hệ thống chiết rót chất lỏng

Mục Lục    Chương 1: Tổng Quan Hệ Thống 1.1Ứng dụng thực tế 1.2Cơ sở lý thuyết 1.3Giới thiệu về hệ thống Chương 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 kế Chương 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

Giáo viên hướng dẫn: Võ Thị Cẩm Thùy

Sinh viên thực hiện : Đỗ Văn Thu

Trần Thị Thủy Nguyễn Xuân Thuyên

Lê Anh Tú Trần Đăng Trung

-Hà

Nội-2016 -Phiếu giao đề tài: Đề tài 2 Xét khâu rót chất lỏng vào thùng trong hệ thống

sản xuất, mô tả công nghệ như hình 2

Hình 2

 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 lỏng rót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải Đối tượng điều khiển là động cơ kéo băng tải, Van1, Van2 và thiết bị đẩy thùng rỗng từ kho xuống băng 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:

1 Trình bày tổng quan về công nghệ và ứng dụng của hệ thống chiết rót chất 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 của cảm biến để tác động đến các đối tượng điều khiển?

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

XÉT KHÂU RÓT CHẤT

LỎNG VÀO THÙNG TRONG HỆ THỐNG

SẢN XUẤT

Lời Nói Đầu

  

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

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

– 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 chiết rót chấtlỏng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật , hiệu quả kinh tế, không độc hại, không gây ônhiễm môi trường và tương đối phù hợp với công nghệ sản xuất trong nước

– Vì kinh nghiệm bản thân cũng như kiến thức không nhiều nên không tránhkhỏi như thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự đống góp ý kiến từ phía cácthầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn

-Giáo Viên Bộ Môn:

Cô : Võ Thị Cẩm Thùy – Bộ môn Đo Lường Cảm Biến Khoa Điện

-Nhóm 6 – Đề Tài 6 -Lớp Điện 2 K9:

 Nguyễn Anh Hào

 Nguyễn Kim Tuyền

 Hoàng Thị Thùy

 Vi Văn Hải

 Hoàng Nhật Anh

Nhận Xét Của Giáo Viên Bộ Môn

Mục Lục   

Chương 1: Tổng Quan Hệ Thống

1.1-Ứng dụng thực tế

1.2-Cơ sở lý thuyết

1.3-Giới thiệu về hệ thống

Chương 2: Nội dung thực hiện 2.1-Yêu cầu đề tài

2.2-Các hướng giải quyết

2.3-Lý do lựa chọn cho thiết kế

2.4-Tính chọn thiết kế

Chương 3: Kết luận 3.1-Các kết quả đạt được

3.2-Các hạn chế khi thực hiện

3.3-Biện pháp khắc phục

Chương 4: Bài dịch tài liệu cảm biến 4.1-Bản tài liệu lý thuyết

4.2-Bản tài liệu sử dụng cảm biến

Chương 1 Tổng Quan Hệ Thống

1.1-Ứng Dụng Thực Tế:

 Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ, ngày nay đã xuất hiện một lĩnhvực mới là sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử: Cơ khí tự độnghóa

 Trên thế giới, cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu và nay đã phát triểnkhá mạnh, một trong những sản phẩm của cơ khí-tự động hóa là những hệ thốngchiết rót và đóng nắp chai tự động, hệ thống rót nước vào bình lọc tinh khiết, hệthống chiết rót tự động trong nhà máy bia…

Một số hình ảnh của các hệ thống trong thực tế

Hình 1.1: Hệ thống rót nước tinh khiết vào bình

Hệ thống được điều khiển hoàn toàn tự động bằng công nghệ hiện đại, khôngcần sự can thiệp của bàn tay con người giúp cho nước đảm bảo an toàn vệ sinh vàđạt được năng suất cao

Dây chuyền chiết này được thiết kế đặc biệt để tạo sự dễ dàng cho người vậnhành khi điều khiển hoạt động của vòi rót; vòi rót được truyền động bằng động cơ

2 tốc độ cho phép chạy qua trái/phải và chạy tới/lui Hệ thống điều khiển chuyểnđộng có độ chính xác cao, giao diện thân thiện cho phép người vận hành chưa đượcđào tạo kỹ năng vẫn có thể vận hành máy

Hình 1.2: Dây chuyền rót bia tự động

Dây chuyền rót bia tự động gồm nhiều khâu được đồng bộ hóa với nhau vàlàm việc rất nhịp nhàng chính xác Hệ thống dây chuyền có sử dụng băng tải vậnvận chuyển chuyên chở là một thành phần cơ bản được ứng dụng trong côngnghiệp, trong các lĩnh vực thực phẩm và chế biến, giải khát…

1.2-Cơ Sở Lý Thuyết:

a- Động cơ kéo băng tải: Sử dụng động cơ điện xoay chiều

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Động cơ gồm có 2 phần chính là stator và rotor Stator gồm các cuộn day của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo

ra từ trường quay Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.

Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường qua do stator gay

ra làm cho rotor quay trên trục Chuyển động quay của rotor được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu truyền động khác (ở đề tài này dùng để kéo băng tải chuyển động.

 Phân loại

Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khcs nhau Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha và nếu theo tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ

b- Băng tải:

Băng tải bố NN

 Cấu tạo

Hình 1.6: Băng tải bố NN

 Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu là Nylon, có các thànhphần gồm: cao su mặt trên + lớp bố + cao su mặt dưới Lớp bố của băng tải loạinày duy trì sức căng cũng như tạo độ bền cho kết cấu băng tải, chịu lực nén và kéotải, chịu nhiệt 1000C tới 6000C

 Đặc điểm

 Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp 5 lần sợi Cotton

 Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chịu sự va đập rấttốt nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng bố

 Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác

 Chống được lão hóa do gấp khúc, uốn lượn nhiều trong sử dụng

 Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su, đồng thời giảm thiểuviệc tách tầng giữa các lớp bố

 Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp

 Độ dai cực lớn, nhẹ và làm tăng lên sức kéo của motor dẫn đến giảmtiêu thụ điện

 Băng tải con lăn

Hình 1.7: Băng tải con lăn

 Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vậnchuyển

 Dùng để vận chuyển các sản phẩm đã đóng thùng, trọng lượng lớn

 Băng tải được sử dụng trong môi trường nhiệt độ-20 độ đến +40 độ

Ngoài ra còn có các loại sản phẩm chính như: Băng tải PVC, Băng tải cong, Băngtải cao su, Băng tải con lăn, Băng tải đứng, Băng tải di động, Băng tải nghiêng,Băng tải cấp liệu, Băng tải lưới inox, Băng tải xích nhựa, Băng tải xích inox

c- Van khí:

-Van giảm áp là một van áp suất có tác dụng giữ áp suất đầu ra của van ởmột giá trị thiết lập sẵn thấp hơn áp suất đầu vào Điểm khác nhau cơ bản giữavan giảm áp và các van áp suất đầu vào (van an toàn, van tràn) là thiết lập ápsuất tại đầu ra của van Có 2 dạng van giảm áp

Dạng 1: Thiết lập quan hệ áp suất đầu vào và đầu ra của van P1 và P2

Cấu tạo của van: gồm phần tử điều khiển dạng ống trượt 1, ống trượt này bị ép

vào đế bởi lò xo 2, lực ép của lò xo 2 được điều chỉnh bởi vít xoay 3 Cửa 4 của

vỏ van nối với ống dẫn áp suất cao, cửa 5 của van nối với ống dẫn áp suất thấp

Ở vị trí ban đầu của van là vị trí bị ép vào đế đỡ, cửa vào và cửa ra không đượcthông nhau Khi tăng áp suất cửa vào P1, áp suất P1 càng lớn tiết diện thôngnhau giữa 2 cửa càng lớn và áp suất P2 càng lớn

2 loại van dạng 2: van tác động trực tiếp và van tác động gián tiếp.

giảm P2 Trường hợp P2 giảm thì phần tử điều khiển đi xuống làm tăng tiết diện cửa thoát kéo theo tăng P2 Như vậy quá trình này làm cho P2 gần như không đổi

Van giảm áp tác động gián tiếp:

 Cấu tạo: gồm phần tử điều khiển chính - ống trượt 1, ống trượt có dạng trụ

với các đoạn có kích thước khác nhau (hình dưới), lò xo cố định 2 với độ cứng nhỏ, phần tử điều khiển phụ 5 ở dạng van bi trượt Lực nén của lò xo 4 ở van

phụ có thể điều chỉnh bởi vít xoay 3 Vỏ của van có các rãnh nối khoang 7 và 8 với cửa ra của van Ống trượt 1 có rãnh 9 nối liền khoang 6 với khoang 8.

- Lò xo 4 thiết lập một áp suất lớn hơn áp suất cửa vào của van P1 , khi đó ống trượt 1 ở vị trí ban đầu (nhìn hình ) Trong trường hợp khoang 6, 7 và 8 có cùng áp suất là P1, khoang 10 nối với khoang 11, khi đó chất lỏng chảy tự do qua van (tính chất giảm áp - ổn áp không được thể hiện)

-Khi thiết lập lò xo 4 một giá trị P2>P1, van phụ dạng bi trượt sẽ mở và chất lỏng từ khoang 6 thoát ra thùng chứa một lượng nhỏ Nhờ đó dòng chảy qua rãnh 9 được tạo thành, cùng với nó trở lực thủy lực bị mất đi Kết quả là áp suất ở khoang 6 tụt và ống trượt chính bị nâng lên, làm giảm tiết diện thông nhau giữa khoang 10 và 11.Vì thế mà áp suất trong khoang 11, 8 và 7 giảm xuống, tác động vào ống trượt và làm tăng tiết diện thông nhau giữa khoang 10

và 11

Quá trình đó lặp đi lặp lại, làm cho ống trượt thực hiện dao động quanh vị trí thiết lập Mọi sự thay đổi áp suất ở cửa vào hoặc cửa ra của van đều kéo theo sự

di chuyển của ống trượt Tóm lại tại cửa ra áp suất được giữ cố định

Trong van dạng này khoang 7 là một rãnh hẹp, nối khoang với cửa ra có tác dụng như một thiết bị chống rung và làm giảm dao động

1.3-Giới Thiệu Hệ Thống:

Hệ thống rót chất lỏng vào thùng gồm có tất cả 3 khâu chính:

Khâu 1: Khâu giữ thùng và thả thùng

Khâu 2: Khâu băng tải đẩy thùng và dừng thùng

Khâu 3: Khâu rót chất lỏng vào thùng

Giữa các khâu thì có mối liên hệ chặt chẽ với nhau và làm việc nhanh chính xác

Nguyên Lý Hoạt Động:

- Thùng được thả từ trên kho xuống liên tục vào băng tải và được điều khiểnbằng cảm biến đặt ở vị trí số 1,sau đó thùng tiếp tục được băng tải chuyển độngliên tục về đến vị trí có bồn chứa rót chất lỏng và lúc này cảm biến được đặt ở

vị trí số 2 sẽ được giao nhiệm vụ nhận và dừng thùng tại bồn chiết rót chấtlỏng,xy lanh giữ thùng để thùng không chuyển động.Trong lúc thùng đang đượcgiữ cố định thì cảm biến làm việc van tự động hạ xuống và bắt đầu rót chất lỏngvào thùng trong thời gian delay nhất định.Sau đó cảm biến phát tín hiệu khi đãrót chất lỏng vào thùng và băng tải tiếp tục chạy để đưa thùng đến các khâu tiếptheo

Chương 2 Nội Dung Thực Hiện

2.1-Yêu cầu của đề tài:

- Xây dựng 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 từkho chứa thùng, Van 2 được điều khiển để rót chất lỏng vào thùng, Van 1được điều khiển để đưa chất lỏng vào bồn chứa

- Các thông số cần giám sát: mức chất lỏng trong bồn chứa và mức chất lỏngrót vào các thùng, vị trí các thùng trên băng tải

- Đối tượng điều khiển là động cơ kéo băng tải, van 1, van 2 và thiết bị đẩythùng rỗng từ kho xuống băng tải

2.2-Các hướng giải quyết:

Hệ thống cảm biến:

Cấu tạo cơ bản của khâu chiết rót được chia làm 4 vị trí:

- Vị trí 1: Đưa thùng từ kho vào hệ thống băng tải

- Vị trí 2: Dừng băng tải để rót chất lỏng vào thùng

Hình 2.1: Đưa thùng từ kho vào hệ thống băng tải.

 Cảm biến được sử dụng là các cảm biến quang điều khiển kết cấu cánh tayđòn đưa thùng từ kho xuống băng tải:

Cảm biến thu phát độc lập:

Hình 2.2: Cảm biến thu phát độc lập.

-Là loại cảm biến có phần phát và phần thu ở trong hai bộ phận độc lập nhau

và đặt đối diện nhau Loại cảm biến này thường sử dụng tia hồng ngoại, vì sử dụngloại tia hông ngoại thì ảnh hưởng của vùng ánh sang nhìn thấy được, của bụi, củabẩn giảm ở mức nhỏ nhất, hơn nữa không ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Đặc điểm:

 Độ tin cậy cao

 Thích hợp với việc dùng để phát hiện các đối tượng mờ đục, không trongsuốt hay các đối tượng có tính phản chiếu

 Không thích hợp để phát hiện các đối tượng trong suốt

 Tầm hoạt động xa nhất so với 2 loại còn lại Một số cảm biến đặc biệt cókhả năng hoạt động lên đến cự ly 274m

 Khoảng cách phát hiện xa

 Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc đối tượng

Vị trí 2: Dừng băng tải để rót chất lỏng vào thùng.

Sử dụng các cảm biến điều khiển động cơ băng tải như sau:

Cảm biến quang thu phát phản xạ:

Hình 2.3: Cảm biến quang thu phát phản xạ

Cảm biến quang loại phản xạ có bộ phát và nhận tích hợp chung trong một vỏbay còn gọi là 2 trong 1 Vị trí của 2 bộ phận này song song nhau Một thànhphần khác của loại cảm biến này là bộ phận phản xạ

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

Khoảng cách phát hiện lớn nhất của các cảm biến Siemens loại thu phát chung

vỏ là 35 feet (khoảng 10m)

Đặc điểm:

 Độ tin cậy cao

 Giảm bớt dây dẫn

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

-Cảm biến sợi quang:

Hình 2.4: Cảm biến sợi quang

-Các cảm biến sử dụng cáp quang làm phương tiện để có thể truyền đạtthông tin bằng ánh sáng Cáp quang được cấu tạo từ nhiều sợi quang Tùy thuộcvào từng chủng loại cảm biến, có thể sử dụng từng cáp riêng cho bộ phận phát

và bộ phận nhận hoặc chỉ sử dụng 1 cáp duy nhất

-Khi chỉ sử dụng chung 1 cáp, bộ phận phát và bộ phận sử dụng cácphương pháp khác nhau để phân chia các sợi quang Loại cáp quang ‘thủy tinh’được sử dụng khi nguồn sáng phát ra tia hông ngoại, còn khi ngồn sáng phát raloại tia có thể nhìn thấy được thì loại cáp quang plastic được sử dụng

Cáp quang được sử dụng với các loại cảm biến quang điện Loại thu phát riêng

sử dụng 1 cáp

Cáp quang thường sử dụng trong các hệ thống phát hiện độ phẳng, độ lồi lõmcong vênh của sản phẩm, phát hiện sự cố có mặt hay không của đối tượng…Yêu cầu khi lắp đặt cảm biến: vị trí của nguồn sáng, bộ phận nhận, bộ phậnphản xạ hay đối tượng phải sao cho lượng năng lượng của ánh sáng khi đếnđược bộ phận đạt mức cao nhất

Vị trí 3: Van rót chất lỏng

Có thể sử dụng các cảm biến:

-Cảm biến tiệm cận siêu âm:

Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận siêu âm.

-Cảm biến tiệm cận siêu âm có thể phát hiện hầu hết các loại đối tượng:kim loại hoặc không phải kim loại, chất lỏng hoặc chất rắn, vật trong hoặc mờđục (những vật có hệ số phản xạ sóng âm thanh đủ lớn)

-Nguyên lý hoạt động: nguyên lý cảm biến siêu âm dựa trên đặc điểm vậntốc âm thanh là hằng số Thời gian sóng âm thanh đi từ cảm biến đến đối tượng

và quay trở lại liên hệ trực tiếp đến độ dài quãn đường Vì vậy cảm biến siêu

âm thường được sử dụng đo khoảng cách

-Cảm biến lưu lượng:

Hình 2.6: Cảm biến lưu lượng

-Dựa trên áp suất sai lệch: Kiểu cảm biến lưu lượng được sử dụng phổbiến nhất là dựa vào phép đo áp suất rơi trên một đoạn ống thu hẹp Bởi vìlương lớn thông tin và ác cảm biến kiểu dựa vào sự thu hep đường ống này chokết quả có độ chính xác cao khi được sử dụng chính xác Các ống ‘venturi’, cáctấm ‘orifica’ và các ‘nozzle’ là những ví dụ về các thiết bị giảm áp thường đượcđặt trong đường ống quá trình để đo lưu lượng Cả ba đều tạo nên một chênhlệch áp suất mà có thể dễ dàng đo được và từ đó tính được lưu lượng Cả ba đềutạo nên một chênh lệch áp suất áp suất mà có thể dễ dàng đo được và từ đótínhđược lưu lượng thể tích.Một số ưu điểm của phương pháp này là: