCU):
Là loại bộ điều khiển tích hợp đầy đủ CPU, bộ nhớ, cổng giao tiếp và các chức năng ngoại vi khác trên một chip.
Có kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ.
Thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa đơn giản, không yêu cầu hiệu suất cao.3 Bộ điều khiển PID:
Là loại bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển các hệ thống có dạng tuyến tính, thời gian đáp ứng ngắn.
Hoạt động dựa trên nguyên tắc điều chỉnh sai số theo tỷ lệ (P), tích phân (I) và đạo
Trang 17hàm (D) của sai số.
Có khả năng điều khiển chính xác, ổn định.4 Bộ điều khiển fuzzy:
Là loại bộ điều khiển sử dụng logic fuzzy để mô phỏng tư duy của con người trong việc đưa ra quyết định điều khiển.
Có khả năng xử lý thông tin mơ hồ, không chính xác.
Thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa phức tạp, khó mô hình hóa bằng toán học.5 Bộ điều khiển mạng nơ-ron:
Là loại bộ điều khiển sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để học hỏi và điều khiển hệ thống.
Có khả năng tự học hỏi từ dữ liệu, thích ứng với các thay đổi của môi trường.Thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa phức tạp, yêu cầu khả năng học hỏi và thích ứng cao.
Lựa chọn bộ điều khiển:
Việc lựa chọn bộ điều khiển phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
- Yêu cầu của ứng dụng: Cần xác định rõ ràng các yêu cầu về chức năng, hiệu suất, độ chính xác, giá thành, v.v của ứng dụng tự động hóa.
- Kiến thức và kinh nghiệm: Cần có kiến thức và kinh nghiệm về các loại bộ điều khiển khác nhau để lựa chọn loại phù hợp nhất.
- Điều kiện môi trường: Cần cân nhắc các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, v.v khi lựa chọn bộ điều khiển.
1.2 Giới thiệu hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động
Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động là một phần quan trọng trong dây
chuyền sản xuất thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, hóa chất, v.v Hệ thống này giúp tự động hóa các công đoạn chiết rót nguyên liệu vào chai và đóng nắp chai, nâng cao hiệu quả và năng suất sản xuất, đồng thời đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.Cấu tạo hệ thống:
Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động bao gồm các bộ phận chính sau:- Băng tải: Dùng để vận chuyển chai rỗng đến vị trí chiết rót và đóng nắp.- Bộ chiết rót: Dùng để chiết nguyên liệu vào chai với độ chính xác cao.- Bộ đóng nắp: Dùng để đóng nắp chai một cách chặt chẽ và đảm bảo vệ sinh.- Hệ thống điều khiển: Dùng để điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống, bao
gồm PLC, cảm biến, van khí nén, v.v.
Trang 18`Nguyên lý hoạt động:
Chai rỗng được đặt lên băng tải và di chuyển đến vị trí chiết rót.
Bộ chiết rót tự động chiết nguyên liệu vào chai theo định lượng đã cài đặt. Sau khi chiết rót, chai được di chuyển đến vị trí đóng nắp.
Bộ đóng nắp tự động đóng nắp chai một cách chặt chẽ.
Chai thành phẩm được di chuyển khỏi hệ thống và chuyển đến công đoạn tiếp theo.
Trang 19Lựa chọn hệ thống:
Khi lựa chọn hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động, cần cân nhắc các yếu tố sau:
- Năng suất sản xuất: Xác định rõ ràng nhu cầu về năng suất sản xuất.
- Loại nguyên liệu: Xác định loại nguyên liệu cần chiết rót (lỏng, sệt, dạng hạt, v.v.).- Kích thước chai: Xác định kích thước chai cần chiết rót.
- Ngân sách: Xác định ngân sách dành cho việc mua sắm hệ thống.Kết luận:
Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động là một giải pháp hiệu quả cho các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, hóa chất, v.v Việc lựa chọn hệ thống phù hợp sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và đảm bảo chất lượng sản phẩm
Hình 1.1: Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động của công ty Mizuchan.
Trang 201.3 Tính cấp thiết đề tài
Trong xã hội hiện đại ngày nay, nhu cầu ăn uống của người dân ngày càng được nâng cao Ngành công nghiệp thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai cũng ngày càng tăng lên về số lượng sản phẩm trên thị trường.
Khảo sát vào năm 2015 của Euromonitor cho thấy, thị trường đồ uống đóng chai đã đạt ngưỡng gần 170 tỉ USD, dự kiến sẽ tăng gần 10% tới thời điểm 2020 Trong phân khúc ngành hàng này, nước chiếm ưu thế với hơn 35% trong tổng thị phần thị trường, còn đồ uống có ga đạt khoảng 22% Nước uống đóng chai sẽ tăng nhanh nhất do người tiêu dùng có xu hướng thích dùng nước uống cung cấp nguồn năng lượng.
Dự báo cũng chỉ ra rằng, thị trường Châu Á – Thái Bình Dương sẽ tiếp tục dẫn đầu thế giới về tăng trưởng trong đó có Việt Nam Sức hấp dẫn tăng trưởng của ngànhnước đóng chai cũng đã thúc đẩy thêm nhiều doanh nghiệp tham gia vào lĩnh vực này.Hệ thống chiết rót tự động là chiết rót một lượng chất lỏng nhất định vào các chai,bình, lọ, Các hệ thống, máy chiết rót tự động được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm Ngành công nghiệp này yêu cầu năng suất cao, nghiêm ngặt về vệ sinh an toàn thực phẩm Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ có cấu tạo và cách hoạt động khác nhau.
Trang 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ2 Kết cấu của hệ thống
-Yêu cầu hệ thống:
Thực hiện việc chiết rót chai nước có thể tích V = 297 ml. Độ bền cao, kết cấu vững chắc.
Thiết kế đảm bảo an toàn, thân thiện.
Băng tải có kích thước hợp lý, gọn gang, phù hợp với không gian. Nắp chai được vặn chặt.
Đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống.Sơ đồ hoạt động của hệ thống:
Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Hệ thống bao gồm:
- Băng tải đầu vào, đưa chai rỗng đến vị trí mâm xoay.
- Cơ cấu bơm nước: bơm nước vào chai theo đúng thể tích 297ml đã quy định.- Mâm xoay: đưa chai đến các vị trí thực hiện các chức năng bơm nước, cấp nắp,
đóng nắp, vặn nắp.
- Băng tải đầu ra: đưa chai đến vị trí kiểm tra.
Trang 22- Mâm xoay có 2 tầng giúp cố định phía trên và dưới của chai
- Đảm bảo số lượng vị trí dừng cho các cơ cấu hoạt động một cách hiệu quả.- Điều khiển đơn giản,
- Kích thước nhỏ gọn, dễ lắp ráp và chế tạo.
Hình 2.2: Mặt trên mâm xoay
Đối tượng nghiên cứu là chai nước 297ml có đường kính Ø58 mm nên nhóm đã lựa chọn thiết kế lỗ đựng chai có kích thước Ø60 mm và kích thước toàn bộ mầm xoay là Ø300 mm.
Trang 23Mâm xoay sau khí thiết kế có cấu tạo như hình 2.4 bao gồm:- Khung đỡ.
- Mâm xoay.- Thành đỡ chai.- Ổ bi.
- Tấm gá động cơ - Động cơ step.
Hình 2.3: Kích thước mâm xoay
Trang 24 Vị trí 3: Đóng nắp.
Vị trí 4: Chai được đóng nắp và đưa đến băng tải đầu ra.- Tính chọn động cơ:
Cơ cấu sử dụng động cơ DC giảm tốc, dù không thể chính xác như động cơ bước nhưng đảm bảo được momen xoắn lớn hơn Ngoài ra còn tăng độ chính xác điều khiểnbằng cách sử dụng công tắc hành trình.
Động cơ nối trực tiếp với mâm xoay thông qua nối trục (vì động cơ đã đảm bảo momen cho mâm xoay).
Thiết kế trên yêu cầu mầm xoay phải chịu tải trọng tối đa của 4 chai nước (tương đương Fmax = 4.3 = 12N) Momen quán tính tạo bởi Fmax:
Tmax = Fmax.r = 12.0.145 = 1,74 Nm (1)
Để đảm bảo điều khiển chính xác và đảm bảo tải, lựa chọn động cơ có tốc độ
Trang 25chậm và momen động cơ lơn hơn rất nhiều so với yêu cầu nên chọn hệ số an toàn ≥3 Nên nhóm đã chọn động cơ ZHENG ZS-RI179i.
Hình 2.5: Động cơ step 57x57x35Thông số kỹ thuật động cơ bước 57x57:
- Điện áp: 12 – 24V.- Dòng điện: 2.5 – 3A.- Số dây: 4 – 6 dây.- Loại: 2 pha.- Góc bước: 1.8 độ.
- Bước góc chính xác: ± 5% (bước đầy đủ, không tải).- Độ chính xác điện trở: ± 10%.
- Độ chính xác điện cảm: ± 20%.- Nhiệt độ tăng: 80° C Max.- Kích thước: 57 x 35 mm.
2.2 Động cơ bơm.
Sử dụng một bơm tại 1 một vị trí trên mâm xoay Phương án có các ưu điểm:- Đồng bộ thời gian cơ cấu đóng nắp, vặn nắp.
- Tránh dừng băng tải nhiều lần làm giảm tuổi thọ động cơ.
Trang 26Tính chọn động cơ bơm:
Trong thực tế, ở các hệ thống chiết rót quy mô công nghiệp, người ta thường sử dụng các loại động cơ bơm nước xoay chiều AC vì công suất lớn, tuổi thọ cao và có thể làm việc liên tục trong thời gian dài Tuy nhiên, với quy mô đồ án nhỏ, nhóm ưu tiên lựa chọn loại động cơ bơm nước một chiều DC vì kích thước nhỏ, tiết kiệm năng lượng và giá thành rẻ.
Dựa trên yêu cầu cơ bản về thời gian bơm đầy nước trong chai là 4s, ta có yêu cầu về tốc độ bơm của động cơ là 3,6lít/phút, nhóm đã lựa chọn động cơ bơm nước HY 3865 với các thông số kỹ thuật như sau:
Hình 2.6: Động cơ bơm nước HY 3865Thông số kỹ thuật của động bơm DC 385:
Điện áp hoạt động: 12VDC ( 9~14VDC) Dòng điện: 2.4A
Lưu lượng: 3.6l/min Áp lực: 90PSI
Trang 272.3 Cơ cấu cấp nắp tự động
Cơ cấu cấp nắp tự động cơ chức năng cấp nắp sau khi chai được bơm đầy, cơ cấu đòi hỏi về khả năng tự động và độ chính xác.
Cơ cấu tạo nắp được thể hiện ở hình 2.8 gồm có: Rãnh chứa nắp.
Thanh gá. Thanh gạt nắp. Thanh giữ nắp.
Hình 2.7 Cấu tạo cơ cấu cấp nắp
Trang 28Nguyên lý hoạt động cơ cấu cấp nắp:
- Cơ cấu cấp nắp lắp ở vị trí đúng đảm bảo cho việc cấp nắp chính xác khi mâm xoay quay.
2.4 Cơ cấu đóng nắp chai.
Cơ cấu bao gồm 2 bộ phận: Đóng nắp và vặn nắp Hai cơ cấu có cùng cơ chế chuyển động tịnh tiến lên xuống bởi xy lanh Ở cơ cấu vặn nắp có động cơ truyền quay để vặn chặt nắp.
- Yêu cầu:
Cơ cấu tịnh tiến chung.
Lực đóng nắp không quá mạnh làm hỏng nắp và vừa để để cân bằng nắp trước khi vặn.
Momen quay đủ để vặn chặt nắp chai.- Cơ cấu truyền chuyển động:
Truyền động tịnh tiến cho bộ phận đóng nắp: xy lanh 2 ty. Truyền động tịnh tiến cho bộ phận vặn nắp: xy lanh đôi.
Truyền động quay cho bộ phận vặn nắp: động cơ DC giảm tốc.- Cấu tạo động cơ đóng nắp chai như hình 2.9, 2.10 gồm:
Giá đỡ cơ cấu đóng. Xy lanh.
Đầu đóng nắp. Giá đỡ cơ cấu vặn. Động cơ
Đầu vặn nắp chai.
Hình 2.8: Kích thước thanh gạt nắp chai
Trang 29Hình 2.9: Cấu tạo cơ cấu đóng nắp chai
Hình 2.10: Cấu tạo cơ cấu vặn nắp chai - Nguyên lý hoạt động:
Chai sau khi đã cấp nắp được mâm xoay đưa đến vị trí đóng nắp Tại đây, xi lanh đi xuống có gắn đầu đóng nắp để nắp chai cân bằng Xi lanh có chức năng đưa động cơ xuống vị trí vặn nắp với yêu cầu quá trình di chuyển không bị lệch hướng Sau khi vặn xong, xi lanh đưa động cơ về vị trí ban đầu
Trang 30- Thiết kế đầu vặn nắp chai:
Đầu vặn được gắn với trục động cơ thông qua nối trục và thực hiện chuyển độngquay, kích thước của nắp chai phù hợp để vừa với nắp chai.
Yêu cầu đầu vặn phải có kích thước phù hợp với kích thước của nắp chai Bề mặttrong có độ nhám đảm bảo tiếp xúc tốt với nắp chai để quá trình vặn nắp không bị trượt.
- Chọn động cơ
Yêu cầu: Động cơ tạo ra momen đủ để vặn chặt nắp chai. Momen cần thiết để vặn nắp tối thiểu là 2.8N.
Chọn động cơ: Động cơ DC giảm tốc GB37-3530.
Hình 2.11: Động cơ giảm tốc GB37-3530.
Động cơ giảm tốc GB37-3530 sử dụng điện áp 24 VDC, có tốc độ quay 60 vòng/phút, là loại động cơ có chổi than với độ bền cao Các bánh răng trong hộp số đều làm bằng kim loại, mô-men xoắn cao và tiếng ồn thấp, có thể nói đây là một động cơ có hướng đặc biệt tốt, có thể làm tốt công việc của bạn cho dù nó được sử dụng trên robot hoặc các động cơ khác.
Trang 31Thông số kỹ thuật:
Tốc độ quay: 20rpm. Điện áp: 24V.
Loại: có chổi than. Đường kính trục: 6mm. Chiều dài động cơ: 59mm. Đường kính động cơ: 37mm. Chiều dài trục: 15.5mm. Cân nặng: 177g.
- Chọn xy lanh:
Đầu xi lanh gắn với tấm gá động cơ, có chức năng mang động cơ chuyển động tịnhtiến lên xuống với hành trình 50 mm Vì vậy yêu cầu xi lanh cứng vững, không bị lệchhướng trong quá trình dịch chuyển, ngoài ra xi lanh phải chống xoay trong khi động cơ vặn nắp hoạt động Dựa vào yêu cầu trên và hành trình của piston nhóm tác giả lựa chọn loại xi lanh đôi TN 10X50-S.
Hình 2.12: Xi lanh đôi TN10X50 – S.- Thông số kỹ thuật:
Đường kính: 10mm. Ren 5mm.
Áp suất: 0,15 ~ 1MPA Nhiệt độ: -20° ~ 70°C.
Trang 322.5 Băng tải.
Băng tải hiểu đơn giản là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B Thay vì vận chuyển sản phẩm bằng công nhân vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo ra môi trường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó Nói đơn giản, băng tải giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suất lao động.
Các loại băng tải thông dụng hiện nay: + Băng tải xích.
+ Băng tải con lăn + Băng tải PVC.
Khung băng tải có thể sử dụng một số vật liệu như: + Nhôm định hình.
+ Đa dạng về kích thước.
+ Đảm bảo tính chắc chắn, ổn định.- Băng tải PVC:
+ Đảm bảo độ đồng phẳng của băng tải + Có khả năng đàn hồi cao, chịu được nhiệt + Giá thành rẻ, độ bền cao
+ Vì đường kính chai nước d = 60 mm nên lựa chọn băng tải có bề rộngB = 80 mm Chiều dài làm việc của băng tải L = 550 mm.
Trang 33Hình 2.13: Băng tải PVC.Yêu cầu về động cơ DC giảm tốc truyền động băng tải.
Kích thước nhỏ gọn dễ gá đặt. Mạch điều khiển đơn giản.Tính chọn động cơ DC giảm tốc:
Chiều dài băng tải: L = 550 mm. Vận tốc băng tải: V = 10m/phút. Độ rộng băng tải: 100mm. Tải trọng: 1,5kg.
Tính chọn động cơ:
Tốc độ băng truyền V = 10m/phút. Đường kinh con lăn 49mm.
Tốc độ động cơ D = V/D.π = 10000/49.π ~ 65 vòng/phút (2) Tính momen xoắn động cơ:
T = mgD/2 = 1,5.10.49/2 = 368 mN.m (3) Tính công suất động cơ:
P = (T × N)/9.55 (kW) = (0,368 × 65)/9.55 = 2,5 kW (4)