Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Chiết Rót Nước Giải Khát

Một hệ thống đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ sở sản xuất tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt đó chính là băng tải,băng chuyền.. * Ưu điểm củ

LỜI MỞ ĐẦUHiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật…thì

tự động hóa không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề

Là những sinh viên theo học chuyên ngành “Tự động hóa công nghiệp” 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 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: “Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót nước giải khát”

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 4

1.1 C Ơ SỞ LÝ THUYẾT 4

1.1.1 Băng tải 4

1.1.1.1 Cấu tạo của băng tải 4

1.1.1.2 Vật liệu làm băng tải 4

1.1.1.3 Phân loại và quy mô sử dụng 5

1.1.2 Động cơ 9

1.1.2.1 Động cơ điện xoay chiều 9

1.1.2.2 Động cơ điện một chiều 9

1.1.3 Lựa chọn hệ thống khí nén 11

1.1.3.1 Xy lanh 12

1.1.3.2 Van khí 13

1.1.3.3 Van điều khiển lưu lượng 15

1.1.4 Cảm biến 16

1.1.4.1 Định nghĩa 16

1.1.4.2 Phân loại 16

1.1.4.3 Một số loại cảm biến 17

1.1.4.4 Đầu ra của cảm biến 19

1.1.6 Tổng quan về PLC LOGO 20

1.1.6.1 Khái niệm PLC 20

1.1.6.2 Cấu trúc của PLC 21

1.1.6.4 Vai trò của PLC 23

1.1.6.5 Phân loại PLC 24

1.1.6.7 Các tính năng kỹ thuật của LOGO! 24

1.1.6.8 Lắp ráp và nối dây cho LOGO! 26

1.1.6.8.1 Lắp ráp 26

1.1.6.8.2 Nối với nguồn điện 26

I1………I8 I1 I8 27

1.1.6.8.3 Nối các đầu vào của LOGO! 27

1.1.6.8.4 Nối đầu ra của LOGO! 28

1.1.6.9 Khởi động LOGO! Bật/ Tái khởi động nguồn cung cấp 30

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO 32

2.2.1 Sơ đồ khối 32

2.2.2 Khối nguồn 32

2.2.3 Khối vào/ ra ( I/O ) 33

2.2.4 Khối xử lý trung tâm PLC 33

2.2.4 Khối cơ cấu chấp hành 34

2.3 N GUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 34

2.4.1 thiết kế phần cơ khí 35

2.4.2 Xây dựng chương trình điều khiển 36

2.4.2.1 Tính toán số đầu vào ra 36

2.4.2.2 Lưu đồ thuật toán 37

2.4.2.3 Chương trình điều khiển 39

2.5 H ÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA MÔ HÌNH 40

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

3.1 K ẾT LUẬN 41

3.2 H ƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 41

3.3 K IẾN NGHỊ 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Cơ sở lý thuyết

1.1.1 Băng tải.

Một hệ thống đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ sở sản xuất tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt đó chính là băng tải,băng chuyền

Hiểu một cách đơn giản nhất thì có thể hiểu băng tải là một cơ chế hoặc máy

có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi …) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ một điểm A đến điểm B

Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất với mọi khoảng cách

Vậy hệ thống băng chuyền là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy Góp phần tạo nên một môitrường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao

1.1.1.1 Cấu tạo của băng tải.

* Thành phần cấu tạo

- Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ

- Bộ con lăn, truyền lực chủ động

- Hệ thống khung đỡ con lăn

- Hệ thống dây băng hoặc con lăn

Hình 1.1 Băng tải dạng thảm

- Lưới: chịu được nhiệt, ít bị ăn mòn, ít chịu ảnh hưởng của môi trường, nhẹ nhàng, bền

- Dạng thảm: bên trong phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy băng tải là vật liệu làm bằng lớp in được tết với nhau bên ngoài có phủ lớp silicol dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao được nhập ngoại được sử dụng trong máy móc đòi hỏi độ chính xác cao và yêu cầu công nghệ cao

- Ngoài ra còn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, …

- Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm – 15mm, thông thường khi tháo lắp hoặc thay thế thì các máy móc, thiết bị thường đi kèm các thiết bị gas lắp riêng Tất

cả các băng tải khi dường máy đều có động cơ để kéo trùng băng tải để bảo vệ băngtải không bị giãn, không bị nứt hoặc căng bề mặt

1.1.1.3 Phân loại và quy mô sử dụng.

* Từ cầu tạo và chức năng của băng tải được phân thành các loại chính sau

- Băng tải dạng thảm: lắp đặt dễ dàng

- Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng

Hình 1.2 Băng tải xích

- Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor

- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa ở những độ cao khác nhau.

Hình 1.4 Băng tải đứng

- Băng tải xoắn ốc

Hình 1.5 Băng tải xoắn ốc

- Băng tải linh hoạt

Hình 1.6 Băng tải linh hoạt

- Băng tải rung

Hình 1.7 Băng tải rung

Hình 1.8 Động cơ xoay chiều

* Kết luận: Để đáp ứng được yêu cầu đề tài đưa ra chúng em chọn băng tải thẳng

dạng thảm

1.1.2 Động cơ.

1.1.2.1 Động cơ điện xoay chiều.

* Ưu điểm của động điện cơ xoay chiều:

+ Ít phải bảo dưỡng do không có cổ góp

+ Kết cấu bền vững

+ Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng

+ Dùng nguồn trực tiếp từ lưới, sử dụng dể dàng

+ Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ

* Nhược điểm của động cơ điện xoay chiều:

+ Khi dùng trọng tải lớn thì chịu quá tải kém

+ Luôn vận hành gắn với hệ thống xoay chiều có sẵn

+ Cấu trúc điều khiển phức tạp khó mô tả toán học

1.1.2.2 Động cơ điện một chiều.

Hình 1.9 Động cơ Một chiều

* Ưu điểm của động cơ điện một chiều:

+ Điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà không ảnh hưởng tới điện áp cung cấp Dễ dàng điều chỉnh tốc độ hơn động cơ xoay chiều

+ Có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làmviệc khác nhau

+ Có momen khởi động và làm việc lớn ổn định khi tải thay đổi

+ Chịu quá tải tốt moment khởi động lớn ổn định về tốc độ

* Nhược điểm của động cơ điện một chiều:

+ Là phức tạp về phần đều khiển và khó khăn khi bảo trì bảo dưỡng

+ Cấu tạo của động cơ điện một chiều cũng phức tạp hơn

Kết luận: Trong mô hình chúng em chọn động cơ điện một chiều kích từ độc

lập bằng nam châm vĩnh cửu để sử dụng để làm động cơ vặn nắp chai và động cơ kéo băng tải(động cơ kéo băng tải thì có thêm hộp số) vì tính thuận tiện và công suất nhỏ dễ kiếm trên thị trường

Thực hiện lệnh điều khiển

- Van đảo chiều

- Van tiết lưu

- Van điều chỉnh áp suất

* Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén

1.1.3 Lựa chọn hệ thống khí nén.

1.1.3.1 Xy lanh.

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng

cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyểnđộng quay (động cơ khí nén)

- Van 2/2 có thể được chế tạo điều khiển bằng

tay, bằng tiếp xúc cơ khí, bằng khí nén hay điện- khí nén

* Van 3/2

Van 3/2 có 3 cổng làm việc ( vào(1), ra(2) và cổng

xả(3)và hai trạng thái

Các van 3/2 được chế tạo rất đa dạng và ứng dụng cũng

rất phong phú Dạng tác động có thể bằng tay, bằng tiếp xúc cơ khí, bằng khí nén hay bằng điện từ ở một phía hoặc cả hai phía Các van điều khiển bằng khí nén hay bằng điện từ cả hai phía có đặc tính như một phần tử chuyển mạch có nhớ trạng thái( Flip-Flop) hay còn gọi là van xung

* Van 4/2

Van 4/2 có 4 cổng làm viêc (vào(1), ra (2,4) và chung

một cổng xả (3), hai trạng thái Van 4/2 được ghép bởi hai van

3/2 trong một vỏ, một thường đóng, một thường mở

Van 4/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía hoặc cả hai phía Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía cũng có đặc điểm như một phần tử nhớ hai trạng thái

Van 4/2 được sử dụng làm van đảo chiều xilanh kép hoặc động cơ

* Van 5/2

Van 5/2 có 5 cổng làm việc vào(1), ra (2, 4) và hai cửa xả

riêng cho mỗi trạng thái (3,5), có hai trạng thái

Van 5/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén

hay điện một phía hoặc cả hai phía Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía có đặc điểm như các van đã giới thiệu là một phần tử nhớ hai trạng thái.Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển xilanh tác dụng kép, động cơ

* Van 5/3

Van 5/3 có 3 trạng thái, trong đó trạng thái trung

gian, là trạng thái ổn định và luôn được thiết lập bởi các

lò xo hồi khi không có bất kỳ một tín hiệu điều khiển

nào Người ta thường gọi đó là trạng thái không Hai trạng thái còn lại sẽ được thiết lập và cùng tồn tại bởi hai tín hiệu điều khiển tương ứng như đối với van 5/2 điều khiển một phía

Ngoài chức năng đảo chiều cơ cấu chấp hành, các van 5/3 khác nhau bởi trạng thái không và vì vậy được lựa chọn vì những mục đích sử dụng khác nhau:

+ van 5/3 trạng thái không của van thích hợp với yêu cầu hãm dừng cần pistoncủa xilanh ở bất kỳ vị trí nào trên đoạn tác dụng của nó Tuy nhiên, điểm dừng chính xác còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như tải trọng, áp suất, tính nén được của khí nén…

1.1.3.3 Van điều khiển lưu lượng.

* Van một chiều

- Chỉ cho dòng khí nén chảy theo một hướng khi lực do

khí nén gây ra lớn hơn lực lò xo

* Van xả nhanh

Tốc độ của piston của xilanh có thể được tăng đến cực đại có thể khi làm giảmthiểu sự cản trở dòng chảy của dòng khí xả Khi có van xả nhanh, khí xả trong buồng xilanh không chảy qua van đảo chiều mà xả ra môi trường dễ dàng hơn qua van “xả nhanh”.

Nguyên lý làm việc của van xả nhanh

- Khi dẫn nguồn, áp suất P1 > P2 nên cửa 3 bị

đóng lại và khí nén cung cấp cho tải qua cửa 2

- Khi áp suất P1 < P2 van xả nhanh sẽ tự động

đóng cửa 1 và mở cửa 3 tạo nên đường xả gần nhất

và quá trình xả nhanh hơn

* Van tiết lưu

Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành trình của cơ cấu chấp hành nhằm đáp ứng về công nghệ và năng suất

Vì vậy van tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng kèm theo với van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có một tiết lưu một chiều

Van tiết lưu 2 chiềuVan tiết lưu 1 chiều

1Tín hiệu ON/OFF

- Cảm biến lưu lượng.

* Theo bản chất và cấu tạo

- Cảm biến quang điện

- Cảm biến tiệp cận điện dung

- Cảm biến siêu âm

Đặc điểm cảm biến tiệm cận:

- Phát hiện vật không cần tiếp xúc

- Tốc độ đáp ứng cao

- Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi

- có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ

Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại

Cảm biến từ tiệm cận phát hiện các vật có từ trường

Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật

a b

Hình 1.11 a.Cảm biến tiệm cận cảm ứng và điện dung b.Công tắc từ tiệm cận

Hình 1.12 Cảm biến thu phát quang

Cảm biến quang gương phản xạ cũng gồm led hồng ngoại thu và phát như quang thu phát nhưng hoạt động thì ngược lại Khi có vật thể tác động vào vùng

phát sẽ làm chắn ánh sáng từ led hồng ngoại phát không cho đi qua gương phía đối điện để đến led hồng ngoại thu thương dùng cho những vật có màu tối, đen có tính

Hình 1.13 Đầu ra của cảm biến kiểu DC-3 dây

1.1.4.4 Đầu ra của cảm biến.

Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra transistor có logic NPN hoặc PNP Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây

Cảm biến được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật

* Với đầu ra transistor có logic NPN:

- Thường mở: Tín hiệu điện áp thấp khi phát hiện ra vật Tín hiệu điện áp cao khi không có vật

- Thường đóng: Tín hiệu thấp khi không có vật Tín hiệu cao khi phát hiện ra vật

* Với đầu ra transistor có logic PNP:

- Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật Tín hiệu điện áp thấp khi không có vật

- Thường đóng: Tín hiệu cao khi không có vật Tín hiệu thấp khi phát hiện ra vật

Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2 kết nối (âm và dương) Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây theo kiểu công tắc tiệm cận

1.1.6 Tổng quan về PLC LOGO

1.1.6.1 Khái niệm PLC

Thiết bị điều khiển logic lập trình (Programmable Logic Control), viết tắt làPLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình Thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số như vậy với chương trính điều khiển PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn dễ dàng thay đổi thuật toàn và đặc biệt dễ trao đổi thông tin vớimôi trường xung quanh

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC có tính năng như một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (PLC), một hệ điềuhành, bộ nhớ để lưu giữ chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có cổng đầu vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển

số PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ

đếm(Counter), bộ thời gian(Timer)…

Hình 1.14 Đầu ra của cảm biến kiểu DC-2 dây

Chương trình

PLC

Tín hiệuNgõ vào

Tín hiệuNgõ ra

Hình 1.17 Cấu trúc của PLC

1.1.6.2 Cấu trúc của PLC.

Thiết bị điều khiển logic lập trình(PLC) là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng: Phép logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và thật toán để điều khiển máy và các quá trình

PLC được thiết kế cho phép những người không yêu cầu kiến thức cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính có thể vận hành được chứng không thể thiết kế

để thay đổi chương trình vì vậy các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn cho chương trình điều khiển có thể được nhập bằng cách nhập các ngôn ngữ đơn giản Người vận hành nhập chương trình vào bộ nhớ PLC Thiết bị điều khiển sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo các chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình

PLC có 5 thành phần cơ bản: Đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ nguồn nuôi, khối vào /ra tín hiệu và thiêt bị lập trình

Bộ xử lý

Bộ nhớ

Thiết bị lập trình

Nguồn công suất

Giao diện nhập

Giao diện suất

Ta thấy cấu trúc cơ bản của PLC bao gồm một bộ vi xử lý trung tâm CPU,

bộ nhớ (ROM, RAM), khối vào ra, khối phát xung nhịp, pin và hệ thống các bus.Toàn bộ hoạt động của PLC được điều khiển bởi CPU, nó được cung cấp bởi khối phát xung nhịp, do đó tốc độ của CPU sẽ phụ thuộc vào khối phát xungnhịp( thông thường khối phất xung nhip có tần số vào khoảng 18 MHz), xung nhip náy sẽ cung cấp cho tất cả các khối trong PLC để đồng bộ hoá quá trình hoạt đông của khối này với CPU

Hệ thống của BUS bao gồm BUS địa chỉ ( xác định địa chỉ trên các vùng nhớ) BUS điều khiển ( truyền tải các thông tin điều khiển), BUS dữ liệu ( truyên tải dữ liệu ) và các BUS vào/ra (mang thông tintừ các đầu vào/ra)

Có hai loại bộ nhớ trong PLC:

- Bộ nhớ RAM để nhớ chương trình lập trình và là cùng nhớ đệm chứa các thông tin từ các đầu vào ra

- Bộ nhớ ROM là vùng nhớ vĩnh cửu để chứa các thông tin của hệ thống

1.1.6.4 Vai trò của PLC.

PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự đông đơn lẻ với chương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ trong PLC, PC thương kiểmtra trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thể đưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị xuất

PLC có thể sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lặp đi lựp lại theo chu kỳ hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông uqa một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện quá trình sử lý đơn giản.Đối tượng điều khiển của PLC