Báo cáo thiết kế hệ thống cơ Điện tử Đề tài băng tải chuyển cá

3 LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp thủy sản ngày nay đang trải qua sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực vận chuyển cá, một khía cạnh quan trọng quyết định đến chất lượng và an

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ

-

BÁO CÁO

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài: BĂNG TẢI CHUYỂN CÁ

1 Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng hệ thống băng tải chuyển cá, giúp tăng hiệu suất làm việc, tối ưu hóa quá trình vận chuyển cá và giải phóng sức lao động con người Từ

đó giúp cho việc vận chuyển cá được rút ngắn thời gian, tăng năng suất

2 Nội dung thực hiện:

- Tìm hiểu các phương án vận chuyển cá và chọn ra phương án phù hợp

- Thiết kế và mô phỏng mô hình băng tải chuyển cá tự động

- Xây dựng hệ thống điều khiển tự động hệ thống bằng phần mềm Tia portal và PLC S71500, NX MCD

2

- Với mỗi gầu vận chuyển 5kg cá, năng suất mong muốn 100kg/ 1 phút

- Phần cơ khí cần có: ăng tải chuyển cá, động cơ dầm 1, động cơ dầm 2, thanh răng bbánh răng, gầu vận chuyển

- Phần điện cần có: ó sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống, đưa ra chương trình điều ckhiển PLC tối ưu

- Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả đạt được

3 Thời gian thực hiện:

hiện

1 Khảo sát phương án vận chuyển, và lựa chọn phương án

2 Thiết kế và chọn các thành phần cơ khí Tuần 2

3 Xây dựng sơ đồ mạch điện – điều khiển Tuần 3 – tuần 6

4 Xây dựng thuật toán và lập trình Tuần 7 – tuần 8

5 Chạy thử nghiệm mô phỏng và đánh giá kết quả đạt

3

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp thủy sản ngày nay đang trải qua sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt

là trong lĩnh vực vận chuyển cá, một khía cạnh quan trọng quyết định đến chất lượng

và an toàn của sản phẩm từ điểm đánh bắt đến tay người tiêu dùng Trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng và các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm ngày càng nghiêm ngặt, sự hiện đại hóa và tối ưu hóa quy trình vận chuyển cá đang trở thành điểm đặc biệt quan trọng Nhu cầu vận chuyển cá an toàn là một yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp thủy sản và chế biến cá An toàn trong quá trình vận chuyển đảm bảo rằng sản phẩm

cá không bị tổn thương, giữ nguyên chất lượng, và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm Băng tải vận chuyển cá là một phần quan trọng trong ngành công nghiệp thủy sản, chế biến cá và vận chuyển hàng hóa thủy sản từ nơi đánh bắt đến các cảng cá, nhà máy chế biến hoặc điểm tiêu thụ cuối cùng Được thiết kế để đáp ứng những đòi hỏi khắt khe của ngành này, hệ thống băng tải cá không chỉ là một phương tiện vận chuyển

mà còn là một phần quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và duy trì chất lượng sản phẩm Băng tải cá thường được tích hợp với các công nghệ hiện đại như cảm biến, hệ thống điều khiển tự động và vật liệu chịu mài mòn, nhằm đảm bảo tính hiệu quả, an toàn và bền bỉ trong môi trường làm việc khắc nghiệt của ngành thủy sản Với khả năng vận chuyển lớn, độ chính xác cao, và khả năng đối mặt với môi trường khắc nghiệt, băng tải cá không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn lao động và bảo quản chất lượng của sản phẩm thủy sản từ khi nó rời khỏi nơi đánh bắt đến khi nó đến tay người tiêu dùng Trong khuôn khổ của đề tài này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về vai trò và ưu điểm của hệ thống băng tải trong quá trình vận chuyển cá, cùng những xu hướng và công nghệ mới nhất đang được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về an toàn và chất lượng trong ngành thủy sản đương đại

Là những sinh viên theo học chuyên ngành “Cơ điện tử” cùng những nhu cầu, ứng

dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức thực

4

tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa

Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình băng tải vận chuyển cá”

Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ của quý thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Ngọc Trân để chúng em có thể hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất

5

Mục lục

Chương I: Tổng quan hệ thống băng tải vận chuyển cá 7

Chương II: Tổng quan về các thiết bị cơ khí và tính toán thiết bị 8

Chương III: Thiết kế hệ thống mạch điện (mạch logic tuần tự và GRAFCET) 35

7

Chương I: Tổng quan hệ thống băng tải vận chuyển cá

1.Tổng quan hệ thống băng tải vận chuyển cá

Ngày nay, hệ thống băng tải đóng vai trò quan trọng trong quy trình vận chuyển

cá từ điểm đánh bắt đến các cảng cá hoặc nhà máy chế biến Đây không chỉ là một phương tiện vận chuyển mà còn là một phần quan trọng của chuỗi cung ứng thủy sản, đóng góp đáng kể vào hiệu suất, an toàn, và chất lượng của sản phẩm Nhu cầu về vận chuyển cá từ hầm, đặc biệt là từ tàu cá hoặc nguyên liệu thu mua, đến các điểm chế biến hoặc cảng cá là một yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp thủy sản Nhu cầu

về vận chuyển cá từ hầm, đặc biệt là từ tàu cá hoặc nguyên liệu thu mua, đến các điểm chế biến hoặc cảng cá là một yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp thủy sản

Hệ thống băng tải chuyển cá từ hầm đóng một vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển cá từ tàu cá hoặc khu vực thu mua về các điểm chế biến hoặc cảng cá Dưới đây là một số vai trò chính của hệ thống băng tải trong ngành công nghiệp thủy sản: + Băng tải giúp tăng cường hiệu suất trong quá trình vận chuyển bằng cách tự động hóa quá trình di chuyển cá từ điểm nhập khẩu đến các khu vực chế biến hoặc lưu trữ Điều này giúp giảm thời gian và công sức so với các phương tiện vận chuyển khác như thuyền chở cá bằng tay

+ Băng tải là một giải pháp tự động, giảm sự phụ thuộc vào lao động đồng thời giảm chi phí liên quan đến việc thuê và duy trì nhân công

+ Băng tải thường được thiết kế để giữ cho cá không bị tổn thương trong quá trình vận chuyển Các hệ thống này thường đi kèm với các phương tiện làm mát và hệ thống làm mát để bảo quản chất lượng cá Bằng cách sử dụng hệ thống băng tải, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa quy trình vận chuyển cá, giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và tác động môi trường

Tóm lại, hệ thống băng tải chuyển cá từ hầm chơi một vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình vận chuyển và chế biến cá, đồng thời đảm bảo an toàn và chất lượng của sản phẩm

8

Chương II: Tổng quan về các thiết bị cơ khí và tính toán thiết bị

1 Cấu tạo hệ thống:

❖ Sơ đồ khối:

- Với kích thước của gầu tải như trên: Mỗi gàu tải được xếp cách nhau một

khoảng 30cm như hình vẽ

10

Hình 3 Với chiều cao hầm khoảng 2,5m Ta chọn số lượng gầu tải là 14

- Từ hình 3 ta thiết kế băng tải xích có chiều dài khoảng 2,9m

- Khoảng cách giữa hai gầu tải: 30cm

3) Chọn loại băng tải

trọng ổn định

- Khả năng nâng

hạ ở độ cao

- Tích hợp động

cơ và điều khiển

- Tiết kiệm thời gian và công sức

- An toàn cho người làm việc

- Tính chuyên dụng thấp

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

- Khả năng sử dụng hạn chế trong không gianhẹp thấp

- Bảo trì và sửa chữa thường xuyên

-Sử dụng đa dạng

- Sử dụng đa dạng

- Chi phí đầu tư ban đầu

- Khả năng hạn chế về không gian

- Đòi hỏi bảo trì thường xuyên

→ Chọn băng tải đứng để dễ dàng bảo trì và thay thế, chi phí hợp lý

4) Tính chọn bản lề

- Trọng lượng tải trọng: F=m.g=(5+7).10=120 N

- Mômen của lực tác động lên bản lề: M=F.(B/2)=120.(0,217/2)=13,02 Nm

- Từ đó, ta chọn được bản lề có kích thước 63x44mm chất liệu Inox chịu tải 50kg

5) Hệ thống nâng hạ băng tải

- Thông số: Hệ thống nâng hạ sẽ chịu tải trọng của hệ thống băng tải và tải cá từ

13

+ Pa lăng:

- Ưu nhược điểm của 3 phương pháp:

Palang Piston thủy lực Thanh trượt dẫn hướng thanh răng

- Hiệu suất truyền động cao

- Khả năng chịu tải trọng lớn và làm việc hiệu quả trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt

Nhược điểm - Hệ thống không ổn

định

- Dễ bị rung lắc

- Chi phí cao

- Kích thước lớn và nặng

- Hành trình ngắn

- Việc gia công đòi hỏi độ chính xác cao

⇨ Ta chọn phương án thanh trượt dẫn hướng thanh răng bánh răng

15

+ Piston:

+ Động cơ xích:

Ưu điểm - Điều khiển

nhanh chóng

- Dễ điều khiển vị

trí chính xác

- Hệ thống vận hành ổn định

- Công suất lớn

và tải lớn

- Truyền động hiệu quả

- Dễ dàng bảo trì

- Chịu tải lớn

- Nâng và vận chuyển các vật thể nặng trong các môi trường công nghiệp

- Độ bền cao

- Khả năng tăng tốc kém

- Tiêu tốn nhiên liệu nhiều hơn

- Có tiếng ồn

- Đòi hỏi bề mặt đường ray phải được làm chính xác

- Đòi hỏi bảo trì đều đặn

⇨ Ta chọn phương án dùng cầu trục và bánh xe cầu trục

7) Khung dầm chịu lực

- Chất liệu: khung chữ I thường được làm bằng thép carbon hoặc thép hợp kim Chất liệu này có tính chất cơ học tốt, giúp khung chữ I chịu được tải trọng và áp lực

- Kiểu dáng: khung chữ I có kiểu dáng chữ "I" với hai cánh song song và một mắt đàn hồi ở giữa Cánh ngoại và cánh trong của khung chữ I có thể có kích thước khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể

- Khả năng tải trọng: khung chữ I được thiết kế để chịu trọng lượng và áp lực từ

18

trên xuống Khả năng tải trọng của nó phụ thuộc vào kích thước, chất liệu và độ dày của cánh ngoài và cánh trong

8) Bản vẽ 2D

19

TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ 1: Động cơ băng tải

- Tốc độ của băng tải ≈ 5 (m/phút) ≈ 0,0833 (m/s)

- Kích thước mỗi khay chứa: 400x500x50 (mm)

=> Khối lượng c a mủ ỗi gàu ≈ 0,5kg

=> T ng ổ khối lượng hàng trên gàu ≈ 4,5kg

- Chiều dài dây đai là: 3m

=> Trọng lượng của dây đai ≈ 8,7kg (1 m2 dây đai cao su dày 1 mm ≈ 1,15 kg)

- Để tính toán và lựa chọn động cơ phù hợp cho hệ thống băng tải của mình, chúng ta cần xem xét các yếu tố sau:

- Trọng lượng hàng hóa trên băng tải: tổng trọng lượng hàng hóa trên băng tải là khoảng

- Đầu tiên tính lực cần thiết để di chuyển hàng hóa:

+ Lực (F) = Trọng lượng của hàng hóa và dây đai x Gia tốc do trọng lực

=> F = (50+8,7) kg x 10 m/s = 587 (N) 2

- Công đưa vật lên A=F.h=587 3=1761 (J)

- Công suất đưa vật lên P=A/t=1761/0,8=2201,25(J)

- Tiếp theo tính công thực hiện trên một đơn vị thời gian (công suất cần thiết) để di chuyển hàng hóa ở tốc độ cho trước trong khi thắng lực ma sát:

Công suất = (𝐶ô𝑛𝑔 𝑥 𝑇ố𝑐 độ 𝑏ă 𝑡ả𝑖𝑛𝑔 )

𝐻𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 ( 𝑊)

Trong đó:

Biên an toàn = 0,2.1015 = 203,004 W

Vì vậy, công suất động cơ được khuyến nghị sẽ là:

Công suất động cơ khuyến nghị = 1015,02+ 203,004 = 1218,024W

Bây giờ, chuyển đổi công suất động cơ thành kilowatt (kW) để lựa chọn động cơ: Công suất động cơ khuyến nghị (kW) = 1218,024W / 1000 = 0,1218 kW

KẾT LUẬN : Chọn động cơ Động Cơ Điện 3 Pha 0,2 kW

Thông số kỹ thuật Motor 1 pha 0 37kw YL tải thường 4 cực chân đế:,

21

2: Động cơ dầm biên ( dầm đôi)

- Tốc độ di chuyển ≈ 5 (m/phút) ≈ 0,0833 (m/s)

=> T ng khổ ối lượng dầm ≈1 tấn

- Tổng khối lượng băng tải vận chuyển ≈ 0 5 tấn,

Để tính toán và lựa chọn động cơ phù hợp cho hệ thống dầm của mình, chúng ta cần xem xét các yếu tố sau:

Hệ số ma sát: hệ số ma sát cho băng tải là μ = 0, 2

Đầu tiên tính lực cần thiết để di chuyển hàng hóa:

Lực (F) = Trọng lượng của hàng hóa và dây đai x Gia tốc do trọng lực

=> F = 1500 kg 10m/s = 15000 (N) 2

- Công suất đưa vật lên P=A/t=15000/0,8=18750 (J)

Tiếp theo tính công thực hiện trên một đơn vị thời gian (công suất cần thiết) để di chuyển hàng hóa ở tốc độ cho trước trong khi thắng lực ma sát:

Biên an toàn = 0,2 8645= 1729 W

Vì vậy, công suất động cơ được khuyến nghị sẽ là:

Công suất động cơ khuyến nghị = 8645+ 1729 = 10374 W

Bây giờ, chuyển đổi công suất động cơ thành kilowatt (kW) để lựa chọn động cơ: Công suất động cơ khuyến nghị (kW) = 10374 W / 1000 = 10,374 kW

KẾT LUẬN : Chọn động cơ Động Cơ Điện 3 Pha 11 kW

Thông số kỹ thuật Motor 3 pha 11kW YL

- Model: TP-11kW-2890

- Công suất: 11kW

- Điện áp: 380V

- Tốc độ: 2890 vòng/Phút

23

3: Tính chọn động cơ bước

- Tốc độ di chuyển ≈ 5 (m/phút) ≈ 0,0833 (m/s)

- Khối lượng băng tải ≈ 0,5tấn

Để tính toán và lựa chọn động cơ phù hợp cho hệ thống dầm của mình, chúng ta cần xem xét các yếu tố sau:

Hệ số ma sát: hệ số ma sát cho băng tải là μ = 0, 2

Đầu tiên tính lực cần thiết để di chuyển hàng hóa:

Lực (F) = Trọng lượng của hàng hóa và dây đai Gia tốc do trọng lực

=> F = 500 kg 10m/s = 5000 (N) 2

- Công suất đưa vật lên P=A/t=5000/0,8=6250 (J)

Tiếp theo tính công thực hiện trên một đơn vị thời gian (công suất cần thiết) để di

24

chuyển hàng hóa ở tốc độ cho trước trong khi thắng lực ma sát:

Công suất = (𝐶ô𝑛𝑔 𝑥 𝑇ố𝑐 độ 𝑏ă 𝑡ả𝑖) 𝑛𝑔

Biên an toàn = 0, 2882= 576 W 2

Vì vậy, công suất động cơ được khuyến nghị sẽ là:

Công suất động cơ khuyến nghị = 2882+ 576 = 3458 W

Bây giờ, chuyển đổi công suất động cơ thành kilowatt (kW) để lựa chọn động cơ: Công suất động cơ khuyến nghị (kW) = 3458 W / 1000 = 3,458kW

KẾT LUẬN : Chọn động cơ Động Cơ Điện 3 Pha 3,5 kW

Thông số kỹ thuật động cơ bước 3 pha:

- Model: 2S130Y-063R8

- Momen xoắn: 40N.m

- Góc bước: 1.8°

25

3 Bản vẽ 2D hoàn thiện:

3.1 Băng tải gầu

3.2 Dầm đôi

26

3.3 Bộ phận băng tải

27

3.4 Thanh răng bánh răng

28

3.5 Bộ phận khung dàn

3.6 Xe con

\

29

3.7 Gàu

3.8 Khung kết nối xe con băng tải

30

3.9 Khung băng tải

31

4 Bản vẽ 3D

- Điện áp đỉnh chịu được: 6KV

- Dòng nhiệt giới hạn: 10A

- Mô đun đầu ra kỹ thuật số 8, 32, 16

-và 64 kênh

- Mô đun ính năng cao với các thông - t

10 (4) A

Kích thước: 12,5cm x 2,8cm x 5cm

34

Chương III: Thiết kế hệ thống mạch điện (mạch logic tuần tự và GRAFCET)

1 Sơ đồ điều khiển:

36

2.2 Mạch động cơ bước

37

2.3 Mạch điều khiển tự động:

D- Ngắt động cơ băng tải

● Dừng quay băng tải

● Động cơ bước đưa băng tải đi lên

● Đụng cữ hành trình M0

+ Xe con đưa băng tải đến vị trí hầm 2

● Động cơ bước hạ băng tải xuống hầm 2

● Đụng cữ hành trình M1

● Kích hoạt quay băng tải

+ Nhấn UP ( lặp lại quá trình đưa băng tải ra khỏi hầm )

+ Xe con đưa băng tải đến vị trí hầm 3 ( lặp lại quá trình hạ băng tải )

+ Nhấp UP ( lặp lại quá trình đưa băng tải ra khỏi hầm )

+ Xe con đưa băng tải đến vị trí hầm 4 ( lặp lại quá trình hạ băng tải )

+ Nhấp UP ( lặp lại quá trình đưa băng tải ra khỏi hầm )

- Kết thúc 1 chu trình, nhấn reset sau đó nhấn start để lặp lại chu trình mới

41

1.3 Sơ đồ Grafcet I

42

1.4 Sơ đồ Grafcet II

*Trạng thái

*Trạng thái

*Trạng thái S3

*Trạng thái S4

2.Cấu hình phần cứng:

46

S6:

S7:

47

Chương Trình switch :

48

4.Kết quả mô phỏng:

Video máy hoạt động:

https://drive.google.com/file/d/1N99adHp_6QfnHlamfvmhV4pohUfGfBTn/view

Tải chương trình xuống PLC:

Bước 1: Nhấn vào nút Simulation để chạy PLC SIM

Bước 2: Nhấn nút “Load” để tải chương trình PLC

Bước 3: Nhấn chọn “Start module” sau đó nhấn “Finish”

Bước 4: Vào khối chương trình nào đó muốn giám sát thực hiện nhấn biểu tượng

đeo kính để online chương trình PLC

Chạy runtime Scada:

Bước 1: Vào màn hình thiết kế giao diện chính nhấn nút “RT”

Bước 2: Giám sát chương trình ở chế độ tự động

Đánh giá kết quả mô phỏng: sau khi thực hiện mô phỏng, nhóm nghiên cứu thấy rằng hệ

thống đã đáp ứng tốt những yêu cầu đặt ra ban đầu, như tăng tốc độ làm việc, cải thiện chất lượng sản phẩm đầu ra

49

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí 1

[2] Sedra và Smith ( 2018) Microelectronic Circuits New York, USA

[3] Bộ môn cơ điện tử - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM Kỹ thuật đo lường và cảm biến

[4] Boylestad và Nashelsky (2019), Electronic Devices and Circuit Theory, Oxford, UK [5]KS Bùi Văn Yên Sử dụng và sửa chữa các loại máy biến áp nhỏ

[6]Jonathan Love (2019) Programming Programmable Controllers Using Rockwell Automation Controllers,Houston, USA

[7] Nguyễn Hữu Lộc(2020) Giáo trình cơ sở thiết kế máy NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM

https://www.youtube.com/watch?v=Hg-bCKDRSlA&t=908s

https://www.youtube.com/watch?v=k0wvJMDiE7I&t=211s

https://www.youtube.com/watch?v=x3ncDZdelRY&t=12s

https://www.youtube.com/watch?v=yEdUQGzB1Ng&list=PLB42gln2CEK4DcFHMT0XBwA428HyAgkyy

https://www.youtube.com/watch?v=SxF1HMM9yiw&list=PLB42gln2CEK4DcFHMT0XBwA428HyAgkyy&index=2