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

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LỜI MỞ ĐẦU Hiện q trình tự động hóa cơng nghiệp quan trọng phát triển quốc gia Với nước phát triển Mỹ, Nhật…thì tự động hóa khơng cịn xa lạ trở nên quen thuộc Ở nước máy móc thay lao động chân tay, số lượng công nhân nhà máy giảm hẳn thay vào lao động chun mơn, kỹ sư có tay nghề Là sinh viên theo học chun ngành “Tự động hóa cơng nghiệp” nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết công nghiệp nước nhà, em muốn nghiên cứu tìm hiểu thành tựu khoa học để có nhiều hội biết thêm kiến thức thực tế, củng cố kiến thức học, phục vụ tốt cho nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa Vì lý em chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống chiết rót nước giải khát” Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Băng tải Một hệ thống sử dụng nhiều nhà máy sở sản xuất tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian tăng hiệu rõ rệt băng tải, băng chuyền Hiểu cách đơn giản hiểu băng tải chế máy vận chuyển tải đơn (thùng carton, hộp, túi …) số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ điểm A đến điểm B Định nghĩa chuyên nghiệp hệ thống băng tải thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu sản xuất với khoảng cách Vậy hệ thống băng chuyền phận quan trọng dây chuyền sản xuất, lắp ráp doanh nghiệp, nhà máy Góp phần tạo nên môi trường sản xuất động, khoa học giải phóng sức lao động mang lại hiệu kinh tế cao 1.1.1.1 Cấu tạo băng tải * Thành phần cấu tạo - Một động giảm tốc trục vít điều khiển kiểm sốt tốc độ - Bộ lăn, truyền lực chủ động - Hệ thống khung đỡ lăn - Hệ thống dây băng lăn 1.1.1.2 Vật liệu làm băng tải Có thể làm từ vật liệu sau - Lưới: chịu nhiệt, bị ăn mịn, chịu ảnh hưởng môi trường, nhẹ nhàng, bền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Dạng thảm: bên phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy băng tải vật liệu làm lớp in tết với bên ngồi có phủ lớp silicol dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao nhập ngoại sử dụng máy móc địi hỏi độ xác cao yêu cầu công nghệ cao - Ngoài làm vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, … - Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm – 15mm, thông thường tháo lắp thay máy móc, thiết bị thường kèm thiết bị gas lắp riêng Tất băng tải dường máy có động để kéo trùng băng tải để bảo vệ băng tải không bị giãn, không bị nứt căng bề mặt 1.1.1.3 Phân loại quy mô sử dụng * Từ cầu tạo chức băng tải phân thành loại sau Hình Băng tải dạng thảm - Băng tải dạng thảm: lắp đặt dễ dàng - Băng tải xích: dùng để vận chuyển vật liệu nặng Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình Băng tải xích - Băng tải lăn gồm: băng tải lăn nhựa, băng tải lăn nhựa PVC, băng tải lăn thép mạ kẽm, băng tải lăn truyền động motor Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình Băng tải lăn - Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa độ cao khác Hình Băng tải đứng - Băng tải xoắn ốc Hình Băng tải xoắn ốc Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Băng tải linh hoạt Hình Băng tải linh hoạt - Băng tải rung Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình Băng tải rung * Kết luận: Để đáp ứng yêu cầu đề tài đưa chúng em chọn băng tải thẳng dạng thảm 1.1.2 Động 1.1.2.1 Động điện xoay chiều Hình Động xoay chiều * Ưu điểm động điện xoay chiều: Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH + + + + + Ít phải bảo dưỡng khơng có cổ góp Kết cấu bền vững Khả 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 động điện xoay chiều: + Khi dùng trọng tải lớn chịu q tải + Ln vận hành gắn với hệ thống xoay chiều có sẵn + Cấu trúc điều khiển phức tạp khó mơ tả toán học 1.1.2.2 Động điện chiều Hình Động Một chiều * Ưu điểm động điện chiều: + Điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà không ảnh hưởng tới điện áp cung cấp Dễ dàng điều chỉnh tốc độ động xoay chiều + Có thể dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác + Có momen khởi động làm việc lớn ổn định tải thay đổi Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH + Chịu tải tốt moment khởi động lớn ổn định tốc độ * Nhược điểm động điện chiều: + Là phức tạp phần khiển khó khăn bảo trì bảo dưỡng + Cấu tạo động điện chiều phức tạp Kết luận: Trong mơ hình chúng em chọn động điện chiều kích từ độc lập nam châm vĩnh cửu để sử dụng để làm động vặn nắp chai động kéo băng tải(động kéo băng tải có thêm hộp số) tính thuận tiện cơng suất nhỏ dễ kiếm thị trường Page 10 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Kích thước dây: 1x2,5 mm2 2x1,5 mm2 1.1.6.8.2 Nối với nguồn điện LOGO! 230R LOGO! 230RC nối với nguồn điện áp từ 115 – 220 vAC, tần số 50 – 60 Hz Diện áp đường dây từ 85 –260 vAC điện áp 230v LOGO! tiêu thụ dòng 26mA LOGO! 24 LOGO! 24R thích hợp với nguồn điện 24vDC điện áp cung cấp từ 20,4 – 28,8v Với điện áp 24v LOGO! 12/24RC tiêu thụ dịng 30/62mA Kết nối L+ L+ N N L+ M I1……………I8 I1 I8 LOGO 12/24RC SIEMENS LOGO 230R/230RC SIEMENS LOGO! 230R/230RC 1.1.6.8.3 Nối đầu vào LOGO! Nối cảm biến tới đầu vào Các đầu vào công tắc, cảm biến quang điện cơng tắc điều khiển ánh sáng Đặc tính cảm biến cho LOGO! 230R LOGO! 230RC Page 29 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH + LOGO! nhận biết trạng thái (khoá mở) áp < 40v AC Dòng vào lớn 0,24 mA + LOGO! nhận biết trạng thái áp >79v AC nối hai dây cơng tắc hành trình trực tiếp với LOGO! dịng đóng mạch lớn + Khi trạng thái khoá thay đổi từ đến trạng thái phải trì 50 ms để LOGO! nhận biết Cũng chuyển trạng thái Đặc tính cảm biến cho LOGO! 24 24R + LOGO! nhận biết trạng thái (khoá mở) áp < 5v DC dòng vào lớn mA + LOGO! nhận biết trạng thái áp >15v DC Có thể nối dây cơng tắc hành trình với điện áp khác tới LOGO! nối hai dây công tắc hành trình trục tiếp với LOGO! dịng đóng mạch lớn + Khi trạng thái khố thay đổi từ đến trạng thái phải trì 50 ms để LOGO! nhận biết Cũng chuyển trạng thái Nối mạch L+ L1 N N ……… L+ N ………… I1 …………… I8 L1 LOGO 12/24RC SIEMENS N I1……………I8 LOGO! 230R/230RC SIEMENS Page 30 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1.1.6.8.4 Nối đầu LOGO! LOGO! 230R/230RC LOGO! 12/24C Đầu LOGO! 230R/230RC LOGO! 12/24RC Rơle Công tắc Rơle cách ly với nguồn cung cấp đầu vào Yêu cầu Rơle đầu Bạn nối tải với đầu ra, ví dụ đèn, đèn huỳnh quang, mơtơ, contactor, Các tải nối với LOGO! 12/24RC phải có đặc tính sau: + Dịng chuyển mạch lớn phụ thuộc vào tải số tác động + Khi cơng tắc đóng (Q=1), dịng điện cực đại 8A cho tải trở 2A cho tải có tính cảm kháng Đấu nối Đối với LOGO! 230R/230RC LOGO! 12/24RC LOGO! 230RC L+ 01 N/M Page 31 02 03 04 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LOGO! 24 Đầu LOGO! 24 đóng mạch nhờ transistor Các đầu bảo vệ chống tải ngắn mạch Khơng cần phải có nguồn cung cấp riêng cho tải LOGO! 24 cung cấp điện áp cho tải Các yêu cầu transistor đầu Tải nối với LOGO! 24 phải có đặc tính sau: + Dịng đóng mạch lớn 0,3 A + Khi đóng mạch ( Q=1), dongd điện cực đại 0,3 A Kết nối Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 Q4 Q4 Load 24v DC, 0,3 A 1.1.6.9 Khởi động LOGO! Bật/ Tái khởi động nguồn cung cấp LOGO! khơng khố cơng tắc nguồn LOGO! phản ứng đóng mạch phụ thuộc vào: + Có chương trình lưu trữ LOGO! + Có nhớ LOGO! Page 32 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH + Trạng thái LOGO! trước tắt nguồn Bảng đáp ứng cho LOGO! với hồn cảnh có: Nếu Thì Trong LOGO! khơng có chương trình khơng có card nhớ LOGO! khơng có chương trình, có card nhớ card khơng chứa chương trình LOGO! khơng chứa chương trình khơng có card nhớ có nhớ rỗng và: + LOGO! chạy chế độ đặt thông số trước cắt nguồn + LOGO! chạy chế độ lập trình đóng No Program hiển thị trước tắt nguồn LOGO! có card nhớ chứa chương trình và: + LOGO! chạy chế độ đặt thông số trước cắt nguồn + + LOGO! chạy chế độ lập trình dongd No Program hiển thị trước tắt nguồn Xuất dịng sau hình LOGO! : “ No Program” Xuất dịng sau hình LOGO! : “ No Program” LOGO! sử dụng chương thình lưu trữ và: + Chạy tiếp + Chạy tới menu chế độ lập trình LOGO! tự động chép chương trình từ card nhớ và: + Chạy tiếp + Chạy tới menu chế độ lập trình Các trạng thái hoạt động LOGO! có trạng thái hoạt động: + RUN + STOP LOGO! trạng thái dừng “ in stop” khơng có chương trình “ No Program”hoặc chuyển sang chế độ lập trình Page 33 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LOGO! chạy “IN RUN” hiển thị (sau ấn “STATS” menu chính) đóng sang “ parametisaton mode” + Đọc trạng thái đầu vào I1 đến I8 + Tính tốn trạng thái đầu theo chương trình + chuyển mạch Rơle Q1 tới Q4 trạng thái ON OFF Page 34 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO 2.1 Yêu cầu công nghệ − Sơ đồ điều khiển phải đảm bảo q trình cơng nghệ − Đơn giản, tin cậy, đầy đủ cổng vào-ra − Đảm bảo thứ tự điều khiển − Không nhiều thời gian lắp đặt − Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển Dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa 2.2 Sơ đồ cấu trúc chung hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối Khối nguồn Khối vào/ra (I/O) Khối xử lý trung tâm (CPU) Khối cấu chấp hành Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ Page 35 thống ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.2.2 Khối nguồn Nguồn có vai trị cung cấp tồn nguồn điện cho khối hệ thống + Điện áp sử dụng 24V DC + Dòng điện sử dụng bằng tởng các dòng: - Dịng tiêu thụ van x van - Dòng tiêu thu PLC - Dòng tiêu thu động Trong đồ án này, chúng em sử dụng nguồn 24VDC/5A Hình 2.2 Bộ nguồn 24VDC 2.2.3 Khối vào/ ( I/O ) Khối vào có nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ bên vào khối xử lý trung tâm PLC, đồng thời nhận lệnh gửi từ PLC để thực chức khác Khối vào gồm cảm biến, nút ấn Các đầu khối động truyền động cho băng tải, động bơm nước, van điện từ 5/2 điều khiển 1phía 2.2.4 Khối xử lý trung tâm PLC Là điều khiển logic lập trình PLC LOGO 12/24RC hãng SIEMENS Có vai trị quan trọng tồn hệ thống, có nhiệm vụ điều khiển, giám sát hoạt động dây chuyền PLC giao tiếp chiều với khối vào Đồng thời PLC giao tiếp chiều với cấu chấp hành để điều khiển động thực lệnh chương trình điều khiển Page 36 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.2.4 Khối cấu chấp hành Khối có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm PLC có nghĩa vụ thực thi lệnh điều khiển nhằm thõa mãn yêu cầu điều khiển mà toán đặt Ở cấu chấp hành gồm có: - Động truyền động cho băng tải - Động bơm nước - Xi lanh tác dụng kép 2.3 Nguyên lý hoạt động * Nguyên lý hoạt động dây chuyền chiết rót -Khởi động hệ thống nút ấn Start = hệ thống khởi động băng tải hoạt động - Khi có chai, cảm biến phát chai S1 có tín hiệu van điện từ 5/2 điều khiển XL1 XL2 đồng thời = 1, xi lanh kẹp chai - Khi XL1 XL2 kẹp chai, 1s sau XL3 xuống mang theo vịi bơm xuống chuẩn bị cho việc chiết rót - Sau XL3 xuống đc 1s động bơm nước hoạt động, q trình chiết rót diễn -Khi mức nước đạt đến giá trị đặt, cụ thể chạm vào cảm biến lưu lượng làm cho cảm biến tác động điều khiển dừng bơm ngừng cấp điện cho van điều khiển xi lanh Lúc XL1, XL2, XL3 đồng thời rút , chai tiếp tục chạy trêncầu dâykỹchuyền * Yêu thuật 2.4 Thiết chếcầu tạocụ thể đề tài kết hợp tham khảo số mơ hình Vớikế, u 2.4.1 thiết kế phần cơrakhí thực tế chúng em đưa phương án thiết kế phần cứng sau: - Băng truyền : có chiều dài 75cm, chiều rộng 10cm, chiều cao 50cm Trên băng truyền chứa chi tiết: tay kẹp chai, trạm chiết rót giá đỡ cảm biến, xilanh Yêu cầu: + giá đỡ cảm biến xilanh di chuyển thay đổi vị trí khoảng cách Page + Trạm chiết rót có chiều cao37là 20cm - Chế tạo tay kẹp có bề rộng 6cm, cao 3cm, độ lõm 2cm ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.4.2 Xây dựng chương trình điều khiển 2.4.2.1 Tính tốn số đầu vào Từ yêu cầu công nghệ nguyên lý hoạt động hệ thống xác định đầu vào sau: • • - Đầu vào: Start: Nút ấn khởi động hệ thống Stop: Nút ấn dừng hệ thống B1: Cảm biến nhận biết có chai qua B2: Cảm biến mức nước Đầu ra: Q1: Động truyền đọng cho băng tải Q2: Van điện từ 5/2 điều khiển xilanh tay kẹp Q3: Vân điên từ 5/2 điều khiển xilanh chiết rót Q4: Động bơm nước Từ yêu cầu công nghệ, số đầu vào, đầu tính loại Modul PLC có thị trường Ta nhận thấy Modul LOGO! 12/24RC tập đồn SIEMENS tự động hố phù hợp đảm bảo tất tính kỹ thuật cần có, giá thành vừa phải, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Modul LOGO! 12/24RC modul logic với đầu vào số ( I1 I8 ), đầu rơle (Q1 Q4 ), điện áp đầu vào12/24 VDC Có đồng hồ bên lưu nguồn 80h Đặc biệt có khả tích hợp thêm modul mở rộng cần tăng thêm số đầu vào đầu Có thể nói modul LOGO! 12/24RC thoả mãn tất yêu cầu mà toán đặt Phân cổng vào, cho PLC: Đầu vào: Thiết bị đầu vào Đầu vào Nút ấn START I1 Nút ấn STOP I2 Cảm biến nhận biết chai I3 Cẩm biến mức nước I4 Đầu : Page 38 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Thiết bị đầu Đầu Động truyền động cho băng tải Q1 Van điện từ điều khiển xilanh tay kẹp Q2 Van điện từ điều khiển xilanh chiết rót Q3 Động bơm nước Q4 2.4.2.2 Lưu đồ thuật toán Page 39 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Bắt đầu S START= Đ Q1==1 S Q2==1, Q3==1, Q4==1 B1==1 Đ Q 2==1 Stop==1 Đ Trễ 1s Kết thúc Q3==1 Trễ 1s Q4==1 S B2==1 Đ Page 40 S ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.4.2.3 Chương trình điều khiển Hình 2.4 Chương trình điều khiển Page 41 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.5 Hình ảnh thực tế mơ hình Hình 2.5 Mơ hình chạm triết rót Page 42 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận   - Những kết đạt Hệ thống thực nhiệm vụ đề tài, tận dụng tối đa thiết bị sẵn có Mơ hình chạy theo yêu cầu đặt Đồ án chuyên ngành sử dụng thiết bị công nghiệp đại PLC, cảm biến quang, van điện từ, xilanh tác dụng kép… Hình thành kỹ xây dựng hệ thống Những kết chưa đạt Do tự tạo cảm biến mức nước nên tốc độ đáp ứng chưa thực nhanh 3.2 Hướng phát triển đề tài Chúng em nhận thấy đề tài có tính ứng dụng cao kiến thức cần tìm hiểu mẻ với đối tượng sinh viên chúng em Chúng em xin đưa hướng phát triển cho đề tài sau: - Phát triển lên hệ thống sản xuất cho nhiều chai Tích hợp thêm các khâu dán logo, bọc PVC thùng 3.3 Kiến nghị Sau thời gian thực đồ án chuyên ngành chúng em xin đưa khuyến nghị sau: - - Với đề tài có tính ứng dụng cơng nghiệp liên quan đến thiết bị đại địi hỏi cần phải có thời gian làm quen sử dụng nhiều Phòng thực hành nên tạo điều kiện để sinh viên đăng ký sử dụng chịu trách nhiệm thiết bị để thuận tiện trình thực Page 43 ... tượng sinh viên chúng em Chúng em xin đưa hướng phát triển cho đề tài sau: - Phát triển lên hệ thống sản xuất cho nhiều chai Tích hợp thêm các khâu dán logo, bọc PVC thùng 3.3 Kiến