NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH LƯỢNG CHẤT TẠO BỌT TỰ ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHẸ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH LƯỢNG CHẤT TẠO BỌT TỰ ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHẸ Họ tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH TÀI NGUYỄN TRUNG PHỤC Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2008 - 2012 Tháng 06 năm 2012 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH LƯỢNG CHẤT TẠO BỌT TỰ ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHẸ Tác giả NGUYỄN TRUNG PHỤC NGUYỄN THÀNH TÀI Khóa luận đệ trình để đáp ứng nhu cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn KS Đào Duy Vinh Tháng 06 năm 2012 i LỜI CẢM TẠ Thơng qua khóa luận tốt nghiệp xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Tất quý thầy cô trường Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho kiến thức quý báu để làm tảng sau Đặc biệt quý thầy cô Bộ môn Cơ Điện Tử - khoa Cơ Khí Cơng Nghệ dạy bảo, trang bị cho kiến thức chuyên ngành làm hành trang bước vào đời Giáo viên hướng dẫn: thầy Đào Duy Vinh tận tình giúp đỡ từ bắt đầu đến hồn thành khóa luận Tập thể lớp DH08CD chia kiến thức học hỏi thời gian qua Tất bạn bè người thân động viên, giúp đỡ vượt qua khó khăn q trình thực Xin chân thành cảm ơn! SVTH: Nguyễn Thành Tài Nguyễn Trung Phục ii TÓM TẮT Trong thời buổi khoa học kỹ thuật ngày phát triển, máy móc đời nhằm giám thiểu sức lao động người, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa Với nhu cầu máy tạo bọt tự động sản xuất bê tông nhẹ đời,với giá thành cao đem lại nhiều lợi ích lĩnh vực xây dựng Nắm yêu cầu cần thiết thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị định lượng chất tạo bọt tự động sản xuất bê tơng nhẹ” với mục đích nghiên cứu vấn đề khoa học - kỹ thuật sở ứng dụng kiến thức trang bị năm học vừa qua Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị định lượng chất tạo bọt tự động sản xuất bê tông nhẹ” thực hiện: từ 22 - - 2012 đến 15 - – 2012 xưởng môn điện tử - trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh Kết quả: Chế tạo thành cơng thiết bị định lượng chất tạo bọt tự động sản xuất bê tơng nhẹ suất 500lít bọt/ mẻ iii MỤC LỤC Trang Trang tựa i Lời cảm tạ ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh mục hình viii Danh mục bảng x Chương MỞ ĐẦU 1.1.Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích đề tài .2 1.2.1 Mục đích chung 1.2.2 Mục đích cụ thể 1.3 Ý nghĩa khoa học đề tài Chương TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan chất tạo bọt .3 2.1.1 Mô tả 2.1.2 Ứng dụng 2.1.3 Ưu điểm 2.1.4 Tỷ lệ pha 2.2 Tổng quan họ vi điều khiển PIC 16F877A 2.2.1 Cấu trúc IC .4 2.2.2 Sơ đồ chân chức chân PIC16F877A 2.3 Một số linh kiện điện tử sử dụng đề tài 2.3.1 Transistor 2.3.2 IC ổn áp nguồn LM7805 10 2.3.3 Opto PC817 10 2.3.4 Van điện từ 11 2.5 Van điều áp 12 iv 2.6 Van chiều .13 2.7 Relay 14 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1 Nội dung nghiên cứu 16 3.2 Phương pháp nghiên cứu 16 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .17 4.1 Thiết kế phần khí 17 4.1.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị .17 4.1.2 Quy trình hoạt động máy .19 4.1.3 Chọn bình chứa hỗn hợp chất tạo bọt 20 4.1.4 Chọn bình chứa nước 22 4.1.5 Thiết kế phần cung cấp hóa chất 24 4.1.6 Chọn bơm hóa chất 25 4.1.7 Thiết kế ống hỗn hống 27 4.1.8 Thiết kế khung đỡ cho hệ thống 28 4.2 Thiết kế tủ điều khiển cho thiết bị 29 4.2.1 Mạch tạo nguồn 5V 29 4.2.2 Mạch nút nhấn 30 4.2.3 Mạch hiển thị 31 4.2.4 Mạch công suất 31 4.2.5 Mạch đếm số vòng quay motor 32 4.2.6 Sơ đồ mạch tổng quát 33 4.3 Lưu đồ giải thuật sơ đồ điều khiển máy 33 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 33 4.3.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống 34 4.4 Chạy thử nghiệm máy 35 4.5 Thảo luận 38 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 39 5.1 Kết luận .39 5.2 Đề nghị 39 v TÀI LIÊU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT PLC programmable Logic Controller C Common NC Normal Closed NO Normal Open B Base E Emitter C Collecter ROM Read Only Memory ADC Analog-to-Digital Converters CPU Cental processing Unit vii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ chân PIC 16F877A Hình 2.2: Cấu tạo transistor Hình 2.3: Sơ đồ led đoạn Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý LM7805 .10 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý OPTO PC817 .10 Hình 2.6: Cấu tạo van điện từ 11 Hình 2.7: Van điều áp 12 Hình 2.8: Cấu tạo van chiều 13 Hình 2.9: Cấu tạo relay 14 Hình 4.1: Cấu tạo chung máy 17 Hình 4.1: Cấu tạo chung máy 18 Hình 4.2: Bình chứa hỗn hợp chất tạo bọt .20 Hình 4.2: Bình chứa hỗn hợp chất tạo bọt .21 Hình 4.3: Bình chứa nước .22 Hình 4.3: Bình chứa nước .23 Hình 4.4: Bình chứa hóa chất 24 Hình 4.5: Bơm định lượng 25 Hình 4.6: Ống hỗn hống 27 Hình 4.7: Khung đỡ 28 Hình 4.8: Mạch nguồn 5VDC 29 Hình 4.9: Mạch nguyên lý nút nhấn 30 Hình 4.10: Mạch hiển thị led đoạn .31 Hình 4.11: Mạch công suất 31 Hình 4.12: Mạch đếm số vòng quay motor 32 Hình 4.13: Mạch nguyên lý tổng quát 33 Hình 4.14: Hình ảnh máy hồn thành .35 Hình 4.15: Đồ thị thay đổi nước cấp vào bình chứa hỗn hợp lần đo .36 viii Hình 4.16: Đồ thị thay đổi hóa chất bơm vào bình chứa hỗn hợp lần đo .37 Hình 4.17: Đồ thị so sánh lượng nước đo lượng nước thiết lập ban đầu 37 Hình 4.18:Đồ thị so sánh lượng hóa chất đo lượng hóa chất thiết lập ban đầu .38 ix Mạch có nhiệm vụ chủ yếu điều khiển đóng ngắt relay Thơng qua relay để đóng ngắt van điều khiển máy Để đảm bảo cho mạch công suất chạy ổn định an tồn, đồng thời khơng có tượng nhiễu xảy ra, mạch sử dụng linh kiện điên tử chủ yếu Opto PC817 IRF540 để kích relay Mục đích sử dụng Opto PC817 va IRF540 chủ yếu khuếch đại cho mạch đồng thời cách ly vi điều khiển relay để chống nguồn cảm ứng phóng ngược cuộn cảm relay 4.2.5 Mạch đếm số vòng quay motor Hình 4.12: Mạch đếm số vòng quay motor Mỗi vòng quay motor kích cho vi điều khiển xung, tùy theo lượng bọt tạo mà vi điều khiển nhận số xung định Khi vi điều khiển đếm đủ xung ngắt relay làm motor ngưng hoạt động 32 4.2.6 Sơ đồ mạch tổng quát Hình 4.13: Mạch nguyên lý tổng quát Nguyên lý hoạt động chung : Khi hệ thống bắt đầu: thông qua nút nhấn tăng giảm chọn ta thiết lập giá trị led đoạn, lượng bọt cần tạo Sau thiết lập giá trị led đoạn xong nhấn nút chạy Khi relay điều khiển van nước hóa chất mở Khi nước hóa chất bơm xong hệ thống tự động ngắt relay nước hóa chất Trong hệ thống có sử dụng chương trinh ngắt chân RB0 vi điều khiển có nhiệm vụ đếm số vòng motor bơm hóa chất, để lấy lượng hóa chất mong muốn Tiếp theo nhấn nút bọt khí để lấy bọt ngồi Cuối nhấn nut dừng để hệ thống ngừng hoạt động 4.3 Lưu đồ giải thuật sơ đồ điều khiển máy 4.3.1 Lưu đồ giải thuật Dựa vào nguyên lý hoạt động của máy, xây dựng lưu đồ giải thuật sau: 33 Bắt đầu Nhập N1,T1 Cấp nước, bơm hóa chất Sai T > T1 Sai N > N1 Đúng Đúng Ngưng bơm hóa chất Ngưng cấp nước Sai T > T1 Đúng Ngưng cấp nước SW1 = 1? Sai Đúng Phun bọt Kết thúc Đúng T1: thời gian nước chảy N1: số vòng quay motor SW1: nút nhấn phun bọt Tắt 34 Sai 4.3.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống Hiển thị led đoạn Cơng tắc hành trình Thiết bị tạo bọt tự động VI ĐIỀU KHIỂN 4.4 Chạy thử nghiệm máy Với hệ thống máy hoàn chỉnh ta tiến hành thử nghiệm để kiển tra lại kết thu với phần tính tốn Nếu độ sai lệch q lớn ta phải chỉnh sữa lại phần lập trình cho hợp lý Hình 4.14: Hình ảnh máy hồn thành 35 Bảng 4.1: Bảng khảo nghiệm Bọt Nước cần thiết tạo lập (lít) (lít) 50 100 Hóa chất thiết lập (lít) Nước (lít) Hóa chất(lít) Lần đo Hóa Nước chất (lít) (lít) Nước (lít) Hóa chất (lít) Trung bình nước đo lần Trung bình hóa chất đo lần 3,9  0,1  3,4 0,104 3,4 0,11 4,2 0,11 3,7  0,108 7,8  11,7  15,6  19,5  23,4  27,3  31,2  35,1  39  0,2  0,3  0,4  0,5  0,6  0,7  0,8  0,9  1  7,2 12,3 14,3 20,4 24,6 29,4 32 33,4 41,3 0,21 0,28 0,43 0,53 0,62 0,722 0,822 0,884 1,04 8,3 12,9 15 18,2 24,8 28,7 32,7 34,3 41,2 0,21 0,29 0,42 0,52 0,59 0,71 0,81 0,89 1,062 8,2 12,3 14,5 19,5 23,2 27,8 30,7 34,7 40 0,216 0,3 0,424 0,52 0,598 0,716 0,804 0,966 1,08 7,9  12,5  14,6  19,4  24,2  28,6  31,8  34,1  40,8  0,212  0,29 0,425 0,523 0,603 0,716 0,812 0,913 1,04 Trung bình lần khảo nghiệm  24,3 0,627 24,4 0,617 23,9 0,637 150 200 250 300 350 400 450 500 lít Lần Hình 4.15: Đồ thị thay đổi nước cấp vào bình chứa hỗn hợp lần đo 36 lít Lần Hình 4.16: Đồ thị thay đổi hóa chất bơm vào bình chứa hỗn hợp lần đo Hình 4.17: Đồ thị so sánh lượng nước đo lượng nước thiết lập ban đầu 37 Hình 4.18: Đồ thị so sánh lượng hóa chất đo lượng hóa chất thiết lập ban đầu Nhận xét: Từ đồ thị cho thấy sai lệch lượng nước hóa chất đầu vào không đáng kể Như lượng nước hóa chất cấp vơ bình hỗn hợp theo phương pháp định lượng tương đối ổn định 4.5 Thảo luận Từ kết thu cho thấy rằng: Sự chênh lệch thể tích nước hóa chất lần định lượng không đáng kể Nguyên nhân sai lệch: Trong q trình đo có sai số xảy Nước cấp vào bình hỗn hợp theo nguyên tác chảy tự 38 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Thiết kế chế tạo thiết bị định lượng chất tạo bọt tự động sản xuất bê tông nhẹ Phần khí: thiết kế chế tạo kết cấu máy sử dụng đơn giản Phần điện tử: mạch điện nhỏ gọn, hoạt động ổn định Lượng bọt tạo tối đa cho chu trình làm việc máy 500 lít 5.2 Đề nghị Do thời gian thực đề tài thiết bị chưa cho phép nhóm nghiên cứu phát triển đề tài lên mức cao Đề tài có vài hạn chế: Thời gian tạo bọt dài Nước định lượng theo thời gian nên phụ thuộc vào nhiều yếu tố dẫn đến có sai số khơng đáng kể Để đề tài đạt tính hiệu cao cần số kiến nghị sau: Thiết kế bơm định lượng với công suất cao để suất máy cao 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Minh Hà, 1997 Kỹ thuật mạch điện tử Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cừ - Nguyễn Văn Tuấn Vẽ kỹ thật tập Nhà xuất Giáo Dục Trần Hữu Quế - Đặng Văn Cừ - Nguyễn Văn Tuấn Vẽ kỹ thật tập Nhà xuất Giáo Dục Văn Thế Minh 1997 Kỹ thuật vi xử lý Nhà xuất giáo dục 40 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A Khai báo biến #device *=16 adc=10 #fuses NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, BROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=20000000) #use fast_io(A) #use fast_io(B) #use fast_io(D) #use fast_io(C) #use fast_io(E) // cac nut nhan vao #define nchay rb1 #define bom_khi rb2 #define bom_bot rb3 #define ndung rb4 #define tang rb5 #define chon rb6 #define giam rb7 //#define relay_khi rd #define data portd //cac tin hieu mach relay #define hchat rc0 #define nuoc rc1 #define rc2 #define bot rc3 #define led1 re2 #define led2 re1 #define led3 re0 const int8 ma[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; int1phim=1,phim2,chop[4],nhay[4],en_ext=0,en_delay=0,en_khi=0,xa_bot,xa_khi,ok[ 3],chay; int8 b,c,dv,chuc,tram; int8 lan2=0; int16 a,nc,hc,t3,t4,t5,giay; int16 time1 = 3038; //0.1 s ly tguyet = 3036 float buf;//buffer void led_7seg(); void ban_phim(); 41 void ngat_ext(); void interrupt_timer0(); void interrupt_timer1(); void chochay(); void dung(); void stop(); void play(); Chương trình #include #include #include #include #include #include #include #include void main(){ trisa = 0xff; trisb = 0xff; trisd = 0; trisc = 0b10000000; trise = 0; porte = 0; hchat =0; nuoc =0; =0; bot =0; en_delay = 0; en_ext = 0; xa_bot = 0; xa_khi = 0; chay = 0; enable_interrupts(global); //enable_interrupts(int_ext); //ext_int_edge(H_TO_L); setup_timer_0(rtcc_div_8); //cai dat timer0 cho viec dieu xung PWM enable_interrupts(int_timer0); //cho phep ngat timer0 set_timer0(1); enable_interrupts(INT_TIMER1); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); set_timer1(time1); a=0; stop(); 42 while(true){ led_7seg(); if(phim == 1){ban_phim();} //xu ly ban phim if(chay == && nchay == 0){ //nut start play(); } if(ndung == 0){ // nut dung stop(); } if(ok[1] == && ok[2] == 1){en_khi = 1;}else{en_khi = 0;} if(bom_khi == && en_khi == 1){xa_khi = 1;phim = 0;} //nut bom if(xa_khi == 1){khi = 1;}else{khi = 0;} if(bom_bot == 0&& en_khi == 1){xa_bot = 1;phim = 0;} //nut bom bot if(xa_bot == 1){bot = 1;}else{bot = 0;} // } } void play(){ phim = 0; chop[3] = 0; chop[1] = 0; chop[2] = 0; //cac led ko chop nua if(a >= 2){ delay_ms(100); buf =(78*a - 140.8)/139.8; //tinh tg nuoc chay delay_ms(500); nc = (int16)buf; delay_ms(100); buf = 0.4*a; // tinh so vong dong co hc = (int16)buf + 1; chay = 1; //ngat vong sau ko thuc hien ct nua ok[1] = 0; ok[2] = 0; //xac lap trang thai hoa chat va nuoc ban dau en_delay = 1; en_ext = 1; xa_bot = 0; xa_khi = 0; hchat = 1; //cho hoa chat vao-cho phep ngat ngoai nuoc = 1; //cho nuoc vao -cho phep tinh thoi gian bot = 0; = 0; } } void stop(){ phim = 0; chay = 0; hchat = 0; //dong tat ca cac van nuoc = 0; 43 = 0; bot = 0; c=0; giay = 0; en_delay = 0; en_ext = 0; xa_bot = 0; xa_khi = 0; } Chương trình quet bàn phím void ban_phim(){ if(chon == 0){//phim chon phim = 0; if(b < 4){b++;}else{b = 1;} if(b == 1){ chop[1] = 1; chop[2] = 0; chop[3] = 0;} else if(b == 2){chop[2] = 1; chop[1] = 0; chop[3] = 0;} else if(b == 2){chop[2] = 1; chop[1] = 0; chop[3] = 0;} else if(b == 3){chop[3] = 1; chop[1] = 0; chop[2] = 0;} else{chop[3] = 0; chop[1] = 0; chop[2] = 0;}//b = } if(tang == 0){ //tang phim = 0; switch(b){ case 1: if(a = 100){a = a - 100;} break; 44 } } } Chương trình quet led đoạn void led_7seg(){ tram = a/100; chuc = (a/10)%10; dv = a%10; led1 = || nhay[3]; data = (ma[tram]); delay_ms(1); led1 = 1; led2 = || nhay[2]; data = (ma[chuc]); delay_ms(1); led2 = 1; led3 = || nhay[1]; data = (ma[dv]); delay_ms(1); led3 = 1; } Ngắt_ timer1 #INT_TIMER1 void interrupt_timer1(){ set_timer1(time1); if(en_delay == 1){ if(lan2 >= 9){ lan2 = 0; if(giay < 65535){giay++;}else{giay = 0;} if(giay >= nc){nuoc = 0; ok[2] = 1; en_delay = 0; giay = 0;} } else{lan2++;} } } Ngắt_timer0 #int_timer0 //CHUONG TRINH DIEU RONG XUNG LINK - 10 kHz, CO THE DIEU XUNG CHO NHIEU MOTOR KHAC BANG CT NAY void interrupt_timer0(){ //led_7seg(); if(phim == && t3 < 800){t3++;}else{t3 = 0;phim = 1;}//chong doi nut nhan //if(phim2 == && t5 < 100){t5++;}else{t5 = 0;phim2 = 1;}//chong doi nut nhan if(rb0 == && phim2 == 1){ngat_ext();} if(phim2 == && rb0 == 1){phim2 = 1;} //////// xu ly led chop//////////// if(t4 < 1600){t4++;}else{t4 = 0;} 45 if(t4 < 800){ nhay[1] = chop[1]; nhay[2] = chop[2]; nhay[3] = chop[3]; }else{ nhay[1] = 0; nhay[2] = 0; nhay[3] = 0; } /////// ket thuc xu ly led chop ///////////// } Ngắt //#int_ext void ngat_ext(){ if(en_ext == && phim2 == 1){ phim2 = 0; if(c > 200){c = 0;}else{c++;} if(c >= hc){hchat = 0; ok[1] = 1; en_ext = 0; c = 0;} } } 46