1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động

113 1 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Tác giả Nguyễn Minh Quốc Kha, Phạm Công Lý
Người hướng dẫn ThS. Nguyễn Tấn Đời
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Thể loại Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản 2024
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 113
Dung lượng 10,58 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI (17)
    • 1.1 Đặt vấn đề (17)
    • 1.2 Mục tiêu đề tài (17)
    • 1.3 Nội dung nghiên cứu (17)
    • 1.4 Giới hạn đề tài (18)
  • CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (19)
    • 2.1 Tổng quan về hệ thống cân đóng bao tự động (19)
      • 2.1.1 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao tự động (19)
      • 2.1.2 Một số hệ thống cân đóng bao trên thị trường (23)
    • 2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 (24)
      • 2.2.1 Giới thiệu chung về PLC (24)
      • 2.2.2 Những ưu điểm của PLC so với các bộ điều khiển khác (24)
      • 2.2.3 Những đặc điểm của SIMATIC S7-1200 (25)
    • 2.3 Giới thiệu về xi lanh khí nén (26)
    • 2.4 Cảm biến tải – Loadcell (29)
    • 2.5 Bộ đọc tín hiệu loadcell JY-S60 (30)
    • 2.6 Cơ cấu giám sát bằng HMI (31)
    • 2.7 Mạch điều khiển máy hàn nhiệt (33)
      • 2.7.1 Mạch timer hàn là gì ? (33)
      • 2.7.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động (34)
      • 2.7.3 Ứng dụng của timer hàn (35)
  • CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ (36)
    • 3.1 Thiết kế phần cơ khí (36)
      • 3.1.1 Khung máy (38)
      • 3.1.2 Phễu chứa liệu (41)
      • 3.1.3 Cơ cấu xả liệu (42)
      • 3.1.4 Cơ cấu ép bao – hàn nhiệt (43)
      • 3.1.5 Cơ cấu mở miệng bao (47)
      • 3.1.6 Cơ cấu lấy bao (50)
      • 3.1.7 Dự toán vật tư phần cơ khí (54)
      • 3.1.8 Mô hình toàn hệ thống (55)
    • 3.2 Thiết kế phần điện (56)
      • 3.2.1 Yêu cầu thiết kế phần điện (56)
      • 3.2.2 Sơ đồ khối và chức năng (57)
      • 3.2.3 Lựa chọn thiết bị (58)
        • 3.2.3.1 Bộ phận hàn nhiệt (58)
        • 3.2.3.2 Lựa chọn cân định lượng – loadcell (60)
        • 3.2.3.4 Lựa chọn PLC điều khiển hệ thống (66)
        • 3.2.3.5 Lựa chọn cảm biến và công tắc hành trình (71)
        • 3.2.3.6 Dự toán vật tư phần điện (74)
      • 3.2.4 Sơ đồ nối dây (75)
        • 3.2.4.1 Sơ đồ bố trí tủ điện (75)
        • 3.2.4.2 Sơ đồ nối dây (76)
    • 3.4 Lưu đồ điều khiển (0)
    • 3.5 Thiết kế giao diện HMI giám sát và điều khiển (79)
      • 3.5.1 Giao diện điều khiển (80)
      • 3.5.2 Hệ thống sao lưu dữ liệu, cảnh báo (82)
        • 3.5.2.1 Hệ thống sao lưu dữ liệu (Data Backup System) (82)
        • 3.5.2.2 Hệ thống cảnh báo (Alarm System) (82)
  • CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG (84)
    • 4.1 Giới thiệu (84)
    • 4.2 Thi công phần cơ khí (84)
      • 4.2.1 Thi công khung máy (84)
      • 4.2.2 Thi công phễu chứa liệu (85)
      • 4.2.3 Thi công cơ cấu xả liệu (86)
      • 4.2.4 Thi công cơ cấu ép bao – hàn nhiệt (86)
      • 4.2.5 Thi công cơ cấu mở miệng bao (87)
      • 4.2.6 Thi công cơ cấu lấy bao (88)
    • 4.3 Thi công phần điện (89)
    • 4.4 Thi công giao diện giám sát điều khiển hệ thống (90)
  • CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ (93)
    • 5.1 Kết quả thi công phần cơ khí (93)
      • 5.4.1 Trạng thái 01 (100)
      • 5.4.2 Trạng thái 02 (103)
      • 5.4.3 Trạng thái 03 (104)
      • 5.4.4 Trạng thái 04 (107)
  • CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN (111)
    • 6.1 Kết luận (111)

Nội dung

17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống cân đóng bao tự động Hệ thống cân đóng bao tự động là một công nghệ hiện đại được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nha

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Đặt vấn đề

Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu về tự động hóa các quy trình sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí Một trong những lĩnh vực đáng chú ý là hệ thống cân đóng bao tự động, đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, nông sản, hóa chất và xây dựng Hệ thống này không chỉ giúp tăng tốc độ sản xuất mà còn đảm bảo độ chính xác trong việc đóng gói sản phẩm, từ đó giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa nguồn lực Tuy nhiên, việc thiết kế và triển khai một hệ thống cân đóng bao tự động hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến và sự hiểu biết sâu sắc về quy trình sản xuất cụ thể của từng ngành

Chính vì vậy, nghiên cứu và phát triển hệ thống cân đóng bao tự động là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần quan trọng nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp trong bối cảnh thị trường ngày càng khốc liệt.

Mục tiêu đề tài

- Thiết kế được mô hình cân định lượng với khối lượng 0,1 - 2kg và đóng bao tự động

- Hệ thống dễ vận hành, hoạt động ổn định và độ chính xác tối thiểu 90%

- Ứng dụng thực tế, cân sản phẩm, đóng bao tự động nhanh gọn, hiệu quả,…

Nội dung nghiên cứu

Trình bày tổng quan sơ bộ về các yêu cầu của báo cáo như đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày các hệ thống cân đóng bao hiện có trên thị trường, tổng quan PLC trong công nghiệp, giới thiệu sơ bộ về hệ thống, quy trình công nghệ…

Chương 3: Tính toán và thiết kế

16 Nêu những thiết bị phần cứng sử dụng trong đề tài Trình bày thiết kế mô hình 3D hệ thống Cách kết nối các thiết bị phần cứng trong hệ thống

Chương 4: Thi công hệ thống

Thiết kế sơ đồ trạng thái, chương trình điều khiển, giám sát

Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá

Trình bày kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Trình bày các kết luận sau khi hoàn thành đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển trên thực tế.

Giới hạn đề tài

- Phương pháp điều khiển là điều khiển ngõ ra digital của PLC, kết hợp thu thập dữ liệu từ các ngõ vào ra digital và analog

- Giới hạn về gia công cơ khí nên nhiều chi tiết vẫn chưa đạt tiêu chuẩn trong môi trường công nghiệp

- Độ chính xác của cân định lượng còn kém

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về hệ thống cân đóng bao tự động

Hệ thống cân đóng bao tự động là một công nghệ hiện đại được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong việc đóng gói và bảo quản các sản phẩm như thực phẩm, hóa chất, vật liệu xây dựng, và nhiều mặt hàng khác Các đặc điểm chính của hệ thống này bao gồm:

− Tự động cân và đóng bao: Hệ thống có thể tự động cân lượng sản phẩm cần đóng vào từng túi bao, và sau đó đóng kín túi bao một cách chính xác mà không cần can thiệp bằng tay

− Tốc độ cao: Nhờ việc tự động hóa, hệ thống có thể hoạt động với tốc độ rất nhanh, giúp tăng năng suất sản xuất

− Chính xác: Công nghệ cân đo và đóng gói của hệ thống rất chính xác, giảm thiểu sai sót và lãng phí

− Tiết kiệm chi phí: So với phương pháp đóng gói thủ công, hệ thống tự động giúp tiết kiệm chi phí nhân công và tăng hiệu quả sản xuất

− Giảm rủi ro: Hệ thống tự động loại bỏ các rủi ro liên quan đến quá trình đóng gói thủ công như chấn thương, sai sót, và nhiễm bẩn sản phẩm

2.1.1 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao tự động

Cân đóng bao là hệ thống cân định lượng tự động chuyên dùng để đóng bao hoặc đóng gói các nguyên vật liệu có hình dạng khác nhau theo các định mức được cài đặt sẵn cho từng loại nguyên liệu cụ thể

18 Hình 2.1 Hệ thống cân đóng bao ngoài thực tế [1] Để lắp đặt hoàn thiện một hệ thống cân đống bao tự động, vận hành chuẩn xác, tiết kiệm thời gian và chi phí đầu tư cho doanh nghiệp thì cần rất nhiều bộ phận khác nhau để cấu tạo thành Tuy nhiên, quan trọng nhất vẫn là 3 bộ phận chính được nêu dưới đây:

Hệ thống khung cơ khí: Bao gồm phễu chứa, phễu cân, phễu kẹp, giá đỡ được làm hoàn toàn bằng thép nhập khẩu với kết cấu bền bỉ, vững chắc dưới mọi điều kiện môi trường

Hình 2.2 Khung máy đóng bao tự động ngoài thực tế

Hệ thống cân (Hệ thống cảm biến lực):

Cân đóng bao điện tử chủ yếu sử dụng các cảm biến lực dạng thanh loại nhỏ cho khả năng chịu tải thấp hơn 100kg, nhập khẩu trực tiếp từ các thương hiệu nổi tiếng thế giới như: loadcell L6E/L6E3 Zemic, loadcell UDA Keli, loadcell HSX Keli, loadcell VLC-110S Mavin

Số lượng loadcell sử dụng trong cân sẽ phụ thuộc vào tiêu chí về gia công cơ khó và yêu cầu về độ chính xác của hệ thống cân đóng bao.Thông thường, các dòng cân đóng bao 1 phễu chứa sẽ sử dụng 2 loadcell, cân đóng bao 2 phễu chứa sẽ sử dụng 4 loadcell để đảm bảo kết quả cân chuẩn xác nhất

Hệ thống điều khiển: Cân đóng bao tự động được điều khiển bằng 1 đầu cân điện tử, 1 hệ thống tủ điện và các thiết bị piston, khí nén để truyền lệnh đóng mở cửa xả của từng phễu cân

Hình 2 3 Sơ đồ điều khiển của hệ thống

20 a Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân đóng bao

Hệ thống cân đóng bao tự động vận hàng theo nguyên lý cân định lượng từng mẻ với chu trình hoạt động cụ thể như sau:

Bước 1: Nguyên vật liệu sẽ xả từ phễu chứa xuống phễu cân thông qua các loại cửa xả như: van đóng mở (với nguyên liệu dạng hạt), vít tải (với nguyên liệu dạng bột hoặc sợi), băng tải (với nguyên liệu không thể tự rơi)

Bước 2: Hệ thống cảm biến trọng lượng được gắn tại phễu cân sẽ có chức năng chuyển hóa tín hiệu khối lượng sang tín hiệu điện và truyền vào đầu cân đóng bao chuyên dùng

Bước 3: Đầu cân phát tín hiệu logic sang hệ thống điều khiển đang thực hiện đóng mở cửa xả trước và sau phễu cân

Bước 4: Nguyên vật liệu sau khi được đo lường chuẩn xác tại phễu cân, sẽ xả xuống phễu kẹp để dồn vào bao thành phẩm

Bước 5: Khi bao nguyên liệu đã được đong đầy theo định mức đã cài đặt trước đó Qua hệ thống băng tải đặt dưới phễu kẹp bao, các bao thành phẩm sẽ di chuyển đến vị trí máy hàn nhiệt hoặc máy khâu bao (tự động hoặc điều khiển bằng tay) để thực hiện hành động khâu lại miệng bao và kết thúc quá trình đóng gói nguyên vật liệu

Quá trình đóng gói nguyên vật liệu liệu bằng hệ thống cân đóng bao tự động không chỉ đảm bảo tính chính xác và gia tăng năng suất cho cho doanh nghiệp hơn các cách đóng gói thủ công trước đó Việc đóng gói bằng hệ thống cân đóng bao còn giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian, chi phí đầu tư, giảm thiểu nhân lực giúp tiết kiệm các chi phí phát sinh trong quá trình hoạt động suất, kinh doanh

2.1.2 Một số hệ thống cân đóng bao trên thị trường:

Các hệ thống cân đóng bao hiện có trên thị trường với khối lượng bao từ 5kg trở lên, đóng đa dạng hàng hoá như bột, thức ăn chăn nuôi, hạt giống, khoáng chất, hoá chất,…

Hình 2 4 Hệ thống đóng bao tự động 1 phễu ngoài thực tế

Hình 2 5 Mô phỏng hệ thống đóng bao tự động

Giới thiệu về PLC S7-1200

2.2.1 Giới thiệu chung về PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị làm cho các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có khả năng thay thế cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ le (loại thiết bị phức tạp và cồng kềnh), khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh Logic cơ bản, khả năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề về toán học và công nghệ, khả năng tạo lập, gửi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyền công nghệ

Hoạt động của PLC không quá phức tạp: PLC sẽ nhận tín hiệu từ thiết bị đầu vào hoặc các cảm biến kết nối sau đó dựa trên các tham số đã được lập trình ban đầu mà xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra Tùy thuộc vào yêu cầu công việc, đặc điểm đầu ra, đầu vào mà PLC có thể tự động khởi động, tự động dừng, giám sát và ghi lại dữ liệu về thời gian chạy máy, nhiệt độ và năng suất trong quá trình vận hành PLC còn có thể tự báo động nếu máy gặp sự cố PLC được đánh giá cao với khả năng điều khiển mạnh mẽ, linh hoạt và phù hợp với hầu hết các ứng dụng máy móc hay hệ thống

2.2.2 Những ưu điểm của PLC so với các bộ điều khiển khác:

- Cấu trúc dạng module thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp…

- Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay những module truyền thống để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet…

- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

- Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được

- Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà cần thay đổi lại chương trình

2.2.3 Những đặc điểm của SIMATIC S7-1200

Một số đặc điểm nổi bật của dòng S7-1200 như:

− Kích thước nhỏ gọn và linh hoạt, phù hợp với các ứng dụng không gian hạn chế

− Tích hợp nhiều chức năng như điều khiển logic, giám sát, an toàn và truyền thông

− Hỗ trợ các giao tiếp phổ biến như Profinet, Profibus, AS-Interface, Modbus, v.v…

− Dễ lập trình và cấu hình với phần mềm TIA Portal của Siemens

− Tính năng mở rộng linh hoạt với các module mở rộng I/O, analog, communication

− Hiệu suất xử lý cao, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý nhanh

− Khả năng lập trình và cấu hình từ xa, hỗ trợ tích hợp IoT

− S7-1200 đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản xuất, xử lý nước, năng lượng, giao thông vận tải và nhiều ứng dụng khác [3]

24 Ứng dụng của PLC trong thực tế: Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tủ bảng điện tự động hoá, phục vụ cho nhiều ngành, nhiều loại máy móc như: Cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền…

Hình 2 7 Ứng dụng của PLC trong thực tế

Giới thiệu về xi lanh khí nén

Xi lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, xi lanh khí là một thiết bị cơ học, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động Bởi vì khí nén có khả năng nở rộng, không có sự xuất hiện của năng lượng đầu vào từ bên ngoài Để thực hiện chức năng của mình, khí nén dãn nở ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theo hướng mong muốn

25 Hình 2 8 Xi lanh khí nén a Cấu tạo của xi lanh khí nén:

Xi lanh khí nén có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau:

+ Lỗ cấp khí (cap-end port)

+ Lỗ thoát khí (rod-end port [4]

Hình 2 9 Cấu tạo của xi lanh khí nén

26 b Phân loại xi lanh khí nén:

Xi lanh khí nén 1 chiều:

Xi lanh khí nén 1 chiều hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động đơn Loại xi lanh khí nén này sử dụng khí nén để dịch chuyển piston theo một hướng chuyển động nhất định Piston trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lò xò hoặc một lực đẩy từ bên ngoài Khi quan sát xi lanh khí nén 1 chiều, bạn có thể thấy chúng có 1 lỗ cấp nguồn khí nén và lỗ thoát khí nén trên thân Thông thường, khi sử dụng xi lanh khí nén 1 chiều, người ta sử dụng van điện từ khí nén 3/2 (van điện từ 3 cửa 2 vị trí) để điều chỉnh dòng khí nén

Xi lanh khí nén 1 chiều có 2 dạng cơ bản:

+ Xi lanh khí nén kiểu piston

+ Xi lanh khí nén kiểu màng

Xi lanh khí nén 2 chiều:

Xi lanh khí nén 2 chiều hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép Đây là loại xi lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu Xi lanh khí nén 2 chiều sử dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại Lực đẩy piston được sinh ra từ cả

2 phía, bởi vậy cấu tạo của xi lanh khí nén 2 chiều có 2 lỗ để cung cấp khí nén Với loại xi lanh khí nén 2 chiều này, người ta sử dụng van điện từ loại 4/2, 5/2 hoặc 5/3 để điều chỉnh lưu lượng khí nén Đặc điểm nổi bật của hầu hết xi lanh khí nén 2 chiều là cần piston chỉ có ở 1 phía, vì vậy kích thước 2 đầu piston khác nhau dẫn đến lực tác dụng lên cần của piston khác nhau hoàn toàn Trên thị trường hiện nay có 2 loại xi lanh khí nén 2 chiều:

+ Xi lanh khí nén 2 chiều không có đệm giảm chấn

+ Xi lanh khí nén 2 chiều có đệm giảm chấn, có thể điều chỉnh được hành trình

Xi lanh khí nén 2 chiều đồng bộ là loại xi lanh có cần piston ở cả 2 phía, diện tích 2 mặt bằng nhau, lực sinh ra ở 2 phía gần như hoàn toàn bằng nhau Ngoài ra, còn có một số loại xi lanh khí nén phổ biến khác như xi lanh xoay, xi lanh trượt, xi lanh điện,…

Cảm biến tải – Loadcell

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện Hiện tại Load cell bao gồm các loại Load cell thủy lực, loadcell khí nén, loadcell strain gauge

Dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Phần giá trị lực tác dụng sẽ tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở và vì vậy sẽ trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ

Theo như sơ đồ phía trên, một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell, R1 và R4 của cầu điện trở Wheatstone và phần điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác là R2 và R3

Khi ở trạng thái không tải, điện áp tín hiệu ra sẽ bằng 0 hoặc xấp xỉ bằng 0 Khi đặt vật có khối lượng lên dĩa cân, phần thân Loadcell sẽ bị kéo - nén, làm cho điện trở của các điện trở ở strain gauge sẽ thay đổi theo bởi sự thay đổi độ dài và tiết diện của các dây kim loại trong điện trở

Tuy nhiên, được biết độ biến dạng của thanh kim loại chỉ là phần trọng lượng mà Loadcell đo được Để có thể tìm được khối lượng của vật thì cần phải chia cho gia tốc trọng trường

Khi sản xuất cân, nhà sản xuất sẽ xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng Giúp cho cân luôn đạt được độ chính xác mong muốn

28 Hình 2 10 Mẫu loadcell trên thị trường

Bộ đọc tín hiệu loadcell JY-S60

Thành phần chính trong mạch của bộ khuếch đại tín hiệu loadcell JY-S60 Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell thường bao gồm các thành phần chính:

− Nguồn cung cấp (Power Supply): Cung cấp năng lượng cho mạch hoạt động

− Mạch điều hòa tín hiệu (Signal Conditioning Circuit): Chỉnh sửa tín hiệu đầu vào từ loadcell để loại bỏ nhiễu và ổn định tín hiệu

− Mạch khuếch đại (Amplifier Circuit): Khuếch đại tín hiệu đầu vào từ loadcell lên mức tín hiệu mong muốn

− Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (ADC): Chuyển đổi tín hiệu analog từ loadcell thành tín hiệu digital nếu cần thiết (tùy loại)

− Bộ lọc (Filter): Loại bỏ nhiễu tần số cao hoặc tần số thấp không mong muốn

− Mạch điều khiển (Control Circuit): Quản lý và điều khiển các chức năng của bộ khuếch đại

− Cổng ra (Output Interface): Cung cấp tín hiệu đầu ra chuẩn (như 0-10V, 4- 20mA) để kết nối với các thiết bị khác

Hình 2 11 Bộ khuyếch đại loadcell

Cơ cấu giám sát bằng HMI

HMI là từ viết tắt của 3 chữ cái trong tiếng Anh: Human- Machine- Interface, là một thiết bị để giao tiếp giữa người vận hành và máy móc Nói một cách đơn giản hơn, là bất cứ cách nào để con người “giao tiếp” với một máy móc thông qua một màn hình giao diện thì màn hình đó chính là HMI

- Màn hình: có chức năng cảm ứng để người vận hành máy có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên màn hình giống như chúng ta sử dụng điện thoại cảm ứng hằng ngày Ngoài ra, màn hình HMI còn có thể hiển thị các tín hiệu hoạt động của máy móc thiết bị

- Các phím bấm: để thực hiện các thao tác điều khiển Chip: là CPU của màn hình Bộ nhớ: ROM, RAM, EPROM/ PLASH,…

- Các công cụ xây dựng HMI

- Các hàm và lệnh để điều khiển

- Công cụ kết nối, chương trình cài đặt

- Các ứng dụng mô phỏng

Hình 2 12 Màn hình HMI HMI sử dụng phần mềm đặc biệt để các kỹ sư có thể lập trình chúng một cách chính xác Phần mềm cho phép kỹ sư thiết kế những gì người vận hành có thể nhìn thấy, theo dõi và thao tác được với máy trên màn hình Người lập trình HMI phải lập trình từng chỉ báo, nút bấm đến một địa chỉ đầu vào hoặc đầu ra cụ thể của PLC

Các giao thức truyền thông phổ biến: Modbus, Ethernet/ IP và Profibus Tất cả là mạng công nghiệp, là chuẩn thông dụng nhất trong giao tiếp các thiết bị với nhau

31 Các kỹ sư có thể lập trình HMI để thực hiện hầu hết mọi chức năng có thể được hoặc thông tin được giám sát bởi PLC Do đó, HMI và PLC có thể phối hợp với nhau để giám sát và điều khiển máy

Hình 2 13 Bảng điều khiển HMI

Mạch điều khiển máy hàn nhiệt

Để thiết kế cơ cấu hàn miệng túi, nhóm sử dụng mạch timer hàn, mạch timer hàn được ứng dụng nhiều trong các công trình cần sử dụng dây hàn nhiệt với công suất nhỏ, an toàn và đặt biệt là cực kì dễ sử dụng

2.7.1 Mạch timer hàn là gì ?

Sử dụng dòng điện lớn ngắn mạch với thời gian rất ngắn đủ để tạo độ nóng cho thanh hàn nhiệt ép miệng túi Do là điều khiển độ nóng nên bắt buộc phải có mạch điều khiển thời gian đóng (chập) cho máy hàn mà thao tác thủ công không đáp ứng được Mạch timer cho máy ép miệng túi có tác dụng ngắt nguồn biến áp hàn trong thời gian trễ điều chỉnh được phù hợp với vật liệu bao nilong và công suất hàn để đảm bảo nơi được hàn đáp ứng được chỉ tiêu kỹ thuật dính chắc chắn không có lỗ hở, mối hàn phải đẹp, không bị chảy nhựa

2.7.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

- Điện áp được cấp vào 220V/50Hz đi qua thường đóng của relay đến biến áp 300W Nguồn điện đi qua diode 1N4007 để lấy nửa bán kì dương, sau đó đi qua Zener để ghim áp 24V, tụ điện được gắn thêm vào để làm phẳng tín hiệu điện áp Tiếp đến đi qua biến trở 220K và điện trở 27K và tiếp tục đi vào tụ điện phân cực 47uf/50V

- Công dụng của 2 trở điện và tụi điện này là dùng để hiệu chỉnh thời gian đóng ngắt mạch của nguồn điện đi vào biến áp được tính theo công thức bên dưới Khi nguồn điện đi vào tụ điện thì lúc này tụ điện được nạp sau thời gian T thì tụ được nạp đầy lúc này sẽ tràn qua Zener và ghim áp 6V Khi đó điện áp ở đầu B của transistor C9015 là 6V làm cho 2 cực C và E thông với nhau Khi đó cuộn coil của relay tác động, làm cho tiếp điểm thường đóng hở ra ngắt nguồn điện vào biến áp Ngoài ra diode 1N4007 mắc song song với 2 điện trở có tác dụng khi ngắt nguồn điện tụ điện sẽ xả điện áp qua diode này

Công thức tính thời gian nạp của tụ điện:

Trong đó : V là điện áp mà tụ nạp được trong thời gian t t là thời gian nạp của tụ điện

V o là điện áp ban đầu

RC là giá trị điện trở nhân với giá trị điện dung của tụ

33 Hình 2 14 Mạch timer hàn nhiệt

2.7.3 Ứng dụng của timer hàn

Sử dụng ngõ ra PLC kích qua realy để bắt đầu hàn, trong 1 lần kích dù kích bao lâu thì mạch cũng đảm bảo ngắt điện biến áp hàn trong thời gian đã định sẵn, đảm bảo chỉ vừa đủ cho 1 lần làm nóng Nếu không có mạch sẽ xảy ra tình trạng cháy chảy nhựa thậm chí quá tải mạch điện toàn hệ thống vì lí do khi ngắn mạch thì dòng điện qua biến áp hàn sẽ rất lớn

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Thiết kế phần cơ khí

Thiết kế phần cơ khí của hệ thống cân đóng bao tự động đòi hỏi sự chính xác và tỉ mỉ để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả và an toàn Dưới đây là các yêu cầu cơ bản khi thiết kế phần cơ khí của hệ thống này: a Cấu trúc và khung

− Chất liệu bền bỉ: Sử dụng vật liệu chắc chắn, chống gỉ sét (như thép không gỉ) để đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao

− Thiết kế ổn định: Khung và cấu trúc phải đảm bảo tính ổn định, tránh rung lắc trong quá trình vận hành

− Dễ dàng lắp đặt và bảo trì: Thiết kế sao cho việc lắp đặt, tháo dỡ và bảo trì được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng b Hệ thống đóng bao

− Cơ cấu đóng bao tự động: Thiết kế cơ cấu để tự động mở và đóng bao, giảm thiểu sự can thiệp của con người

− Khả năng tương thích với nhiều loại bao: Hệ thống phải có khả năng tương thích và điều chỉnh dễ dàng cho nhiều loại và kích thước bao khác nhau

− Khả năng niêm phong: Thiết kế cơ cấu niêm phong (kẹp miệng bao, khâu bao hoặc hàn miệng bao) để đảm bảo vật liệu bên trong không bị rò rỉ c Hệ thống điều khiển cơ khí

− Cơ cấu dẫn động: Sử dụng động cơ điện, khí nén hoặc thủy lực để dẫn động các bộ phận cơ khí, đảm bảo độ chính xác và ổn định

− Cảm biến và thiết bị đo lường: Tích hợp các cảm biến vị trí, cảm biến lực, và các thiết bị đo lường khác để giám sát và điều khiển quá trình đóng bao

− Hệ thống bảo vệ an toàn: Thiết kế các cơ cấu bảo vệ an toàn, như các công tắc giới hạn, cảm biến an toàn để ngăn ngừa tai nạn lao động d Thiết kế linh hoạt và tùy chỉnh

− Khả năng điều chỉnh và mở rộng: Hệ thống cần có khả năng điều chỉnh và mở rộng để đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau và dễ dàng nâng cấp

− Module hóa: Thiết kế module hóa để dễ dàng thay thế và bảo trì các bộ phận khi cần thiết e Yếu tố kinh tế

− Chi phí hợp lý: Lựa chọn vật liệu và công nghệ sao cho hệ thống có chi phí hợp lý nhưng vẫn đảm bảo chất lượng và hiệu quả

− Tiết kiệm năng lượng: Thiết kế nhằm tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí vận hành

Giới thiệu phần mềm thiết kế SolidWorks: SolidWorks là một phần mềm thiết kế CAD (Computer-Aided Design) 3D mạnh mẽ, được phát triển bởi Dassault Systemes Đây là một trong những công cụ thiết kế hàng đầu được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ kỹ thuật cơ khí, chế tạo, đến thiết kế sản phẩm và nhiều lĩnh vực khác Dưới đây là một số điểm nổi bật của SolidWorks [5]: + Giao diện người dùng thân thiện

+ Khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ

+ Tích hợp công cụ phân tích và mô phỏng

+ Hỗ trợ thiết kế sản phẩm và phát triển

+ Cộng đồng người dùng và tài liệu hỗ trợ phong phú

36 Hình 3 1 Giao diện người dùng của phần mềm SolidWorks Trước khi thi công mô hình, bắt buộc ta phải thực hiện mô phỏng trên phần mềm, để giảm thiểu khả năng sai xót trong quá trình thi công, mang lại hiệu quả về độ chính xác và giảm bớt thiệt hại về thời gian và kinh tế Ta tiến hành thiết kế các phần của Máy cân đóng bao tự động

− Khung máy phải đảm bảo được độ chắc chắn, không bị rung lắc bởi các chuyển động của xi lanh

− Thiết kế có thể sửa chữa, thay đổi kích thước linh hoạt

Khung máy được cấu tạo từ các phần: Khung đở phễu liệu, khung đở phễu cân, cơ cấu lấy bao, cơ cấu hàn nhiệt, cơ cấu mở miệng bao,…

Phần khung máy được thiết kế dựa trên bố trí của các cơ cấu Được minh hoạ như hình dưới đây:

37 Hình 3 2 Khung máy Kích thước:

Trên thị trường có rất nhiều nguyên vật liệu để làm khung máy, như sắt ống, inox, … Nhóm quyết định sử dụng nhôm định hình kích thước 20x20mm để làm khung cho máy vì nhôm định hình dễ lắp ghép, thay đổi kích thước, đủ độ chắc chắn cho khung máy

Hình 3 3 Thông số kỹ thuật thanh nhôm định hình 20x20mm

38 Hình 3 4 Nhôm định hình 20x20 Bản vẽ 2D thiết kế khung máy trên Solidworks

Hình 3 5 Bản vẽ 2D khung máy

− Phễu có sức chứa tối thiểu 05 kg gạo, đủ cho 10 lần đóng bao (lần 0.5 kg)

− Thời gian cấp liệu 2,5 phút/ lần (chu trình mong muốn 30s/ sản phẩm)

Căn cứ vào yêu cầu thiết kế, thiết kế phễu có thông số như sau:

− Kích thước đáy phễu: 60x80mm

− Kích thước miệng phễu: 200x200mm

− Thể tích thực: ~ 4515cm 3 tương đương 5,4 kg gạo (khối lượng riêng của gạo là 1200kg/m 3 )

− Vật liệu: Nhựa mica 3mm

Hình 3 6 Phễu chứa liệu mô phỏng Bản vẽ thiết kế 2D trên phần mềm Solidworks:

40 Hình 3 7 Bản vẽ 2D phễu chứa liệu

− Xả liệu chậm để cân định lượng (đối với phễu chứa liệu)

− Cơ cấu đóng xả phải đảm bảo kín, không rơi rớt

Thông số kỹ thuật của cơ cấu xả liệu:

− Vật liệu: Nhựa mica 3mm

− Cơ cấu đóng mở: Xi lanh khí nén

Hình 3 8 Cơ cấu xả liệu mô phỏng

41 Bản vẽ thiết kế 2D trên phần mềm Solidworks

Hình 3 9 Bản vẽ 2D cơ cấu đóng mở phễu

3.1.4 Cơ cấu ép bao – hàn nhiệt:

− Ép nhiệt miệng bao phải thật chặt để mối hàn được đẹp, đúng tiêu chuẩn

− Khi ép vào phải có độ đàn hồi nhất định, tránh phản lực tác động ngược vào bộ phận giá đở

− Xi lanh đẩy thanh ép phải có hành trình vừa đủ, tránh cồng kềnh cho mô hình

− Giá đở thiết kế phải đảm bảo được độ chắc chắn và bố trí hợp lý

Cơ cấu ép bao được cấu tạo theo nguyên lý 2 thanh nhựa cứng ép chặt vào nhau như hình dưới đây:

42 Hình 3 10 Mô phỏng hoạt động của cơ cấu hàn nhiệt Sau đó, một mặt của thanh hàn gắn dây điện trở nhiệt và lớp cách ly nhiệt để bao không bị nóng chảy

Thiết kế bộ phận đàn hồi cho bộ phận ép bao, nhóm thiết kế giá đở lò xo để tạo độ đàn hồi cho cơ cấu ép

Hình 3 11 Cơ cấu hàn miệng bao mô phỏng Bản vẽ 2D cơ cấu hàn nhiệt:

43 Hình 3 12 Bản vẽ 2D cơ cấu hàn nhiệt

− Cơ cấu hàn phải có độ đàn hồi nhất định

− Đảm bảo mặt ép phải đủ mạnh, thẳng để miệng bao không bị nếp gấp, hàn không đều

Tính toán lực ép để chọn lò xo cho cơ cấp ép

- Yêu cầu: Phải đủ lực để ép hàn nhiệt và đủ lực kẹp giữ bao không bị rơi xuống khi di chuyển Vì vậy, lực ép của lò xo bằng lực ma sát nghỉ để túi sản phẩm không bị rơi xuống, khối lượng túi sản phẩm: 0.5-1.0 kg:

Fma sát nghỉ>> Ptrọng lực

Ptrọng lực= mg = 1 * 9.8 = 9.8 N (lấy khối lượng max của sản phẩm)

Mà Fma sát nghỉ = Flò xo nén > 9.8 N

l : Chiều dài biến dạng của lò xo để đảm bảo độ đàn hồi l = 3mm

44 Thiết kế 04 lò xo, nên độ cứng K của mỗi lò xo bằng K min / 4= 816 N/m

Ta chọn lò xo sao cho độ cứng >= 816 N/m

Hình 3 13 Lò xo Chọn xi lanh để ép hai thanh hàn nhiệt lại với nhau Yêu cầu:

− Đủ hành trình xi lanh

− Đủ lực để cố định bộ phận ép nhiệt ( Fxilanh > Flò xo ) Để đảm bảo các yêu cầu trên ta chọn 02 xi lanh trục kép hành trình 70mm Dưới đây là thông số xi lanh:

Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật xi lanh khí nén trục kép hành trình 70mm [6] Loại xi lanh Xi lanh khí nén trục kép, tác động kép

Môi chất làm việc Khí nén có áp suất cao Áp suất làm việc 0.1 ~ 1 MPa (14 ~ 145 psi) Áp suất chịu được tối đa 1.2Mpa (215 psi)

Tốc độ xi lanh 30mm/s ~ 500mm/s Điều chỉnh hành trình -10 ~ 0 mm

Sai số hành trình +-1mm Đầu ống gắng ống khí nén M5 x 0.8

45 Hình 3 14 Xi lanh khí nén trục kép hành trình 70mm

3.1.5 Cơ cấu mở miệng bao

− Cơ cấu mở miệng bao hoạt động ổn định

− Độ rộng bao đủ để hứng liệu từ phễu cân xả xuống

Bộ phận mở miệng bao: Mở miệng bao bằng giác hút chân không khí nén kết hợp với xi lanh để mở miệng bao Được minh hoạ như hình dưới đây:

Hình 3 15 Cơ cấu mở miệng bao

46 Lựa chọn xi lanh để mở miệng bao đảm bảo các yêu cầu sau:

− Xi lanh đủ hành trình để mở miệng bao theo yêu cầu thiết kế

− Khi xi lanh đẩy ra, thu vào không bị xoay đầu hút Mục đích để bao không bị biến dạng, trước khi cơ cấu hàn nhiệt tiến hành hàn

➔ Chọn xi lanh trục kép, hành trình 50mm (mở ra miệng bao đường kính 100mm) Thông số kỹ thuật xi lanh:

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật xi lanh trục kép hành trình 50mm

Loại xi lanh Xi lanh khí nén trục kép, tác động kép

Môi chất làm việc Khí nén có áp suất cao Đường kính xi lanh 25mm

Kích thước 131 x 73 x 30mm Áp suất tối đa 1.5 MPa

Hình 3 16 Xi lanh trục kép, hành trình 50mm

47 Thiết kế giá đở giác hút Yêu cầu:

- Cố định giác hút lên đầu xi lanh

- Thiết kế gọn gàng thẩm mĩ

- Độ dày giá đở: 3mm

- Kết nối giác hút: Phi 5mm

Dưới đây là hình mô phòng trên phần mềm Solid Works:

Hình 3 17 Giá đở giác hút

Hình 3 18 Bản vẽ giá đở giác hút

− Lấy từng bao đưa lên vị trí kẹp của cơ cấu tách bao

− Lấy bao nhanh, gọn gàng, không rơi rớt

− Đưa bao đến vị trí đích không bị lệch miệng bao

Cơ cấu hút lấy bao, bao gồm:

− Xi lanh đẩy giác hút xuống hút bao

− Xi lanh đưa bao lên điểm đích

▪ Giác hút khí nén: Dùng tương tự như giác hút của phần tách bao

▪ Xi lanh đẩy giác hút: Sử dụng xi lanh đơn, hành trình 25mm

Thông số kỹ thuật của xi lanh đơn, hành trình 25mm:

Bảng 3 3: Thông số kỹ thuật của xi lanh đơn, hành trình 25mm

Loại xi lanh Xi lanh đơn, tác động kép

Môi chất làm việc Khí nén có áp suất cao Đường kớnh xi lanh ỉ 16

Kích thước Chiều dài tổng 128mm Áp suất tối đa 1.35 MPa

49 Hình 3 19 Xi lanh đơn, hành trình 25mm

Xi lanh đưa bao lên điểm đích Ta chọn xi lanh đơn hành trình 75mm Thông số kỹ thuật xi lanh đơn, hành trình 75mm:

Bảng 3 4: Thông số kỹ thuật của xi lanh đơn, hành trình 75mm

Loại xi lanh Xi lanh đơn, tác động kép

Môi chất làm việc Khí nén có áp suất cao Đường kớnh xi lanh ỉ 20

Kích thước Chiều dài tổng 206mm Áp suất tối đa 1.5 MPa

50 Hình 3 20 Xi lanh đơn hành trình 75mm Kết nối các cơ cấu lấy bao Được minh hoạ như hình dưới đây:

Hình 3 21 Cơ cấu lấy bao nhìn phía trước vào

51 Hình 3 22 Cơ cấu lấy bao nhìn bên phải vào

Hình 3 23 Cơ cấu lấy bao nhìn từ phía sau Bản vẽ 2D cơ cấu lấy bao

52 Hình 3 24 Bản vẽ 2D cơ cấu lấy bao

− Cấu lấy bao thiết kế chắc chắn

− Đưa bao lên 1 góc 90 độ để cơ cấu mở miệng bao dễ dàng lấy bao

3.1.7 Dự toán vật tư phần cơ khí

Thiết kế phần điện

3.2.1 Yêu cầu thiết kế phần điện:

- Khối lượng cân: Xác định khối lượng tối đa mà hệ thống cần cân: 04 kg gạo

- Độ chính xác: Xác định độ chính xác cần thiết của hệ thống cân: +- 0,1kg/ sản phẩm

- Tốc độ đóng bao: Xác định số lượng bao cần đóng trong một khoảng thời gian nhất định: 120 sản phẩm/h

3.2.2 Sơ đồ khối và chức năng

Khối xử lý trung tâm

Khối cân xả liệu Khối mở miệng

Khối lấy bao bao Khối hàn nhiệt

Khối cảm biến Khối nguồn

Hình 3 28 Sơ đồ khối hệ thống Chức năng các khối trong hệ thống:

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn DC 24V cho các thiết bị điều khiển hoạt động và nguồn AC 220V bộ phận hàn nhiệt

- Khối cảm biến: Nhận tín hiệu từ các thiết bị cảm biến tiệm cận, công tắc hành trình với mục đích thu thập tín hiệu, đảm bảo an toàn cho hệ thống,… và đưa tín hiệu về bộ xử lý trung tâm

- Khối xử lý trung tâm: Hệ thống PLC xử lý các tín hiệu đầu vào và đầu ra của hệ thống, đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế

- Khối lấy bao: Chấp hành các lệnh từ khối xử lý trung tâm điều khiển van khí nén đưa xi lanh xuống vị trí lấy bao, và hút bao đưa lên vị trí chờ

- Khối cân xả liệu: Thực hiện xả liệu xuống phễu cân theo lập trình của PLC đủ khối lượng và các điều kiện đặt Tiến hành mở phễu xả liệu xuống bao

- Khối mở miệng bao: Di chuyển tới vị trí chờ của khối lấy bao, tiến hành mở miệng bao chờ phễu xả liệu xuống bao

- Khối hàn nhiệt: Hệ thống xả liệu xong di chuyển vào vị trí xả liệu, tiến hành hàn miệng bao, kết thúc chu trình đóng gói

- Đảm bảo nhiệt độ hàn đủ cao để nilong kết dính chặt chẽ nhưng không gây chảy hoặc cháy nilong

- Hệ thống căn chỉnh và định vị phải linh hoạt để phù hợp với các kích thước và hình dạng khác nhau của bao nilong

- Hệ thống ép bao nilong đủ mạnh để tạo áp lực tiếp xúc tốt nhưng không làm hỏng bao nilong

- Thiết kế cơ khí đơn giản, dễ chế tạo và vận hành

Loại bao được sử dụng: Bao nilong kiếng kích thước 17x28cm

Lựa chọn bộ phận hàn nhiệt: Hiện nay trên thị trường chủ yếu hàn miệng bao bằng dây điện trở, việc cần thiết là lựa chọn dây hàn nhiệt phù hợp với đối tượng được hàn về chiều dài, nhiệt độ mà không làm chảy hoặc cháy bao Ta sử dụng mạch timer hàn nhiệt như mục 2.7 Mạch điều khiển máy hàn nhiệt Bên cạnh đó, cần sử dụng dây điện trở phù hợp với kích thước bao cần đóng Dưới dây là một số loại dây điện trở thông dụng:

- Dây điện trở loại có đai bắt ốc chiều rộng 2mm, 3mm, 4mm, 5mm chiều dài tuỳ chọn 230mm, 330mm,…

+ Ưu điểm: Công suất nhỏ, phù hợp các máy móc nhỏ, ứng dụng được nhiều trong các máy hàn nhiệt mini Dễ tìm thấy linh kiện thay thế

57 + Nhược điểm: Nếu mạch điều khiển không ổn định dễ xảy ra cháy nổ, do điện trở thấp, độ an toàn kém

Hình 3 29 Dây điện trở loại có đai ốc

- Dây nhiệt loại thép nguyên sợi rộng 2mm, 3mm, 5mm, 10mm,…

+ Ưu điểm: Chịu được công suất lớn hơn, ứng dụng trong các máy móc công nghiệp lớn

+ Nhược điểm: Giá thành đắt, khi gặp sự cố khó sửa chửa thay thế, không phù hợp với quy mô đồ án,…

Hình 3 30 Dây điện trở không có đai ốc

58 Căn cứ vào yêu cầu thiết kế và loại bao cần ép, ta chọn dây hàn nhiệt loại có đai ốc, dày 2mm và đáp ứng các yêu cầu: Dễ điều khiển, ổn định, giá thành rẻ, dễ dàng thay thế sửa chữa

Hình 3 31 Mạch timer hàn nhiệt cho dây điện trở

3.2.3.2 Lựa chọn cân định lượng – loadcell a Lựa chọn loadcell

Có thể phân loại loadcells như sau:

- Phân loại theo đặc tính kĩ thuật: Digital, analog

- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịu nén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell)

- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu, dạng chữ S

- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn

Với yêu cầu của hệ thống cân định lượng các sản phẩm dưới 2kg và 01 họng xả liệu Ta chọn:

- 02 loadcell cho hệ thống vì hệ có 1 ống xả liệu

- Trả tín hiệu analog để đọc tín hiệu liên tục

- Loại loadcell: dạng uốn(bending), hình trụ, khả năng chịu tải nhỏ

Ta chọn loại cân 02 kg cho hệ thống có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 3 6: Thông số kỹ thuật của loadcell

Thuộc tính Thông số Đo lực Nén

Thang đo 2kg Điện áp hoạt động 5 Vdc

Loại điện cực Nối dây

− Chân E+: Cấp điện áp dương cho loadcell

− Chân E-: Cấp điện áp âm hoặc nối đất cho loadcell

− Chân A-: Tín hiệu điện áp ngõ ra dương từ loadcell

− Chân A+: Tín hiệu điện áp ngõ ra âm hoặc nối đất từ loadcell

60 Loadcell 2kg thuộc dạng loadcell uốn, nguồn cấp hoạt động 5V, đặc tính ngõ ra 2mV/V có ý nghĩa:

− Điện áp cung cấp (Excitation Voltage): Loadcell cần một điện áp cung cấp

(thường từ 5V đến 15V) để hoạt động Đây là điện áp được đưa vào loadcell để kích hoạt nó

− Tín hiệu ngõ ra (Output Signal): Khi loadcell bị nén hoặc kéo, nó sẽ tạo ra một tín hiệu điện áp tỷ lệ với tải trọng được áp dụng Tỷ lệ này được xác định bởi đặc tính mV/V của loadcell Nếu điện áp cung cấp cho loadcell là 5V và đặc tính của loadcell là 2mV/V, thì tín hiệu ngõ ra của loadcell khi chịu tải trọng tối đa sẽ là:

2 mV/V×5 V mV Điều này có nghĩa là với điện áp cung cấp 5V, khi loadcell chịu tải trọng danh định (tải trọng tối đa mà nó được thiết kế để đo), tín hiệu ngõ ra sẽ là 10mV

Hình 3 32 Sơ đồ và ký hiện chân loadcell b Chọn bộ khuyếch đại loadcell

Với loại loadcell 02kg, nguồn cấp 5VDC, đặc tính ngõ ra 2mV/V ta tiến hành chọn bộ khuyếch đại loadcell JY-S60 với đặc tính ngõ ra 2mV/V

61 Hình 3 33 Ngõ vào ra của bộ khuyếch đại loadcell JY-S60

Ngõ vào bộ khuyếch đại:

- Ngõ E+ (dây đỏ): nguồn (+) cấp cho loadcell

- Ngõ S+ (dây xanh): tín hiệu dương (+) loadcell trả về

- Ngõ S- (dây trắng): tín hiệu âm (-) loadcell trả về

- Ngõ GND (dây đen): Nguồn (-) cho loadcell

Ngõ ra bộ khuyếch đại:

- Ngõ 24V: Nguồn cấp cho bộ khuyếch đại và loadcell hoạt động

- Ngõ I0: Ngõ ra tín hiệu dòng 4-20mA

- Ngõ V0: Ngõ ra tín hiệu áp 0-5V/0-10V

- Ngõ GND: Nguồn 0V cấp cho bộ khuyếch đại và loadcell hoạt động

3.2.3.3 Lựa chọn van cho xi lanh khí nén

Hệ thống được thiết kế để vận hành chủ yếu bằng khí nén, vì vậy việc lựa chọn van khí nén để điều khiển là cực kì quan trọng Dựa vào thông số của các loại xi lanh khí nén ở trên phần thiết kế cơ khí, ta cần xác định các thông số quan trọng để chọn loại van khí nén phù hợp:

- Loại van: Xuất phát yêu cầu điều khiển, có thể chọn van 5/2 hoặc van 3/2 tuỳ mục đích

- Áp suất làm việc: Xác định áp suất làm việc của xi lanh

- Lưu lượng khí: Lưu lượng khí cần thiết để vận hành xi lanh

- Kích thước xi lanh: Đường kính piston và hành trình xi lanh

- Kích thước cổng: Đường kính cổng van phải phù hợp với kích thước ống nối

Các loại van xi lanh khí nén trên thị trường được phân loại theo loại van: Van 2/2, 3/2, 5/2, 5/3, van điều khiển lưu lượng, van điện từ,… Có nhiều hãng sản xuất van xi lanh khí nén nổi tiếng trên thế giới, mỗi hãng đều có những sản phẩm chất lượng cao và uy tín trong ngành công nghiệp như: Festo, SMC Corporation, Parker Hannifin,… Với các yêu cầu của phần thiết kế cơ khí, ta chọn các loại van 5/2 và 3/2 vì có các ưu và nhược điểm sau:

Bảng 3 7: So sánh ưu và nhược điểm của loại van 5/2

Loại van Ưu điểm Nhược điểm

Van 5/2 - Điều khiển linh hoạt

- Tích hợp dễ dàng với hệ thống tự động hoá

- Chi phí cao hơn do thiết kế phức tạp và khả năng điều khiển đa dạng

- Kích thước và trọng lượng lớn hơn các loại van 2/2 hay 3/2

- Phức tạp trong lắp đặt và bảo trì

- Do thiết kế phức tạp hơn nên khả năng hỏng hóc và hao mòn cao hơn các loại van đơn giản

63 Hình 3 34 Van khí nén 5/2 thương hiệu AirTac

Hình 3 35 Sơ đồ van điện từ khí nén 5/2 Bảng 3 8: So sánh ưu và nhược điểm của loại van 3/2

Loại van Ưu điểm Nhược điểm

Van 3/2 - Thiết kế đơn giản

- Tốc độ phản hồi nhanh

- Giới hạn trong ứng dụng, chỉ phù hợp cho các ứng dụng điều khiển xi lanh tác động đơn

- Không điều khiển được vị trí trung gian

- Áp suất làm việc thấp hơn

- Yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên hơn

- Khả năng điều khiển hạn chế

Hình 3 36 Van khí nén 3/2 thương hiệu AirTac

Hình 3 37 Sơ đồ van điện từ khí nén 3/2 Với các yêu cầu của phần thiết kế cơ khí, ta chọn van 5/2 cho các bộ phận yêu cầu di chuyển cả 2 chiều và van 3/2 cho các bộ phận hút chân không

3.2.3.4 Lựa chọn PLC điều khiển hệ thống

Căn cứ vào những ưu và nhược điểm của dòng PLC S7 1200 cùng với yêu cầu thiết kế của hệ thống cân đóng bao tự động, nhóm quyết định sử dụng PLC_siemens,

65 bởi PLC_siemens mạnh về điều khiển quá trình và điều khiển các ứng dụng truyền thông, đáp ứng được yêu cầu bài toán

Bảng 3 9 Số lượng ngõ vào ra của hệ thống

Ký hiệu Input Ký hiệu Output

Cảm biến quang I0.0 Ép bao 2 Q0.0

Công tắc hành trình 1 I0.1 Lấy bao 1 Q0.1

Công tắc hành trình 2 I0.2 Hút bao 2 Q0.2

Công tắc hành trình 3 I0.3 Hút bao 1 Q0.3

Cơ cấu ép nhiệt Q4.0 Đèn báo chạy Q4.1 Đèn báo lỗi Q4.2

Dựa vào số lượng van khí nén ta chọn cấu hình PLC sao cho đáp ứng đủ 04 ngõ vào Digital Input, 13 ngõ ra Digital Output, 02 dầu vào dạng Analog 0-10V của loadcell Chính vì vậy, nhóm quyết định chọn PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC kết hợp module SB1222 4DQ là có thể điều khiển được tất cả đầu vào và đầu ra của hệ thống

66 Hình 3 38 PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC Thông số kỹ thuật SIMATIC S7-1200 1214C DC/DC/DC:

- Ngõ ra, vào: I/O: 14 DI 24VDC; 10 DO 24VDC; 2 AI 0-10 VDC

- Cổng truyền thông Profinet(Ethernet)

- Nguồn cấp: 20,4 – 28,8 VDC, bộ nhớ 75 KB

Sơ đồ chân PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC:

Hình 3 39 Sơ đồ chân PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC Thông số kỹ thuật module SIMATIC S7-1200, Digital output SB 1222, 4 DQ,

- Thông số: Digital output SB 1222, 4 DQ, 24 V DC 200 kHz

Hình 3 40 Module SIMATIC S7-1200, Digital output SB 1222

3.2.3.5 Lựa chọn khối nguồn điều khiển hệ thống: Để chọn tổng công suất nguồn cho một hệ thống, ta cần biết công suất của từng thành phần tiêu thụ điện trong hệ thống, từ đó lựa chọn khối nguồn thật chính xác để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và phù hợp với nhu cầu kinh tế: Các thành phần tiêu thụ điện của hệ thống bao gồm:

- Hệ thống hàn nhiệt, hàn miệng bao: Công suất 2000W

- Hệ thống nguồn 24VDC cho PLC, relay trung gian, van khí nén và đèn báo + Hệ thống PLC: 1,500mA (dòng tiêu thụ tối đa)

+ Đèn báo: 15mA/ đèn Hệ thống có 3 đèn

+ Relay trung gian: 0.06A Hệ thống có 13 relay

68 + Van khí nén: 0.06A Hệ thống có 10 van khí nén

Vậy công suất của nguồn được tính bằng tổng các công suất thành phần nhân với hệ số bù 1,2 (dư 20% công suất) để bù lại phần khởi động hoặc có nhu cầu sửa đổi, thêm thiết bị:

- Dựa vào P tổng, ta chọn nguồn DC 24V có công suất ~ 100W, nguồn VDC

24V 5A là đủ công suất nguồn DC cho hệ thống hoạt động

Hình 3 41 Nguồn tổ ong 24VDC 5A Chọn MCB đóng ngắt nguồn tổng cho toàn bộ hệ thống:

Với tổng công suất nguồn ~ 2,5kw ta chọn MCB 2P 10A làm CB tổng cho hệ thống Có các hãng nổi tiếng trong dòng MCB đóng ngắt như: Schneider,

Mitshubishi, LS, … Với quy mô đồ án, nhóm chọn MCB 2P 10A của hãng MPE, vừa đảm bảo được độ an toàn, vừa tối ưu về phần chi phí

3.2.3.5 Lựa chọn cảm biến và công tắc hành trình a Cảm biến quang

Thiết kế giao diện HMI giám sát và điều khiển

Thiết kế HMI (Human-Machine Interface) cho hệ thống điều khiển máy móc tự động là một nhiệm vụ quan trọng nhằm đảm bảo hiệu quả vận hành, an toàn và

78 trải nghiệm người dùng tốt Dưới đây là các yêu cầu chính khi thiết kế HMI cho hệ thống này:

- Hiệu quả và hiệu suất

- Giao tiếp và giám sát

- Thẩm mỹ và độ tin cậy

Việc tuân thủ các yêu cầu trên sẽ giúp bạn thiết kế một HMI hiệu quả, an toàn và dễ sử dụng, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống máy móc tự động

Giao diện làm việc của hệ thống bao gồm:

- Bảng điều khiển: Bao gồm các nút nhấn khởi động hệ thống, ON/OFF, nút nhấn khẩn cấp, chế độ AUTO/ MAN, cài đặt khối lượng và công suất hàn nhiệt Nút nhấn khẩn cấp dừng mọi hoạt động đang diễn ra, khi reset nút nhấn thì mọi cơ cấu reset như ban đầu

- Bảng giám sát: Giám sát quá trình cân đóng bao dựa vào các tín hiệu thu thập truyền về như đang xả liệu, đang hút bao, đang lấy bao,…

Hệ thống có 2 chế độ làm việc chính:

- Chế độ Auto: Hệ thống tự động lấy bao, cân liệu, xả liệu và hàn nhiệt

79 Hình 3 50 Thiết kế màn hình Scada chế độ Automode cho hệ thống

- Chế độ Man: Dùng khi có sự cố hoặc thử nghiệm các cơ cấu trong hệ thống Thường dùng để điều khiển đơn phương các đối tượng: Xả liệu, xả phễu cân, hút bao 1, hút bao 2,…

Hình 3 51 Thiết kế màn hình Scada chế độ Man cho hệ thống

3.5.2 Hệ thống sao lưu dữ liệu, cảnh báo

Hệ thống sao lưu dữ liệu và cảnh báo của TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) của Siemens là một phần quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ dữ liệu trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp

3.5.2.1 Hệ thống sao lưu dữ liệu (Data Backup System): a Mục đích:

− Bảo vệ dữ liệu quan trọng của hệ thống tự động hóa trước các rủi ro như lỗi phần cứng, lỗi phần mềm, hoặc các thảm họa khác

− Đảm bảo khả năng phục hồi nhanh chóng và chính xác sau sự cố b Chức năng chính:

− Sao lưu tự động: TIA Portal hỗ trợ việc thiết lập các lịch trình sao lưu tự động để đảm bảo rằng dữ liệu luôn được sao lưu định kỳ mà không cần sự can thiệp của con người

− Quản lý phiên bản: Lưu trữ nhiều phiên bản của các tệp dự án để có thể quay lại bất kỳ phiên bản nào khi cần

− Khôi phục dữ liệu: Dễ dàng khôi phục dữ liệu từ các bản sao lưu trong trường hợp xảy ra sự cố

− Lưu trữ đám mây: Hỗ trợ lưu trữ sao lưu trên các dịch vụ đám mây để tăng cường tính an toàn và khả năng truy cập

3.5.2.2 Hệ thống cảnh báo (Alarm System) a Mục đích:

• Giám sát và thông báo về các sự cố hoặc điều kiện bất thường trong hệ thống tự động hóa

• Cung cấp thông tin chi tiết giúp các kỹ sư nhanh chóng xác định và khắc phục sự cố b Chức năng chính:

• Cấu hình cảnh báo: TIA Portal cho phép cấu hình các cảnh báo theo các mức độ ưu tiên khác nhau và thiết lập các điều kiện kích hoạt cảnh báo

• Hiển thị cảnh báo: Các cảnh báo được hiển thị rõ ràng trên giao diện người dùng, bao gồm thông tin chi tiết về sự cố và hướng dẫn xử lý

• Ghi nhật ký cảnh báo: Tất cả các cảnh báo được ghi lại trong một nhật ký để phục vụ cho việc phân tích và cải thiện hệ thống

• Thông báo từ xa: Hệ thống có thể gửi thông báo cảnh báo qua email, tin nhắn SMS, hoặc các hệ thống thông báo khác để đảm bảo rằng người chịu trách nhiệm được thông báo kịp thời

Hình 3 52 Thiết kế màn hình giám sát dữ liệu cho hệ thống

Hệ thống sao lưu dữ liệu và cảnh báo của TIA Portal Siemens là một phần quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn, độ tin cậy và hiệu quả của các hệ thống tự động hóa công nghiệp Bằng cách cung cấp các công cụ mạnh mẽ để sao lưu và khôi phục dữ liệu cũng như giám sát và thông báo về các sự cố, TIA Portal giúp các doanh nghiệp duy trì hoạt động liên tục và giảm thiểu rủi ro

THI CÔNG HỆ THỐNG

Giới thiệu

Hoàn thành xong phần tính toán, chọn vật liệu và thiết bị, ta tiến hành thi công hệ thống theo các tính toán liệt kê ở chương 3 Bao gồm thi công phần cơ khí và thi công phần điện.

Thi công phần cơ khí

Để thi công phần cơ khí, ta tiến hành theo các bước:

- Bước 1: Chuẩn bị vật liệu để tiến hành lắp ráp, thi công

- Bước 2: Thiết kế theo mục 3.1 Thiết kế phần cơ khí và hiệu chỉnh nếu có sai xót về mặt thiết kế

- Bước 3: Lắp đặt các phần lại hoàn chỉnh

Tiến hành thi công khung máy theo bản vẽ đã mô phỏng trên phần mềm Solidworks Sử dụng ke góc vuông chữ L để cố định các góc vuông

Phần khung máy bao gồm các phần sau:

- Phần chân máy: 4 chân cố định 4 góc để giữ mô hình chắc chắn, không bị lắc, rung động trong quá trình máy chạy

- Phần thanh trượt cho cơ cấu lấy bao và hàn nhiệt: 2 thanh gắn song song với nhau, để 2 cơ cấu trên dễ dàng di chuyển qua lại

- Phần khung đở phễu cân

- Phần khung đở phễu liệu

Sau khi thi công khung máy theo bản vẽ ta được phần khung máy như hình dưới đây:

83 Hình 4 1 Thi công phần khung máy

4.2.2 Thi công phễu chứa liệu

Thi công phễu chứa liệu theo thiết kế trên phần mềm Solidworks Phễu được kết cấu từ các lớp mica có độ dày 3mm, có các khớp kết nối với nhau Bên cạnh đó, cần dán keo để làm tăng độ chắc chắn của phễu

Sau khi lắp ráp các chi tiết, ta được phần phễu chứa liệu như hình dưới đây:

84 Hình 4 2 Thi công phễu chứa liệu

4.2.3 Thi công cơ cấu xả liệu

Tiến hành thi công cơ cấu xả liệu như thiết kế trên Solidworks Cơ cấu được kết cấu từ các miếng mica có độ dày 3mm, phần miệng xả có đục lỗ để gắn xi lanh

Sau khi thi công cơ cấu xả liệu như bản vẽ ta được cơ cấu như hình dưới đây:

Hình 4 3 Thi công cơ cấu xả liệu

4.2.4 Thi công cơ cấu ép bao – hàn nhiệt

Tiến hành thi công cơ cấu ép bao theo thiết kế trên phần mềm Solidworks Bao gồm:

- Giá đở xi lanh ép: được cố định bằng ke góc vuông chữ L

- 02 xi lanh hành trình 75mm

- 04 lò xo ở giữa 2 thanh kẹp, tạo độ đàn hồi cho cơ cấu hàn

Sau khi thi công ta được cơ cấu xả liệu như hình dưới đây:

Hình 4 4 Thi công cơ cấu ép bao – hàn nhiệt

4.2.5 Thi công cơ cấu mở miệng bao

Tiến hành thi công cơ cấu mở miệng bao theo thiết kế trên phần mềm Solidworks

- Giá đở xi lanh mở miệng bao

- 02 xi lanh hành trình 75mm

- 02 giác hút chân không để mở miệng bao, được gắn bằng giá đở giác hút Sau khi thi công ta được cơ cấu mở miệng bao theo bản vẽ, ta được cơ cấu mở miệng bao như hình dưới đây:

86 Hình 4 5 Thi công cơ cấu mở miệng bao

4.2.6 Thi công cơ cấu lấy bao

Tiến hành thi công cơ cấu mở miệng bao theo thiết kế trên phần mềm Solidworks

- 01 trục thép phi 8mm: Để cố định xi lanh hút bao

- 02 gối đở bạc đạn phi 8mm: Giúp xi lanh hút bao xoay góc 90 độ

- 01 công tắc hành trình: Xác định cơ cấu đã lấy thành công bao

- 01 xi lanh hành trình 25mm: Tác động đẩy giác hút xuống thùng chứa bao

- 01 xi lanh hành trình 75mm: Tác động đẩy trục thép xoay góc 90 độ, kết nối các phần bằng gối đở trục phi 8mm

- 02 giác hút chân không khí nén: Hút lấy bao

Sau khi thi công ta được cơ cấu lấy bao theo bản vẽ, ta được cơ cấu lấy bao như hình dưới đây:

87 Hình 4 6 Thi công cơ cấu lấy bao

Thi công phần điện

Các bước thi công tủ điện:

- Bước 1: Bố trí các thiết bị dự kiến có trong tủ điện bằng phần mềm Autocad

Hình 4 7 Bố trí layout tủ điện bằng phần mềm Autodesk Autocad

88 Tiến hành đục lỗ nút nhấn, đèn báo, nút dừng khẩn và gắn thanh ray

- Bố trí các thiết bị lên tủ

- Tiến hành đi dây theo đúng bản vẽ

Thi công giao diện giám sát điều khiển hệ thống

Để thi công giao diện giám sát điều khiển hệ thống, ta cần nắm rõ các bước sau:

- Bước 1: Biết cách sử dụng phần mềm thiết kế hệ thống Tia Portal – Scada

- Bước 2: Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của code lập trình

- Bước 3: Tiến hành thiết kế hệ thống theo những yêu cầu từ mục 3.5 Thiết kế giao diện HMI giám sát và điều khiển

Thiết kế các nút điều khiển on/off, hiển thị thông số hệ thống Bao gồm 2 chế độ điều khiển:

- Chế độ Automode: Hoạt động tự động khi nhấn ON Các thông số hệ thống được cài đặt ở phần setting

Hình 4 8 Thi công màn hình điều khiển chế độ Automode

- Chế độ Man: Điều khiển độc lập các cơ cấu trong hệ thống

Hình 4 9 Thi công màn hình điều khiển chế độ Man

- Cài đặt thông số: Cài đặt các thông số cần thiết cho hệ thống như: Khối lượng bao cần đóng, thời gian hàn nhiệt, thời gian chờ xả liệu,…

Hình 4 10 Thi công màn hình cài đặt thông số hệ thống

- Thống kê số liệu hệ thống: Thống kê các thông số chạy của hệ thống như: Số lượng bao đã đóng gói, số lượng bao hỏng, hiển thị cảnh báo,…

Hình 4 11 Thi công màn hình thống kê số liệu của hệ thống

KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ

Kết quả thi công phần cơ khí

Hình 5 1 Hệ thống cân đóng bao mặt trước

92 Hình 5 2 Hệ thống cân đóng bao mặt bên

- Thi công cơ khí đáp ứng cơ bản các yêu cầu kỹ thuật về hệ thống

- Khung máy chắc chắn, điều chỉnh linh hoạt

- Các bộ phận liên kết chặt chẽ, giống 85-90% thiết kế ban đầu Đánh giá:

- Khung máy và các cơ cấu chưa đảm bảo về mặt thẩm mỹ

- Các cơ cấu xả liệu, hút bao vẫn hoạt động theo kiểu truyền thống, khó điều chỉnh tốc độ xả

5.2 Kết quả thi công phần điện

Kết quả thi công lắp đặt tủ hệ thống điện bảo đảm đáp ứng các tiêu chí dưới đây:

- Tủ điện được bảo đảm về an toàn điên

- Thiết kế phù hợp với các thông số kỹ thuật của tủ điện công nghiệp

- Bố trí bên trong các thiết bị, phụ tùng được sắp xếp ngăn nắp, bên ngoài có đầy đủ các đèn báo trạng thái hoạt động và các nút chức năng vận hành hệ thống

Hình 5 3 Thi công tủ điện – bên ngoài tủ

94 Hình 5 4 Thi công tủ điện – bên trong tủ

- Các thiết bị được bố trí đúng theo thiết kế ban đầu

- Đi dây đúng như bản vẽ, chọn lựa thiết bị phù hợp Đánh giá:

- Về mặt thẩm mỹ vẫn chưa đáp ứng được, nhiều chỗ đi dây chưa gọn gàng vì lý do tủ nhỏ hơn so với thiết kế

- Hệ thống điện điều khiển tốt, không gặp sự cố hay sai xót trong quá trình vận hành

5.3 Kết quả thi công giao diện giám sát và điều khiển

Kết quả thi công giao diện giám sát và điều khiển bảo đảm đáp ứng các tiêu chí dưới đây:

Dễ dàng xác định và nhận biết được vị trí và nguồn gốc xảy ra sự cố nhờ vào thiết kế của giao điện hiển thị, vận hành chính xác và hiển thị đầy đủ các thông số cài đặt Khi xảy ra lỗi sẽ có thông báo đến người vận hành rõ ràng về sự cố đang gặp phải

Hình 5 5 Kết quả thu được khi chạy chế độ Automode

96 Hình 5 6 Kết quả thu được khi chạy chế độ Man

Hình 5 7: Kết quả màn hình cài đặt thông số của hệ thống

− Hoàn thành phần giao diện điều khiển hệ thống theo chuẩn công nghiệp

− Dễ dàng điều khiển Đánh giá:

− Giao diện điều khiển thiết kế khoa học

− Dễ dàng vận hành, cài đặt

5.4 Kết quả vận hành hệ thống

Loại bao thực hiện thí nghiệm có kích thước 17x28mm Mỗi mức khối lượng sẽ được thực hiện thực hiện 5 lần để kiểm tra độ thích hợp với hệ thống với tốc độ làm việc hệ thống ở mức trung bình, vì có sự delay giữa các khâu từ khoảng 1-3s trong một khâu

Bảng 5 1 Thời gian hoạt động của các cơ cấu trong 1 chu kì

STT Cơ cấu Thời gian hoàn thành

Với tổng thời gian khoảng 32s/sản phẩm tương đơn công suất 112sp/h (công suất theo khối lượng 56kg/h) Độ chính xác của cơ cấu cân định lượng liệu xả xuống có sai số < 4% (tương ứng với sai số < 20g/500g) vì các nguyên nhân sau:

- Do trong quá trình hoạt động có tác động của ngoại lực làm cho cân rung lắc dẫn đến sai số

- Liệu xả xuống chưa hết vẫn còn một ít liệu dính lại trên phiễu cân, làm cho khối lượng bị sai

- Do lượng liệu còn trên phiễu chứa ít, gây ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy của liệu xuống phiễu cân Để đảm bảo không mắc phải nguyên nhân này thì cần duy trì lượng liệu của mức bằng ẵ phiễu chứa liệu

- Khi chạy thực hiện thí nghiệm trên nhiều mức khối lượng khác nhau, % sai số của các mức khối lượng lớn thường thấp hơn các mức khối lượng nhỏ

- Với khối lượng từ 300-500g, hệ thống cân hoạt động với sai số < 4 % đáp ứng tiêu chuẩn về khối lượng (tiêu chuẩn ~10% tuỳ loại nhiên liệu)

Phễu liệu xả liệu xuống phễu cân đến khi đủ khối lượng yêu cầu

99 Hình 5 8 Trạng thái 01 Đánh giá:

Phễu liệu xả tốc độ vừa phải, xả 500g mất 7s, cơ cấu đóng mở tác động nhanh, đáp ứng yêu cầu thiết kế Bên cạnh đó, xác xuất xả liệu hơn mức cài đặt vẫn còn Để kiểm tra sai số của phễu xả liệu, ta tiến hành xả liệu theo các mức cài đặt 300g, 400g, 500g Mỗi mức 05 lần, ta được bảng nghiệm thu như sau(tiêu chuẩn

100 Bảng 5 2 Bảng nghiệm thu tỷ lệ lỗi trạng thái 01

Khối lượng cân Đạt / Không đạt

4 331 Không đạt Đóng ngắt phễu xả liệu chậm

- Nhìn chung phễu xả hoạt động tốt, xả liệu quá tiêu chuẩn (10%) tỉ lệ thấp ~ 5%

- Nguyên nhân do cơ cấu đóng ngắt chưa đủ nhanh và cài đặt mức đóng ngắt chưa hợp lý

- Hiệu chỉnh biên đóng ngắt để khắc phục tình trạng liệu xả nhiều hơn so với setpoint

Cơ cấu hút lấy bao hoạt động, tiến hành hút lấy bao và đưa lên 1 góc 90 độ, chờ cơ cấu tách bao đến

- Trạng thái 2 hoạt động tương đối dễ và chính xác, đúng theo yêu cầu điều khiển

- Ít xảy ra sai số, khả năng lấy bao bị rớt gần như bằng 0

Cơ cấu tách bao đến, lấy bao, đưa về dưới họng xả liệu Tiến hành tách bao:

Hình 5 11 Trạng thái 03 Đánh giá:

- Cơ cấu mở miệng bao hoạt động vẫn còn nhiều sai số, do mở miệng bao không đồng đều, dẫn đến liệu dễ rơi ra ngoài

- Giác hút chân không không kín khí, rò khí dẫn đến không mở được miệng bao hoặc chỉ một bên hút được

Dưới dây là các trường hợp mở miệng bao bị lỗi:

- Trường hợp 1: 01 trong 2 giác hút không tách được miệng bao, dẫn đến đỗ liệu ra ngoài

103 Hình 5 12 Trường hợp lỗi bao 1

- Trường hợp 2: Hút bao bị lệch, không vào giữa tâm bao ➔ Dẫn đến hàn nhiệt không đạt chất lượng

Hình 5 13 Trường hợp lỗi bao 2

- Trường hợp 3: Mở xéo miệng bao, dẫn tới đổ liệu ra ngoài ➔ Hàn nhiệt không đạt chất lượng

Hình 5 14 Trường hợp lỗi bao 3 Bảng 5 3 Bảng nghiệm thu tỷ lệ hoàn thành của trạng thái 03

STT Khối lượng đặt Đạt / Không đạt

10 Lần 10 Không đạt Đến bao lần thứ 4 hoặc lần thứ 5, bình tích khí nén yếu dần, dẫn đến giác hút không thể mở miệng bao đạt yêu cầu

- Cơ cấu mở miệng bao vẫn có xác suất không đạt

- Nguyên nhân chủ yếu do không đủ lực hút cho giác hút mở miệng bao

Phễu cân xả liệu Xả liệu xong, cơ cấu hàn nhiệt chạy đến dưới phễu cân Tác động xi lanh, tác động relay hàn nhiệt Sau 3s, kéo bao về cuối máy, ngừng tác động xi lanh hàn nhiệt Kết thúc 01 chu kì đóng bao tự động

Hình 5 15 Trạng thái 04 Đánh giá:

- Cơ cấu hàn miệng bao hoạt động khá tốt, tỷ lệ bao bị hỏng 10%

- Nguyên nhân do cơ cấu đóng mở miệng bao không hoạt động tốt, miệng bao bị xéo, dẫn đến việc ép bao không hoàn thành

Dưới đây là các trường hợp lỗi hàn miệng bao:

- Trường hợp 1: Hàn bị dính nếp gấp

- Trường hợp 2: Mối hàn bị xéo, rơi liệu ra ngoài

107 Bảng 5 4 Bảng nghiệm thu tỷ lệ hoàn thành của trạng thái 04

STT Khối lượng đặt Đạt / Không đạt Nguyên nhân

10 Không đạt Trạng thái 03 không đạt dẫn đến trạng thái 04 không đạt

Không đạt Trạng thái 03 không đạt dẫn đến trạng thái 04 không đạt

12 Không đạt Trạng thái 03 không đạt dẫn đến trạng thái 04 không đạt

- Các lỗi của hàn nhiệt nguyên nhân đa số đến từ cơ cấu mở miệng bao

- Phần trăm lỗi ~ 13% (dựa trên % lỗi của cơ cấu mở miệng bao)

Kết thúc chu trình, hệ thống cho ra sản phẩm như sau:

108 Hình 5 18 Sản phẩm của hệ thống cân đóng bao tự đông

Ngày đăng: 26/09/2024, 14:40

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 2.1 Hệ thống cân đóng bao ngoài thực tế [1] - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 2.1 Hệ thống cân đóng bao ngoài thực tế [1] (Trang 20)
Hình 2. 10 Mẫu loadcell trên thị trường - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 2. 10 Mẫu loadcell trên thị trường (Trang 30)
Hình 2. 14 Mạch timer hàn nhiệt - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 2. 14 Mạch timer hàn nhiệt (Trang 35)
Hình 3. 4 Nhôm định hình 20x20  Bản vẽ 2D thiết kế khung máy trên Solidworks - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 3. 4 Nhôm định hình 20x20 Bản vẽ 2D thiết kế khung máy trên Solidworks (Trang 40)
Hình 3. 14 Xi lanh khí nén trục kép hành trình 70mm - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 3. 14 Xi lanh khí nén trục kép hành trình 70mm (Trang 47)
Hình 3. 27 Mô hình toàn hệ thống nhìn từ phải sang - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 3. 27 Mô hình toàn hệ thống nhìn từ phải sang (Trang 56)
Hình 3. 33 Ngõ vào ra của bộ khuyếch đại loadcell JY-S60 - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 3. 33 Ngõ vào ra của bộ khuyếch đại loadcell JY-S60 (Trang 63)
Hình 3. 48 Mạch điều khiển timer hàn miệng bao – tiếp điểm relay 2k13 - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 3. 48 Mạch điều khiển timer hàn miệng bao – tiếp điểm relay 2k13 (Trang 78)
Hình 4. 1 Thi công phần khung máy - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 4. 1 Thi công phần khung máy (Trang 85)
Hình 4. 2 Thi công phễu chứa liệu - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 4. 2 Thi công phễu chứa liệu (Trang 86)
Hình 4. 5 Thi công cơ cấu mở miệng bao - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 4. 5 Thi công cơ cấu mở miệng bao (Trang 88)
Hình 5. 2 Hệ thống cân đóng bao mặt bên - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 5. 2 Hệ thống cân đóng bao mặt bên (Trang 94)
Hình 5. 4  Thi công tủ điện – bên trong tủ - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 5. 4 Thi công tủ điện – bên trong tủ (Trang 96)
Hình 5. 8 Trạng thái 01 - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 5. 8 Trạng thái 01 (Trang 101)
Hình 5. 12 Trường hợp lỗi bao 1 - Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống cân đóng bao tự động
Hình 5. 12 Trường hợp lỗi bao 1 (Trang 105)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w