btl đo lường và cảm biến chiết rót chất lỏng vào thùng rỗng

btl đo lường và cảm biến chiết rót chất lỏng vào thùng rỗng Mục Lục   Chương 1: Tổng Quan Hệ Thống 1.1Ứng dụng thực tế 1.2Cơ sở lý thuyết 1.3Giới thiệu về hệ thốngChương 2: Nội dung thực hiện 2.1Yêu cầu đề tài 2.2Các hướng giải quyết 2.3Lý do lựa chọn cho thiết kế 2.4Tính chọn thiết kếChương 3: Kết luận 3.1Các kết quả đạt được 3.2Các hạn chế khi thực hiện 3.3Biện pháp khắc phục Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến 4.1Bản tài liệu lý thuyết 4.2Bản tài liệu sử dụng cảm biến

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa: Điện -

BÀI TẬP LỚN

MÔN: ĐO LƯỜNG & CẢM BIẾN

ĐỀ TÀI XÉT KHÂU RÓT CHẤT LỎNG VÀO THÙNG

TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT Giáo viên hướng dẫn: Võ Thị Cẩm Thùy Sinh viên thực hiện : Nhóm 6 – Điện 2-K9

Nguyễn Kim Tuyền 0941040136

-Hà

Nội-2016 -Mục Lục

Lời nói đầu:……… ………2

Đề tài và yêu cầu: 3

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế 1.1 Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất lỏng… 5

1.2 Nguyên lý vận hành của hệ thống 7

Chương 2: Nội dung thực hiện 8

2.1 Yêu cầu của đề tài 8

2.2 Các hướng giải quyết 8

2.2.1 Cảm biến quang 8

2.2.2 Cảm biến tiệm cận 11

2.3 Thiết kế vị trí lắp đặt 15

2.4 Tính chọn thiết bị 15

Chương 3: Kết luận 25

3.1 Các kết quả đạt được 25

3.2 Các hạn chế khi thực hiện 25

3.3 Biện pháp khắc phục 26

Chương 4: Bản dịch tài liệu 27

3.1 Các kết quả đạt được 35

3.1 Các kết quả đạt được 40

Lời Nói Đầu

  

– Ngày nay việc ứng dụng khoa học – công nghệ vào lao động sảnxuất là một nhu cầu không thể thiếu Nó quyết định việc tang năng suất laođộng, hạ giá thành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động,nâng cao hiệu quả kinh tế, chất lượng sản phẩm

– Đối với một đất nước đang trong thời kỳ phát triển của sự nghiệpcông nghiệp hóa- hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giớihóa hoạt động lao động sản xuất là quan trọng và là một việc làm hết sức cầnthiết

– Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó, nhóm chúng em đã đi tới việc

tìm hiểu đề tài “Xây dựng và thiết kế khâu chiết rót chất lỏng vào thùng trong sản xuất”, nhằm phục vụ việc chiết rót sản phẩm cho ngành sản xuất

có nhu cầu

– Ở đề tài lần này chúng em hướng đến thiết kế một loại máy chiếtrót chất lỏng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật , hiệu quả kinh tế, không độc hại,không gây ô nhiễm môi trường và tương đối phù hợp với công nghệ sản xuấttrong nước

– Vì kinh nghiệm bản thân cũng như kiến thức không nhiều nênkhông tránh khỏi như thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự đống góp

ý kiến từ phía các thầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đề tài Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất, mô tả công nghệ như hình:

 Hệ thống gồm :

+ Động cơ kéo băng tải

+ Hai nút khởi động và dừng hệ thống : Start, Stop

+ Bồn chứa chất lỏng cần rót

+ Thùng rỗng được đẩy ra từ kho chứa thùng

+ Van 2 được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng

+ Van 1 được điều khiển để đưa chất lỏng vào thùng bồn chứa

Các thông số cần giám sát là mức chất lỏng trong bồn chứa và mức chất lỏngrót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải Đối tượng điều khiển làđộng cơ kéo băng tải, Van1, Van2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từ kho xuốngbăng tải Bồn chứa cao 2m và các thùng cao 0.5m Chất lỏng cần rót không

có tính dẫn điện, không có tính chất ăn mòn hóa học

 Yêu cầu đề tài:

1 Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rótchất lỏng

2 Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?

3 Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống

4 Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?

5 Trình bày về loại cảm biến lựa chọn? ( chi tiết )

6 Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra củacảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

7 Đánh giá về sai số của hệ thống ( giới hạn, nguyên nhân biện phápkhắc phục)

Chương 1: Tổng quan về hệ thống thiết kế

Ngày nay việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lao động sản xuất làmột nhu cầu không thể thiếu, quyết định việc tăng năng suất lao động, hạ giáthành sản phẩm, giảm nhẹ sức lao động cho người lao động, nâng cao hiệuquả kinh tế, chất lượng sản phẩm

Đối với một nước đang phát triển trong thời kì phát triển của sựnghiệp công hóa - hiện đại hóa như nước ta hiện nay, việc từng bước cơ giớihóa hoạt động sản xuất là rất quan trọng và là một việc làm hết sức cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu sản xuất đó, nhóm chúng em đã tìm hiểu đề tài:

“Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản xuất”, nhằm phục

vụ cho việc chiết rót sản phẩm cho các ngành sản xuất có nhu cầu

1.1 Tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót

chất lỏng:

Về công nghệ, hệ thống chiết rót chất lỏng sử dụng các cảm biến, các động

cơ, các bộ điều khiển để điều khiển cho hệ thống hoạt động chính xác, nhanhchóng, hiệu quả

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống sản

xuất, mô tả công nghệ.

Hệ thống gồm có:

 Kho: chứa các thùng rỗng

 Thùng: để chứa chất lỏng cần rót

 Động cơ: kéo băng tải

 Hai nút khởi động và dừng hệ thống: Start, Stop

 Bồn chứa: chứa chất lỏng cần rót vào thùng

 Van 1: được điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa

 Van 2: được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng

Hệ thống chiết rót chất lỏng vào thùng được ứng dụng rất phổ biếntrong các nhà máy, xí nghiệp Nó giúp cho việc định mức định lượng trở nênchính xác, đảm bảo vệ sinh

Trong thực tế yêu cầu về đo mức và lưu lượng chất lỏng xuất hiện trongnhiều lĩnh vực:

 Sản xuất nông nghiệp: đảm bảo lượng nước tưới tiêu cho cây trồng,đảm bảo lượng nước trong các bể, hồ nuôi thủy hải sản

 Công nghiệp sản xuất rượu, bia

 Đo mức xăng, dầu trong khai thác dầu khí

 Khống chế mức nước trong thủy điện, nhiệt điện

 Đo mức chất lỏng trong các phòng thí nghiệm, xét nghiệm

 Xử lý nước thải trong các nhà máy, thành phố.

Tùy theo yêu cầu độ chính xác về mức và lưu lượng chất lỏng trong từngứng dụng mà lựa chọn các loại cảm biến khác nhau

1.1.1 Nguyên lý vận hành của hệ thống

Theo yêu cầu của đề tài ta cần rót chất lòng vào thùng rỗng cao 0,5 mnhờ một hệ thống băng truyền vận chuyển thùng rỗng và có một bồn chứachất lỏng cần rót vào thùng rỗng Ngoài ra còn 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 cơ của băng chuyền bắt đầu hoạt động Cảmbiến có tín hiệu vào, kho chứa thùng rỗng sẽ đẩy một thùng rỗngxuống băng tải, chạy đến vị trí phía dưới bồn chứa

Khi thùng rỗng đến vị trí của bồn chứa thì cảm biến sẽ phát tín hiệu ra

và dừng lại

Khi đó van 2 sẽ mở và xả chất lỏng xuống thùng rỗng Khi thùng chấtlỏng đã đủ lượng yêu cầu thì cảm biến quang ở thùng chứa pháttín hiệu ra động cơ và băng chuyền lại tiếp tục chạy

Khi cần dừng hệ thông ấn nút Stop thì hệ thống động cơ, băng tải,cảm biến sẽ tạm dừng hoạt động và các Van sẽ đóng lại

Tiếp theo là hệ thống rót chất lỏng:

Cần xác định lượng chất lỏng có thể chứa ở trong bồn và thùng chứa.Khi bồn chứa còn quá ít tức là chất lỏng còn dưới 0,5m, để tránh tìnhtrạng Van1 không xả kịp so với Van2, ta cũng cần 1 hệ thông bù thêmchất lỏng vào bồn chứa nhờ thông báo vào “cảm biến đo mức (2)” ởVan2 để nhận biết chất lỏng đạt mức thấp ở 0,5m

Van1 sẽ xả, cùng lúc “cảm biến đo mức (1)” ở Van1 sẽ hoạt động, đếnkhi mực chất lỏng đã đạt đến 1,9m, “Cảm biến đo mức (1) phát tínhiệu ra và Van1 sẽ đóng lại

Chương 2: Nội dung thực hiện

2.1 Yêu cầu của đề tài

 Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất lỏng

 Mô tả nguyên lý vận hành hệ thống?

 Liệt kê các cảm biến có trong hệ thống

 Các phương án lựa chọn cảm biến cho hệ thống?

 Trình bày về loại cảm biến lựa chọn?

 Thiết kế vị trí lắp đặt, cảm biến và tính toán xử lý tín hiệu đầu ra cửa cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

 Đánh giá về sai số của hệ thống

2.2 Các hướng giải quyết

Đối với hệ thống chiết rót chất lỏng này, chúng em sử dụng:

Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm

na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánhsáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổitính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện

tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có 1 lượng ánh sángchiếu vào.

Công dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện các vật thểkhông tiếp xúc, được thiết kế nhỏ gọn với vỏ bằng nhựa hoặc kim loại,hình dạng vuông hoặc tròn, có chế đọ chỉnh định, có thể phát hiện sựchênh lệch màu sắc cao,hoạt động chính xác và ổn định Phát hiện các vậtcác vật thể qua nó với thời gian nhanh

a Cảm biến quang loại phản xạ:

Cảm biến quang loại phản xạ có bộ phát và nhận tích hợp chung trong 1 vỏhay còn gọi là 2 trong 1 Vị trí 2 bộ phận này song song nhau:

Hình 2.1: Các bộ phận của cảm biến quang loại phản xạ.

Ánh sáng được chiếu đến bộ phận phản xạ và quay trở lại bộ phận tiếp nhận.Khi có đối tượng chặn ánh sáng, ngõ ra của cảm biến thay đổi trạng thái.Các đối tượng được nhận biết khi ánh sáng bị ngắt không phản xạ lại

 Đặc điểm cảm biến quang loại phản xạ:

 Giảm bớt dây dẫn.

 Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng

Do các thùng chứa chất lỏng có thể làm bằng thuỷ tinh trong suốt nên tadùng cảm biến quang loại phản xạ Cảm biến quang ít chịu ảnh hưởng củachất lỏng, tần số hoạt động cao, chính xác, lắp đặt đơn giản nên ta chọn CB

quang loại phản xạ

Hình 2.2: Cảm biến quang phản xạ 2.

b Cảm biến quang dạng khuếch tán:

 Bộ cảm biến với ánh sáng hồng ngoại điều chế chất lỏng. Được trang bị với

bộ khuếch đại. Bộ phát và bộ nhận đều khép kín trong hộp nhựa và đượcthiết kế để gắn vào tường bể, NC (nghỉ switching) PNP transistor đầu ra(đầu ra OFF khi cảm biến trong chất lỏng).Các cảm biến này đòi hỏi 10-40VDC điện áp đầu vào, có một đèn LED cho đầu ra về chỉ định và thườngđược chấp nhận ứng dụng

Hình 2.3: Cảm biến quang khuếch tán.

2.2.2 Cảm biến tiệm cận:

a Công dụng của cảm biến tiệm cận

Là một kỹ thuật để nhận biết sự có mặt hay không có mặt của một vậtthể với cảm biến điện từ không tiếp xúc Cảm biến tiệm cận có 1 vai tròquan trọng trong thực tế Tín hiệu ngõ ra của cảm biến thường là dạng logic.

b Đặc điểm:

 Phát hiện 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, có thể lắp đặt ở nhiều nơi, nhiều vị trí, không gianhạn chế

 Có thể sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt mà các loại cảmbiến khác khó có thể hoạt động ổn định được

Có 3 loại cảm biến tiệm cận: điện từ, điện dung và siêu âm

a Cảm biến tiệm cận điện dung:

 Phát hiện được mọi vật liệu

 Có thể phát hiện vật thể qua lớp cách ly: kin loại, nhựa, thủytinh,…

 Ổn định và tốc độ cao

 Độ phân giải tốt.

 Giá thành tương đối thấp

Hình 2.4: Cảm biến tiệm cận.

b Cảm biến tiệm cận siêu âm:

- Cấu tạo: Cảm biến gồm 2 phần :phần phát ra sóng siêu âm và phần

 Đo được khoảng cách của vật di chuyển.

 Ít ảnh hưởng bởi vật liệu và bề mặt

 Không ảnh hưởng bởi màu sắc

 Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách

 Có thể phát hiện vật nhỏ ở khoảng cách xa

- Nhược điểm:

 Sóng phản hồi chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm

 Cần 1 khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi

 CB4: Cảm biến dạng quang đo mức chất lỏng trong bồn chứa và điềukhiển van1 mở khi mực chất lỏng chạm mức thấp.

 CB5: Cảm biến dạng quang nữa cũng làm nhiệm vụ đo mức chất lỏngtrong bồn chứa và điều khiển van1 đóng khi mực chất lòng đạt mứccao

Thuyết minh:

- Công đoạn 1: Đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng tải:

Khi ấn nút start động cơ (M) hoạt động kéo băng taiquay CB1 hoạt động phát hiện có vật thể ở trên băng tải haykhông và xuất tín hiệu về trung tâm Nếu phát hiện có thùngrỗng trên băng tải thì đóng kho chứa thùng, nếu chưa có thùngnào thì đẩy 1 thùng rỗng xuống băng tải

- Công đoạn 2: Điều khiển động cơ trên băng tải:

Thùng rỗng được đưa xuống băng tải qua công đoạn 1,động cơ băng tải (M) vẫn hoạt động kéo băng tải đưa thùng điđến vị trí van 2, CB2 phát hiện có thùng rỗng và đưa tín hiệu vềtrung tâm cho dừng động cơ kéo băng tải (M) để rót chất lỏngvào thùng Nếu chưa rót đầy thùng thì 2 động cơ M ngừng hoạtđộng Nếu thùng được rót đầy thì động cơ M tiếp tục hoạt động,quy trình này lặp đi lặp lại.

- Công đoạn 3: Rót chất lỏng vào thùng rỗng:

Khi thùng rỗng tới vị trí van 2, CB2 phát hiện có thùngrỗng và phát tín hiệu chuyển về trung tâm để ngưng động cơ Mđồng thời van 2 mở cho chất lỏng chảy vào thùng.

Khi chất lỏng được van 2 rót vào thùng rỗng dướingưỡng đặt trước của cảm biến đo mức CB3 (là mức chất lỏngđầy) thì CB3 xuất tín hiệu về trung tâm cho tiếp tục mở van 2.Nếu đạt ngưỡng của cảm biến thì đóng van 2 đồng thời tiếp tụccho động cơ M hoạt động Quy trình lặp đi lặp lại

- Công đoạn 4: Bơm chất lỏng vào bồn chứa:

Khi chất lỏng trong bồn chứa dưới ngưỡng chạm, CB4xuất tín hiệu về trung tâm cho mở van 1 để chất lỏng được bơmvào bồn đến khi đạt ngưỡng chạm CB5 xuất tín hiệu về trungtâm đóng van 1 Quy trình lặp đi lặp lại

d Cảm biến siêu âm:

Hình 2.7: Cảm biến siêu âm.

-Nguyên lý hoạt động: Ở trên đỉnh bồn chứa đặt một nguồn phát siêu âmmạnh.Luồng phát phát ra nguồn siêu âm theo chiều xuống đáy bồn chứa.Khiluồng siêu âm gặp mặt chất lỏng nó phản xạ lên và đến đầu thu, thời gian từlúc phát tới lúc thu :

Trong đó T: là 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 trong không khí ( vào khoảng 300m/s)

Tuy nhiên thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từvật cần đo Những yếu tố như bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trởbình chứa, nhiễu loạn gây bởi bề mặt; những chất tạo bọt và thậm chí là độ

gồ ghề hoặc góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần đo đều góp phần tạonhững thông tin không mong muốn ở tín hiệu phản hồi

Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động

sẽ ảnh hưởng thế nào tới sóng âm khi phát ra

Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm gồm:

+ Sóng âm-điều kiện tiên quyết của phép đo là sóng âm phải đi quachất cần đo Thông thường là không khí, nếu môi trường là chân không lạikhông phù hợp do trong chân không, không có đủ số phân tử khí làm giảmkhả năng truyền sóng

+ Điều kiện bề mặt-bọt và những hạt bụi bẩn bám trên bề mặt của chấtlỏng có thể hấp thụ sóng âm và làm cản trở sóng phản hồi về đầu phát

+ Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được phát và nhận theo đườngthẳng, mặt phản xạ cần là mặt phẳng

+ Nhiệt độ hoạt động-những phần mà siêu âm được gửi đến để đothường làm bằng nhựa với nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C.(Dĩ nhiên, việc thayđổi nhiệt độ sẽ làm phép đo mức kém chính xác)

+ Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với ápsuất quá cao; giá trị lớn nhất loại cảm biến này có thể chịu được là 30 psi(~2 bar)

Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), môi trường đọng nước, vàtạp chất có thể làm thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường không khí

và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của tín hiệu hồi đáp Để tránh sai số

do môi trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường cóthể dự đoán trước

Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đothời gian nhận được tín hiệu trở vể Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảmbiến siêu âm, ta tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu.

Từ thời gian này có thể tính ra được khoảng cách

Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu âmtrả về kết quả cực kì chính xác

Chọn cảm biến siêu âm

Hình 2.8: Cảm biến siêu âm HC – SR04

+Vcc -> nguồn 5V

+Trig -> nối vi điều khiển (ngõ phát) 

+Echo -> nối vi điều khiển (ngõ thu)