Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế 2 I. Tổng quan về hệ thống 3 II. Nguyên lý vận hành của hệ thống 4 Chương 2: Nội dung thực hiện 5 I. Yêu cầu của đề tài 5 II. Các hướng giải quyết 5 a) Cảm biến quang 6 b) Cảm biến tiệm cận 8 c, Cảm biến lưu lượng 11 c, Cảm biến lưu lượng 11 III. Thiết kế vị trí lắp đặt 20 Tính chọn thiết bị 20 Chương 3: Kết luận 32 I. Các kết quả đạt được 32 II. Các hạn chế khi thực hiện 32

Bài tập lớn môn đo lường cảm biến  Xét khâu rót chất lỏng vào thùng hệ thống sản xuất  Nhóm svth: VŨ VĂN ĐIỀU PHẠM VĂN ĐÔ NGHIÊM MINH ĐỨC LÊ ĐỨC DŨNG TRẦN MẠNH GIANG       Giảng  viên HD: Th.s Nguyễn Thu Hà Lớp điện – k8 Chương 1: Tổng quan hệ thống thiết kế Error: Reference source not found I Tổng quan hệ thống Error: Reference source not found II Nguyên lý vận hành hệ thống Chương 2: Nội dung thực I Yêu cầu đề tài II Các hướng giải a) Cảm biến quang Error: Reference source not found b) Cảm biến tiệm cận c, Cảm biến lưu lượng Error: Reference source not found c, Cảm biến lưu lượng Error: Reference source not found III Thiết kế vị trí lắp đặt Tính chọn thiết bị Chương 3: Kết luận I Các kết đạt II Các hạn chế thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG I.Tổng quan hệ thống Hệ thống chiết rót chất lỏng hệ thống liên tục, kết hợp băng truyền công nghiệp đưa thùng rỗng từ kho vào phía bể chứa chất lỏng cần chiết rót, van tự động điều khiển cảm biến lưu lượng điều tiết lượng chất lỏng vừa đủ để rót vào thùng Hệ thống ứng dụng vào nhiều dây chuyền chiết rót có khả 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 đất nước thời kì phát triển nghiệp công nghiệp hóa – đại hóa vai trò thiếu Về khâu để chiết rót chất lỏng vào thùng gồm thành phần sau:  Hệ thống khởi động gồm nút start, stop  Động kéo băng tải  Bồn chứa chất lỏng cần rót, thùng rỗng đẩy từ kho chứa thùng  Hai van điều khiển để rót chất lỏng vào thùng đưa chất lỏng vào bồn chứa Như vậy, thông số cần giám sát : mức chất lỏng bồn chứa , lượng chất lỏng rót vào thùng chứa vị trí thùng băng truyền Ngoài ra, dây truyền thiếu giám sát người để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục , an toàn sửa chữa hệ thống gặp cố Việc tính toán chọn lựa cảm biến phải xác phù hợp với hệ thống yếu tố quan trọng dây chuyền cảm biến II.Nguyên lý hoạt động hệ thống Khi ta ấn nút khởi động start động kéo băng tải bắt đầu làm việc, thùng rỗng đưa từ kho chứa thùng đặt lên băng tải đưa tới phía bồn chứa chất lỏng van mở để điều chỉnh lượng chất lỏng vừa đủ (đã cài đặt mặc định từ trước) vào thùng chứa, lượng chất lỏng bồn chứa không đủ van mở để đưa thêm chất lỏng vào thùng bồn chứa Hình ảnh khâu chiết rót chất lỏng công nghiệp mà xét tới: CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN I Yêu cầu đề tài  Trình bày tổng quan công 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 toán xử lý tín hiệu đầu 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 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 siêu âm đầu van để đo lưu lượng chất lỏng rót vào thùng rỗng điều khiển đóng mở van  cảm biến siêu âm bên bồn chứa để đo lượng nước bồn chứa điều khiển đóng mở van 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 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  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 + Thích hợp với việc dùng để phát đối tượng mờ đục, không suốt hay đối tượng có tính phản chiếu + Không 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 không 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 loáng 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 mặt vật thể với cảm biến điện từ không tiếp xúc Cảm biến tiệm cận có vai trò 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, không gian hạn chế + Có thể sử dụng môi 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) + 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 - 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 dòng điện (dòng điện xoáy) vật 10 Hình 2.6 : Cảm biến lưu lượng siêu âm xuyên thẳng Q=K(t1-t2)/(t1t2) (t1 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng, t2 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy ngược dòng, K - số phụ thuộc chiều dài đường âm thanh, tỉ số trục đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang) Khi lắp đặt cảm ứng loại cần ý điểm sau:  Cảm ứng lưu lượng dựa vào hiệu ứng doppler không đắt  Cảm biến lưu lượng xuyên thẳng đưa kỹ thuật đo chất lỏng không dẫn điện ăn mòn  Cảm biến lưu lượng siêu âm lắp đặt gá, kẹp vào đường ống tại, cho phép không cần cắt bỏ phá hủy phần đường ống, loại bỏ đến tổi thiểu tác động người đến chất lỏng độc hại giảm bụi bẩn cho hệ thống  Giá thành đắt dòng chảy cần điền đầy ống  Điểm bật cảm biến siêu âm kết phép đo độc lập với hình dạng dòng chảy thành phần lắp đặt ống, không làm giảm áp lực Với đặc tính trội nên chọn cảm biến lưu lượng siêu âm Transit-time cho hệ thống chiết rót chất lỏng công nghiệp 20 III Thiết kế vị trí lắp đặt Trong đó: CB1 cảm biến quang loại phản xạ để phát điều khiển đẩy thùng từ kho băng chuyền CB2 cảm biến điện dung để phát thùng van phát tín hiệu cho van mở CB3 cảm biến siêu âm để đo lưu lượng qua van điều khiển đóng van CB4 cảm biến siêu âm để đo mức chất lỏng bể điều khiển đóng mở van IV.Tinh chọn thiết bị  Cảm biến siêu âm đo lưu lượng 21 Ta xét thùng chứa bể chứa có dạng lập phương nên: Thể tích bể là: V1 = 2.2.2 =8 m3 Thể tích thùng là: V2 = 0,5.0,5.0,5 =0,125 m3 Hiện nay, cảm biến đo lưu lượng sóng siêu âm phổ biến Trong tài liệu định sử dụng cảm biến FDT-81(hình 2.7) cho phép hiển thị trực tiếp lưu lượng chất lỏng qua van 1trên hình cảm biến Dưới số thông số kỹ thuật cảm biến FDT-81 • Nguồn cung cấp : pin 12 (v) hoạt động 24h sạc lại • Nhiệt độ làm việc: 200c -800c • Đơn vị đo • Đầu : m3 , lít : Analog 4-20mA, tối đa mô- đun • Tiêu chuẩn Vật liệu cảm biến: CPVC, Ultem ® Nylon • Màn hình hiển thị: 128×64 điểm đồ họa LED, LCD • Sai số : ± 0,5% • Dải đo : 1500 lít/h = 0,42 lít/s 22 Hình 2.7: Cảm biến FDT-81 Ta lập sơ đồ khối mô tả quy trình tính toán sử lý số liệu vào cảm biến sau: Khối sóng xuôi dòng Start Khối sóng thu Khối tạo xung đếm Khối đếm Hiển thị 23 stop Từ sơ đồ khối ta xác định tín hiệu đầu vào sóng siêu âm phát từ thiết bị sóng siêu âm lắp dọc hai bên thành ống, tín hiệu đầu sóng siêu âm thu dựa vào chênh lệch thời gian sóng siêu âm xuôi dòng sóng siêu âm ngược dòng ta đo lưu lượng thể tích qua ống theo công thức: Q=K(t1-t2)/(t1t2) Trong đó: t1 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy xuôi dòng t2 - thời gian sóng xuyên qua dòng chảy ngược dòng K - số, phụ thuộc chiều dài đường âm thanh, tỉ số trục đường tâm, hình dạng dòng chảy, mặt cắt ngang Như vậy, để phép đo xác ta phải đưa vào hệ thống thu phát sóng siêu âm sóng siêu âm với tần số f=0,5-10MHz vào chất lỏng với vận tốc v Và sử dụng đếm xung (tương tự tần số kế thị số) thu sóng siêu âm để đo tần số sóng siêu âm phát thu Ta đưa phép đo đo tần số để thực tính toán Từ số xung mà đếm xung đếm ta hoàn toàn tính độ chênh lệnh thời gian sóng siêu âm xuôi dòng sóng siêu âm ngược dòng từ ta tính lưu lượng dòng chảy Q qua ống dẫn Ta đo tần phương pháp biến đổi thẳng ( tần số kê thị số ) hoạt động nguyên lý đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ tần số cần đo fx khoảng thời gian gọi thời gian Tdo 24 Bộ vào Tạo xung K Bộ đếm HT ĐK MF TS chuẩn f0 Bộ chia tần Hình 2.8: Sơ đồ khối đếm xung Ở đầu vào “bộ vào” bao gồm khuếch đại dải rộng với dải tần từ 10Hz đến 10MHz suy giảm tín hiệu mục đích để hòa hợp tần số kế với nguồn tín hiệu có tần số cần đo Đồng thời để khuếch đại hay hạn chế điện áp vào đến giá trị đủ để kích mạch tạo xung làm việc Mạch tạo xung có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu hình sin tín hiệu xung có chu kỳ thành dãy xung có biên độ không đổi(không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu vào tần số tần số tín hiệu vào (hình 2.9) 25 Hình 2.9: Biểu đồ thời gian xung Tín hiệu có tần số f đưa qua chia tần theo nấc với hệ số chia 10n tần số chuẩn f0=1MHz,được chia đến 0,01Hz.Nghĩa đầu mạch điiều khiển theo 10 n(n=1,2,… 8) ta nhận khoảng thời gian Tdo=10-6;10-5;10-4;10-3;10-2;10-1;1;10; 100s Thời gian điều khiển để mở khóa K(khóa có đầu vào).Tín hiệu fx theo đầu vào thứ vào đém cấu thị Số xung đếm là: N===K Nếu thời gian đo 1s số xung N tần số cần đo fx 0.125 Thời gian để chảy đầy thùng T1 = Q (s) _ Q: lưu lượn qua van 1s 0.125 Sau khoảng T1 số xung đếm N 1= Q N (xung) Lúc tín hiệu từ điều khiển khóa van lại, sau khoảng thời gian trì hoãn ∆T1 van mở tiếp tục rót chất lỏng vào thùng chứa.Thời gian trì hoãn ∆T1 phun thuộc vào độ dài băng truyền khoảng cách thùng Mạch điều khiển phụ trách việc điều khiển qua trình đo ; đảm bảo thời gian biểu thị kết đo cỡ từ 0.3÷5s thị số ; xóa kết đo đưa 26 trạng thái ban đầu trước lần đo; điều khiển chế độ làm việc: tự động, tay hay khởi động bên ; chọn dải tần số (cho xung mở kháo K) cho xung điều khiển máy in số… Bộ số thường có nhiều digit (hàng đơn vị,hàng trục,hàng trăm…) bảo đảm thị toàn dải tần số cần đo Sai số tương đối phép đo tần số tính sau: =+=+γt0 = + γt0 Trong đó: thành phần sai số độ không ổn định máy phát tần số chuẩn f0 (chủ yếu sai số ) , thành phần sai số lượng tử đo dải tần thấp Sử dụng cảm biến đo lưu lượng chất lỏng transit-time cho kết đo xác với sai số không lớn, điểm bật cảm biến siêu âm kết phép đo độc lập với hình dạng dòng chảy thành phần lắp đặt ống, không làm giảm áp lực dòng chảy qua van, lắp đặt bên đường ống dẫn chất lỏng nên dễ bảo trì  Cảm biến quang loại phản xạ Cảm biến quang phản xạ BM200-DDT 27 Thông số kỹ thuật: - Điện cung cấp: 12-24VDC - Khoảng cách phát hiện: 200mm - Ngõ ra: NPN - 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  Cảm biến tiệm cận điện dung 28 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 Công nghệ thay đổi đại ngày Trên cảm biến nhóm chọn có ưu điểm dễ lắp đặt, hoạt động ổn định, độ nhạy cao, đáp ứng 29 thời gian ngắn, độ trễ thấp, độ bền khí cao, nhỏ gọn,… đặc biệt so sánh với cảm biến loại giá thành phải nên vốn đầu tư ban đầu không cần cao mà chất lượng mang hiệu  Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng * 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= 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 không khí ( vào khoảng 300m/s) Tuy nhiên thành công 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 thông tin không mong muốn tín hiệu phản hồi 30 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 Thông thường không khí, môi trường chân không lại không phù hợp chân không, 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 0C.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), môi trường đọng nước, tạp chất làm thay đổi tốc độ sóng âm qua môi trường không 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 môi trường dự đoán trước 31 E4PA hình trụ analog Thông số • Cảm biến siêu âm hình trụ, với ngỏ analog 4-20mA, 010VDC • Dùng để đo khoảng cách độ dầy • Nguồn cấp 12-24VDC ±10% • Không phụ thuộc hình dáng, tính chất, màu sắc vật thể • Tần số sóng siêu âm hoạt động 65-380Kz • Góc phát sóng hẹp ±80, kiểm tra vật có diện tích nhỏ 100x100mm • Đèn báo thị trạng thái ngỏ màu xanh • Nhiệt độ hoạt động -10~550C, đạt độ kín IEC IP65 • Lắp đặt đơn giản, dễ dàng bảo trì, thiết kế với tuổi thọ cao • Ứng dụng phát vật thể mức chất lỏng 32 Chương 3: Kết Luận Trên toàn làm chúng em đề tài: khâu chiết rót chất lỏng công nghiệp Với làm chúng em đạt số kết gặp số hạn chế sau: 3.1 Kết đạt Với thân: • Nâng cao kỹ làm việc nhóm • Tích lũy thêm số kiến thức bổ ích môn: Đo lường cảm biến Với làm: • Phân tích cách khái quát công nghệ chiết rót chất lỏng công nghiệp số công nghệ cảm biến sử dụng hệ thống • Xây dựng hệ thống chiết rót chất lỏng với đầy đủ công nghệ thiết yếu 3.2 Các hạn chế thực • Do kiến thức hạn chế nên làm không đầy đủ, sơ sài nội dung Bố cục làm nhiều thiếu xót • Chưa có đầy đủ kiến thức từ thực tế nên làm nhiều sai sót 3.3 Biện pháp khắc phục • Chúng em tìm hiểu nhiều nguồn tài liệu khác để bổ xung vào làm • Chúng em làm để hệ thống sát với thực tế Chúng em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp từ thầy cô để hoàn thiện thêm đề tài Chúng em xin trân thành cảm ơn ! 33 34