Bài tập lớn: Thiết kế hệ thống chiết rót chất lỏng

Bài tập lón môn Kỹ thuật đo lường và cảm biến. Đê tài thiết ké hệ thống chiết rót chất lỏng. Đại Hoc Cong Nghiep Ha Noi của thầy Hà Văn Phương. Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post Viết mãi chưa đủ 200 ký tự để post

ĐAỊ HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN Đề tài Thiết kế hệ thống chiết rót chất lỏng Nhóm Danh sách SV nhóm: Họ Và Tên Mã SV Trần Quốc Duy 0841240271 Lê Văn Hà 0841240013 Phạm Bá Hải 0841240029 Phạm Ngọc Hải 0841240074 Nguyễn Đắc Hạnh 0841240042 Nguyễn Đức Hiếu 0841240031 Nguyễn Văn Hoà 0841240272 Lê Văn Hoà 0841240079 Nguyễn Sinh Hoà 0841240039 Giáo viên hướng dẫn: Hà Văn Phương Chương 1: Tổng quan hệ thống thiết kế Ngày việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lao động sản xuất nhu cầu thiếu.Nó định việc tăng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệu kinh tế, chất lượng sản phẩm Đối với nước phát triển thời kì phát triển nghiệp cơng hóa-hiện đại hóa nước ta nay, việc bước giới hóa hoạt động sản xuất quan trọng việc làm cần thiết Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó, nhóm chúng em tìm hiểu đề tài: “Xét khâu rót chất lỏng vào thùng hệ thống sản xuất”, nhằm phục vụ cho việc chiết rót sản phẩm cho ngành sản xuất có nhu cầu Việc thực tập lớn bổ ích cho sinh viên, giúp sinh viên tự tìm tịi học hỏi, hiểu nhiều quy trình chiết rót cách vận hành nó, từ làm tảng nguồn kiến thức dồi cho sinh viên hoạt động công tác chuyên ngành hoạt động đời sống lĩnh vực thiết kế, thi công, quản lý hệ thống chiết rót Các hệ chiết rót chất lỏng ứng dụng rộng rãi Mặc dù có nhiều cố gắng trình làm đề tài khơng tránh khỏi sai sót cách trình bày phần thể đề tài Mong thầy, bạn góp ý bổ sung thêm để đề tài nhóm em hồn thiện Nhóm xin chân thành cảm ơn!! Trang I Tổng quan công nghệ ứng dụng hệ thống chiết rót chất lỏng Về cơng nghệ, hệ thống chiết rót chất lỏng sử dụng cảm biến, động cơ, điều khiển để điều khiển cho hệ thống hoạt động xác, nhanh chóng, hiệu Hệ thống gồm có: + + + + + + + Kho: chứa thùng rỗng Thùng: chứa chất lỏng cần rót Động cơ: kéo băng tải Hai nút khởi động dừng hệ thống: Start, Stop Bồn chứa: chứa chất lỏng cần rót vào thùng Van 1: điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa Van 2: điều khiển để rót chất lỏng vào thùng Hệ thống chiết rót chất lỏng vào thùng ứng dụng phổ biến nhà máy, xí nghiệp Nó giúp cho việc định mức định lượng trở nên xác, đảm bảo vệ sinh Trong thực tế yêu cầu đo mức lưu lượng chất lỏng xuất nhiều lĩnh vực: + Sản xuất nông nghiệp: đảm bảo lượng nước tưới tiêu cho trồng, đảm bảo lượng nước bể, hồ nuôi thủy hải sản + Công nghiệp sản xuất rượu, bia + Đo mức xăng, dầu khai thác dầu khí + Khống chế mức nước thủy điện, nhiệt điện + Đo mức chất lỏng phịng thí nghiệm, xét nghiệm + Xử lý nước thải nhà máy, thành phố Tùy theo yêu cầu độ xác mức lưu lượng chất lỏng ứng dụng mà lựa chọn loại cảm biến khác II Nguyên lý vận hành hệ thống Trang Theo yêu cầu đề tài ta cần rót chất lòng vào thùng rỗng cao 0,5 m nhờ hệ thống băng chuyền vận chuyển thùng rỗng có bồn chứa chất lỏng cần rótvào thùng rỗng Ngồi cịn có hệ thống đẩy thùng rỗng để chứa chất lỏng Đầu tiên ta thiết kế hệ thống đẩy thùng rỗng xuống băng chuyền: + Khi ấn nút Start động băng chuyền bắt đầu hoạt động + Cảm biến có tín hiệu vào vị trí thùng rỗng bị thiếu đẩy thùng rỗng khác xuống từ kho chứa thùng nhờ 1cảm biến + Khi thùng rỗng đến vị trí bồn chứa cảm biến phát tín hiệu dừng lại + Khi van mở xả chất lỏng xuống thùng rỗng Khi thùng chất lỏng đủ lượng yêu cầu cảm biến Van xả phát tín hiệu động băng chuyền lại tiếp tục chạy + Khi cần dừng hệ thông ấn nút Stop dừng hệ thống động cảm biến hệ thống tạm ngưng hoạt động Tiếp theo hệ thống rót chất lỏng: Cần xác định lượng chất lỏng chứa bồn thùng chứa Khi bồn chứa cịn q chất lỏng( cho chất lỏng cịn 0,5m để tránh tình trạng Van1 không xảkịp so với Van2) ta cần hệ thông bù thêm chất lỏng vào bồn chứa nhờ thongbáo vào cảm biến Van1 có cảm biến để nhận biết chất lỏng đạt đến 1,9m phát tính hiệu cho cảm biến Van1 Van1 đóng lại Trang Trang Chương 2: Nội dung thực I Yêu cầu đề tài + Trình bày tổng quan cơng nghệ ứng dụng hệ thống chiết rót chất lỏng + Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống? + Liệt kê cảm biến có hệ thống + Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? + Trình bày loại cảm biến lựa chọn? + Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến tính tốn xử lý tín hiệu đầu cửa cảm biến để tác động đến đối tượng điều khiển? + Đánh giá sai số hệ thống II Các hướng giải Đối với hệ thống chiết rót chất lỏng này, chúng em sử dụng: - cảm biến: + cảm biến quang loại phản xạ để phát đẩy thùng rỗng xuống khơng có thùng rỗng băng chuyền kho chứa thùng + cảm biến tiệm cận điện dung để phát có mặt thùng rỗng phía van để dừng băng tải + cảm biến tiệm cận điện dung bên bồn chứa để đo lượng nước bồn chứa điều khiển đóng mở van + Cảm biến tiệm cận siêu âm đầu van để đo mức chất lỏng rót vào thùng rỗng điều khiển đóng mở van - Các nút Start, Stop để khởi động dừng toàn hệ thống a) Cảm biến quang Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói cách nôm na, thực chất chúng linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt cảm biến quang, chúng thay đổi Trang tính chất Tín hiệu quang biến đổi thành tín hiệu điện nhờ tượng phát xạ điện tử cực catot (Cathode) có lượng ánh sáng chiếu vào Công dụng chủ yếu cảm biến quang dùng để phát nhiều dạng vật thể khác Cảm biến quang đóng vai trị quan trọng lĩnh vực cơng nghiệp tự động hóa Nếu khơng có cảm biến quang tự động hố khó phát triển  Cảm biến quang loại thu phát độc lập: Là loại cảm biến có phần phát phần thu phận độc lập đặt đối diện nhau: Khi đối tượng xuất vị trí đường tia sáng trạng thái ngõ phận nhận mức thấp “ mức 0”, đối tượng xuất đường tia sáng từ phận phát đến phận nhận trạng thái ngõ phận nhận mức cao “ mức 1” • Đặc điểm cảm biến quang thu phát độc lập: + Độ tin cậy cao Trang + Thích hợp với việc dùng để phát đối tượng mờ đục, không suốt hay đối tượng có tính phản chiếu + Khơng thích hợp để phát đối tượng suốt + Tầm hoạt động xa so với loại lại Một số hoạt động đến cự li 274m + Khoảng cách phát xa + Không bị ảnh hưởng màu sắc, bề mặt đối tượng  Cảm biến quang loại phản xạ: Cảm biến quang loại phản xạ có phát nhận tích hợp chung vỏ hay gọi Vị trí phận song song nhau: Ánh sáng chiếu đến phận phản xạ quay trở lại phận tiếp nhận Khi có đối tượng chặn ánh sáng, ngõ cảm biến thay đổi trạng thái Các đối tượng nhận biết ánh sáng bị ngắt khơng phản xạ lại • Đặc điểm cảm biến quang loại phản xạ: + Độ tin cậy cao + Giảm bớt dây dẫn + Có thể phân biệt vật suốt, mờ, bóng lống Trang Do thùng chứa chất lỏng làm thuỷ tinh suốt nên ta dùng cảm biến quang loại phản xạ Cảm biến quang chịu ảnh hưởng chất lỏng, tần số hoạt động cao, xác, lắp đặt đơn giản nên ta chọn CB quang loại phản xạ b) Cảm biến tiệm cận Là kỹ thuật để nhận biết có mặt hay khơng có mặt vật thể với cảm biến điện từ không tiếp xúc Cảm biến tiệm cận có vai trị quan trọng thực tế Tín hiệu ngõ cảm biến thường dạng logic Đặc điểm: + + + + + Phát vật không cần tiếp xúc ( nên tuổi thọ cao) Tốc độ đáp ứng nhanh Led hiển thị trạng thái Out Đạt tiêu chuẩn IP67 ( tiêu chuẩn IEC) Đầu sensor nhỏ, lắp đặt nhiều nơi, nhiều vị trí, khơng gian hạn chế + Có thể sử dụng mơi trường khắc nghiệt mà loại cảm biến khác khó hoạt động ổn định Có loại cảm biến tiệm cận: điện từ, điện dung siêu âm  Cảm biến tiệm cận điện dung: - Cấu tạo: + Bộ phận cảm biến(các cực cách điện) Trang + Mạch ghi nhận tín hiệu; mạch điện ngõ + Mạch dao động - Nguyên lý hoạt động: dựa thay đổi điện dung vật thể xuất vùng điện trường, từ thay đổi này, trạng thái “On”, “Off” ngõ xác định - Ưu điểm: + Phát vật liệu + Ổn định tốc độ cao + Độ phân giải tốt + Giá thấp  Cảm biến tiệm cận điện cảm - Cấu tạo: + Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm cuộn dây quanh lõi từ đầu cảm ứng + Mạch giám sát - Nguyên lý hoạt động: Sóng cao tần qua lõi dây tạo trường điện từ dao động quanh Trường điện từ mạch bên kiểm soát Khi vật kim loại di chuyển phía trường này, tạo dịng điện (dịng điện xốy) vật Những dịng điện gây tác động máy biến thế, lượng cuộn phát giảm dao động giảm xuống; độ mạnh từ trường giảm Trang 10 Mạch giám sát phát mức dao động giảm sau thay đổi đầu vật phát - Ưu điểm: + Khả chống chịu với môi trường tốt + Phát vật thể không cần tiếp xúc - Nhược điểm: + Chỉ phát vật thể kim loại  Cảm biến tiệm cận siêu âm: - Cấu tạo: Cảm biến gồm phần :phần phát sóng siêu âm phần thu sóng siêu âm phản xạ - Nguyên lý hoạt động: : Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm Thời gian sóng âm từ cảm biến đến đối tượng quay trở lại liên hệ trực tiếp đến chiều dài quãng đường - Ưu điểm: + Đo khoảng cách vật di chuyển + Ít ảnh hưởng vật liệu bề mặt + Không ảnh hưởng màu sắc + Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách + Có thể phát vật nhỏ khoảng cách xa - Nhược điểm: + Sóng phản hồi chịu ảnh hưởng sóng âm tạp âm + Cần khoảng thời gian sau lần sóng phát + Khoảng cách tỉ lệ nghịch với tần số Ta chọn cảm biến tiệm cận điện dung để đo mực nước thùng chứa cảm biến điện dung phát vật liệu (cảm biến điện cảm Trang 11 phát kim loại), giá thành hợp lý thùng chứa ln vị trí cố định Ta dùng cảm biến tiệm cận siêu âm để đo mức nước thùng rỗng ta khơng biết thể tích thùng chứa nên dùng cảm biến đo lưu lượng, đồng thời thùng rỗng di chuyển băng tải nên dùng cảm biến điện dung thùng chứa Trang 12 III Thiết kế vị trí lắp đặt Chú thích sơ đồ: + Kho: chứa thùng rỗng + CB1: Cảm biến quang phản xạ để phát đóng mở kho để thùng rỗng đưa băng tải + CB2: Cảm tiệm quang phản xạ xác định thùng rỗng để băng tải ngừng quay đồng thời xuất tín hiệu cho hệ thống mở van rót chất lỏng vào thùng + CB3: Cảm biến siêu âm phát mức chất lỏng có thùng đạt ngưỡng hay chưa đồng thời xuất tín hiệu đóng mở van cho trình tự (đạt ngưỡng đóng van 2, chưa đạt ngưỡng van lại mở) + Cảm biến tiệm cận điện dung CB4 CB5 đo mức chất lỏng thùng điều khiển van đóng mở Trang 13 Thuyết minh: - Công đoạn 1: Đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng tải: Khi ấn nút start động (M) hoạt động kéo băng tai quay CB1 hoạt động phát có vật thể băng tải hay khơng xuất tín hiệu trung tâm Nếu phát có thùng rỗng băng tải đóng kho chứa thùng,nếu chưa có thùng đẩy thùng rỗng xuống băng tải - Công đoạn 2: Điều khiển động băng tải: Thùng rỗng đưa xuống băng tải qua công đoạn 1, động băng tải (M) hoạt động kéo băng tải đưa thùng đến vị trí van 2, CB2 phát có thùng rỗng đưa tín hiệu trung tâm cho dừng động kéo băng tải (M) để rót chất lỏng vào thùng Nếu chưa rót đầy thùng động M ngừng hoạt động Nếu thùng rót đầy động M tiếp tục hoạt động, quy trình lặp lặp lại - Cơng đoạn 3: Rót chất lỏng vào thùng rỗng: Khi thùng rỗng tới vị trí van 2, CB2 phát có thùng rỗng phát tín hiệu chuyển trung tâm để động M đồng thời van mở cho chất lỏng chảy vào thùng Khi chất lỏng van rót vào thùng rỗng ngưỡng đặt trước cảm biến siêu âm CB3 (là mức chất lỏng đầy) CB3 xuất tín hiệu trung tâm cho tiếp tục mở van Nếu đạt ngưỡng cảm biến đóng van đồng thời tiếp tục cho động M hoạt động Quy trình lặp lặp lại - Cơng đoạn 4: Bơm chất lỏng vào bồn chứa: Trang 14 Khi chất lỏng bồn chứa ngưỡng cảm biến A2 xuất tín hiệu trung tâm cho mở van để chất lỏng đạt ngưỡng cảm biến A1 xuất tín hiệu trung tâm đóng van Quy trình lặp lặp lại IV Tính chọn thiết bị  Cảm biến siêu âm Nguyên lý hoạt động: Ở đỉnh bồn chứa đặt nguồn phát siêu âm mạnh.Luồng phát phát nguồn siêu âm theo chiều xuống đáy bồn chứa.Khi luồng siêu âm gặp mặt chất lỏng phản xạ lên đến đầu thu, thời gian từ lúc phát tới lúc thu : T = 2H1/c Trong T: thời gian từ lúc phát tới lúc thu siêu âm H1: khoảng cách từ bồn chứa tới mặt chất lỏng c: tốc độ truyền siêu âm khơng khí ( vào khoảng 300m/s) Tuy nhiên thành cơng phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật cần đo Những yếu tố bụi, nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trở bình chứa, nhiễu loạn gây bề mặt; chất tạo bọt chí độ gồ ghề góc tạo chùm sóng với bề mặt cần đo góp phần tạo thơng tin khơng mong muốn tín hiệu phản hồi Điều cần thiết người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động ảnh hưởng tới sóng âm phát Những yếu tố quan trọng khác cần ý dùng truyền âm gồm: Sóng âm-điều kiện tiên phép đo sóng âm phải qua chất cần đo Thơng thường khơng khí, mơi trường chân không lại không phù Trang 15 hợp chân khơng, khơng có đủ số phân tử khí làm giảm khả truyền sóng Điều kiện bề mặt-bọt hạt bụi bẩn bám bề mặt chất lỏng hấp thụ sóng âm làm cản trở sóng phản hồi đầu phát; Góc tới góc phản xạ-sóng âm cần phát nhận theo đường thẳng, mặt phản xạ cần mặt phẳng; Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm gửi đến để đo thường làm nhựa với nhiệt độ cao cỡ 60°C Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ làm phép đo mức xác; Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất cao; giá trị lớn loại cảm biến chịu 30 psi (~2 bar); - Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), mơi trường đọng nước, tạp chất làm thay đổi tốc độ sóng âm qua mơi trường khơng khí ảnh hưởng lớn đến độ xác tín hiệu hồi đáp Để tránh sai số môi trường gây cần gắn cảm biến vào vị trí mơi trường dự đốn trước Cảm biến siêu âm hoạt động cách phát xung tín hiệu đo thời gian nhận tín hiệu trở vể Sau đo tín hiệu trở cảm biến siêu âm, ta tính thời gian từ lúc phát đến lúc nhận tín hiệu Từ thời gian tính khoảng cách Nếu đo xác thời gian khơng có nhiễu, mạch cảm biến siêu âm trả kết xác Chọn cảm biến siêu âm HC- SR04 Trang 16 + Nguồn làm việc: 5V + Dịng tiêu thụ : < 2mA + Tín hiệu đầu ra: xung HIGH (5V) LOW (0V) + Khoảng cách đo: 2cm - 300cm (3 mét) + Độ xác: 0.5cm Cảm biến gồm có chân +Vcc -> nguồn 5V +Trig -> nối vi điều khiển (ngõ phát) +Echo -> nối vi điều khiển (ngõ thu) +Gnd -> nối âm  Cảm biến tiệm cận điện dung Trang 17 Cảm biến tiệm cận E18-D50NK NPN Thông Số Kỹ Thuật: + Điện áp hoạt động: 5VDC + Dòng tiêu thụ 15mA + Khoảng cách phát điều chỉnh tử - 50 cm < Vặn biến trở> + Logic TTL dòng điều khiển lên tới 100mA + Nhiệt độ làm việc (-25) - 55 độ + Dây đen: Data , Dây Xanh: GND, Dây nâu: Vcc *Có nhiều nguyên nhân để lựa chọn cảm biến cho phù hợp với hệ thống vấn đề tính áp dụng thực tế ( ưu điểm hệ thống, việc lắp đặt, môi trường làm việc, cách thức hoạt động) vấn đề kinh tế Cơng nghệ ln thay đổi đại ngày Trên cảm biến nhóm chọn có ưu điểm dễ lắp đặt, hoạt động ổn định, độ nhạy cao, đáp ứng thời gian ngắn, độ trễ thấp, độ bền khí cao, nhỏ gọn,… đặc biệt so sánh với cảm biến loại giá Trang 18 thành phải nên vốn đầu tư ban đầu không cần cao mà chất lượng mang hiệu  Cảm biến quang loại phản xạ Cảm biến quang phản xạ BM200-DDT Thông số kỹ thuật: - Điện cung cấp: 12-24VDC - Khoảng cách phát hiện: 200mm - Ngõ ra: NPN Trang 19 - Đối tượng phát hiện: vật suốt, mờ, mờ đục - Nguồn sáng: LED hồng ngoại - Hiển thị LED - Bảo vệ ngược cực, ngắn mạch Do thùng chứa chất lỏng làm thuỷ tinh suốt nên ta dùng cảm biến quang loại phản xạ Cảm biến quang chịu ảnh hưởng chất lỏng, tần số hoạt động cao, xác, lắp đặt đơn giản nên ta chọn CB quang loại phản xạ Trang 20 Chương 3: Kết luận I Các kết đạt - Hiểu rõ khâu rót chất lỏng vào thùng hệ thống sản xuất - Hiểu rõ nguyên lý, cấu tạo cách sử dụng phối hợp cảm biến cách hiệu - Biết chọn thiết bị phù hợp với giá thành chất lượng tốt - Biết đánh giá khâu, cách thức lắp đặt, cách thức vận hành hệ thống tự động - Tích lũy thêm nhiều kiến thức bổ ích - II Nâng cao khả làm việc nhóm Các hạn chế thực - Do khơng có kinh nghiệm thực tế nên làm cịn nhiều sai sót, hạn chế - Do kiến thức hạn chế nên q trình làm có nhiều sơ sài - Chưa lắp đặt cảm biến thực tế nên chưa thấy cách vận hành thực tế thiết bị, chưa đánh giá cách thức hoạt động, độ ổn định, cấu hệ thống III Biện pháp khắc phục - Làm mơ hình nhóm để đánh giá rõ nét hơn, có kinh nghiệm cảm biến định, tăng đáng kể việc tiếp thu từ lý thuyết đến thực hành Trang 21 - Đi tìm hiểu thực tế Trang 22 Mục Lục Contents IV.Tính chọn thiết bị .15 Thông Số Kỹ Thuật: 18 I.Các kết đạt 21 II.Các hạn chế thực 21 III.Biện pháp khắc phục 21 Contents 23 Trang 23 ... công nghệ ứng dụng hệ thống chiết rót chất lỏng Về cơng nghệ, hệ thống chiết rót chất lỏng sử dụng cảm biến, động cơ, điều khiển để điều khiển cho hệ thống hoạt động xác, nhanh chóng, hiệu Hệ thống. .. thống động cảm biến hệ thống tạm ngưng hoạt động Tiếp theo hệ thống rót chất lỏng: Cần xác định lượng chất lỏng chứa bồn thùng chứa Khi bồn chứa cịn q chất lỏng( cho chất lỏng cịn 0,5m để tránh... bày tổng quan cơng nghệ ứng dụng hệ thống chiết rót chất lỏng + Mơ tả nguyên lý vận hành hệ thống? + Liệt kê cảm biến có hệ thống + Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống? + Trình bày loại