Nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống cân đóng bao bán tự động trong sản xuất thức ăn thủy sản

LỜI CÁM ƠN Em xin cảm ơn tới thầy Võ Anh Huy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt q trình hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô khoa Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, tận tâm giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian em học tập trường Sau em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn chung nhóm luận văn động viên giúp đỡ em trình làm luận văn Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 05 năm 2017 Trần Đức Thắng i TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống cân đóng bao bán tự động sản xuất thức ăn thủy sản Máy thiết kế với suất cân từ 300 - 400 bao/giờ, trọng lượng cân khoảng 10 - 50 Kg với sai số 0,1 Kg Nội dung đề tài trình bày chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Lựa chọn phương án Chương 3: Thiết kế khí Chương 4: Thiết kế hệ thống điện điều khiển Chương 5: Tổng kết hướng phát triển đề tài ii MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng tĩnh 1.2 Cân đóng bao sản xuất thức ăn chăn ni 1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ phạm vi đề tài 1.3.1 Mục tiêu 1.3.2 Nhiệm vụ 1.3.3 Phạm vi đề tài CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Bồn chứa nguyên liệu 2.1.1 Lựa chọn phương án cửa tháo liệu 2.1.2 Lựa chọn chế độ dòng chảy 2.2 Lựa chọn cánh khuấy 2.2.1 Cánh khuấy turbin 2.2.2 Cánh khuấy mái chèo 2.2.3 Cánh khuấy dạng mỏ neo 10 2.2.4 Lựa chọn cánh khuấy 11 2.3 Lựa chọn cảm biến Load cell 12 2.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 12 2.3.2 Các thông số kỹ thuật 13 2.3.3 Phân loại 14 2.4 Phương án đọc tín hiệu từ loadcell 16 2.4.1 Đọc tín hiệu Analog trực tiếp từ loadcell 16 2.4.2 Các module chuyển đổi, khuếch đại tín hiệu 16 2.4.3 Đầu cân 17 2.5 Phân tích lựa chọn thiết bị điều khiển 17 2.5.1 So sánh thiết bị điều khiển 17 2.5.2 Nhận xét lựa chọn thiết bị điều khiển 19 2.6 Lựa chọn thiết bị vận hành người máy 19 iii CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 23 3.1 Thiết kế băng tải bao 23 3.1.1 Lựa chọn thông số 23 3.1.2 Tính tốn lựa chọn động 23 3.2 Tính tốn thiết kế phễu chứa 26 3.2.1 Tính tốn áp suất 26 3.2.2 Tính tốn tốc độ xả vật liệu 28 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 32 4.1 Cấu hình hệ thống điện hệ thống 32 4.1.1 Thiết bị chấp hành 32 4.1.2 Đầu cân 33 4.1.3 Loadcell 35 4.1.4 PLC 35 4.1.5 Các thiết bị khác 38 4.2 Thiết kế mạch điện cho hệ thống 39 4.2.1 Sơ đồ mạch động lực cho hệ thống cân 39 4.2.2 Sơ đồ mạch khí nén cho hệ thống cân 40 4.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển cho hệ thống cân 40 4.3 Lưu đồ giải thuật 41 4.4 Lập trình cho hệ thống cân TIA PORTAL 42 4.4.1 Chương trình 42 4.4.2 Giao thức MODBUS RTU 44 4.4.3 Giao tiếp RS485 với đầu cân 45 4.5 Thiết kế giao diện HMI vận hành hệ thống cân Tia Portal 49 4.5.1 Chế độ auto 51 4.5.2 Chế độ manual 53 CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 55 5.1 Kết luận 55 5.2 Định hướng phát triển đề tài 55 PHỤ LỤC TRONG CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH TRONG TIA PORTAL 57 iv TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 v Danh sách hình ảnh Hình 1.1: Một số hệ thống hệ thống cân thường dùng Hình 1.2: Mơ hình cân đóng bao bán tự động Hình 1.3: Một số hình ảnh cân thực tế thị trường Hình 2.1: Cửa tháo dạng hình nêm hình nón Hình 2.2: Các dạng dịng chảy vật liệu dạng hạt bồn chứa Hình 2.3: Biểu đồ dự đốn chế độ đòng chảy Hình 2.4: Các dạng cánh khuấy turbin Hình 2.5: Cánh khuấy dạng mái chèo 10 Hình 2.6: Cánh khuấy dạng mỏ neo 11 Hình 2.7: Cánh khuấy cho hệ thống cân 11 Hình 2.8: Cấu tạo loadcell dạng 12 Hình 2.9: Mạch cầu Wheastone 13 Hình 2.10: Mốt số loại loadcell thị trường 15 Hình 2.11: Vị trí load cell 15 Hình 2.12: LCD va HMI Keypad 19 Hình 2.13: HMI proface 20 Hình 2.14: HMI monitor 21 Hình 3.1: Kích thước động hộp số 26 Hình 3.2: Đường đặc tính áp suất 28 Hình 3.3: Mơ hình đáy cửa xả 30 Hình 3.4: Hệ thống cân hoàn thiện 31 Hình 4.1: Động hộp số băng tải 32 vi Hình 4.2: Van điện từ SY7120-5LZD-02 33 Hình 4.3: Đầu cân W100 34 Hình 4.4: Loadcell CB14-100K 35 Hình 4.5: PLC S7-1214-DC/DC/DC 36 Hình 4.6: Module RS485 CM 1241 37 Hình 4.7: Màn hình HMI KTP1000 Basic PN 37 Hình 4.8: sơ đồ mạch động lực 39 Hình 4.9: Sơ đồ mạch khí nén 40 Hình 4.10: Sơ đồ mạch điều khiển 40 Hình 4.11: Sơ đồ giải thuật điều khiển 41 Hình 4.12: Chương trình cho hệ thống cân 43 Hình 4.13: Một khung truyền giao thức Modbus RTU 44 Hình 4.14: Funtion cài đặt thông số cho giao tiếp RS485 modbus RTU 46 Hình 4.15: Đọc tín hiệu khối lượng giao tiếp RS495 modbus RTU 46 Hình 4.16: Cài đặt điểm “zero point” cho khối lượng cân qua giao tiếp RS485 modbus RTU 47 Hình 4.17: Chương trình điều khiển thiết bị chấp hành 48 Hình 4.18: Màn hình điều khiển 50 Hình 4.19: Màn hình auto 51 Hình 4.20: Màn hình “setting” cho chế độ auto 52 Hình 4.21: Màn hình manual 53 vii Bảng 2.1: Tính chất vật lý số vật liệu dạng hạt[3] Bảng 2.2: So sánh Vi điều khiển PLC 18 Bảng 3.1: Tra thông số động hộp số phần mềm Cat4cad 25 Bảng 3.2: Thơng số cấp mở cửa liệu 30 Bảng 4.1: Thông số động 3AWAR 63-06F-TH-TF 32 Bảng 4.2: Thông số hộp số cấp SUA 506B 32 Bảng 4.3: Thông số van SY7120-5LZD-02 33 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật đầu cân 34 Bảng 4.5: Thông số loadcell CB14-100K 35 Bảng 4.6: Thông số PLC 36 Bảng 4.7: Thông số hình HMI KTP1000 Basic PN 37 Bảng 4.8: Địa ghi đầu cân[10] 45 Bảng 4.9: Thanh ghi Status register (40007) 45 Bảng 4.10: Ký hiệu, chức nút HMI 49 viii Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương trình bày việc ứng dụng cân tĩnh định lượng để xác định khối lượng sản phẩm đầu lĩnh vực sản xuất nói chung sản xuất thức ăn chăn thủy sản nói riêng Tìm hiểu ngun lý hoạt động loại cân tĩnh thị trường 1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng tĩnh Việc đo lường, kiểm sốt khối lượng nhà máy, xí nghiệp quan trọng Trong nhiều trình, việc đo lường tốt giúp cho nhà máy hoạt động cách liên tục, suất cao tạo sản phẩm tốt Trước để định lượng nguyên vật liệu bồn chứa, phễu chứa dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng sử phương pháp đo lường đo thể tích, đo mức, đo lưu lượng, đo cân học với cồng kềnh độ xác khơng cao Ngày nay, hệ thống đại đòi hỏi hệ thống phải có độ xác cao suất lớn, kết nối với thiết bị khác hệ thống sản xuất cho đời hệ thống cân điện tử đo lường sử dụng loadcell Qua tiết kiệm chi phí tiêu hao nguyên liệu, tăng suất, quản lý chi phí sản xuất Các hệ thống cân sử dụng loadcell thường dùng như: Cân bồn, cân phễu, cân băng tải, cân dạng cơ, Chương 1: Tổng quan a Hệ thống cân bồn b Hệ thống cân phễu b Hệ thống cân băng tải d Hệ thống cân Hình 1.1: Một số hệ thống hệ thống cân thường dùng[1] 1.2 Cân đóng bao sản xuất thức ăn chăn nuôi Thức ăn chăn nuôi nhân tố quan trọng phát triển chăn nuôi Ở nước ta sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống Thức ăn công nghiệp sản xuất nhà máy thức ăn nuôi với quy mô lớn với hệ thống tự động hóa Một hệ thống cân đóng bao bán tự động gồm thành phần hình dưới: Chương 5: Tổng kết hướng phát triển đề tài  Nâng cấp mạng truyền thơng để kết nối hệ thống giám sát chung nhà máy 56 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH TRONG TIA PORTAL Chương trình 57 58 Chương trình auto 59 60 61 62 Chương trình manual 63 64 65 Giao tiếp RS485 modbus RTU 66 67 68 Caculation 69 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://loadcell.com.vn/tin-tuc/Tim-hieu-ve-module-loadcell-2-Cac-ung-dungcua-weigh-module-loadcell.html [2] Jenike, A W.,(1967) “Quantitative Design of Mass Flow Bins,” Powder Technology (Lausanne), Vol 1, 1967, pp 237-244 [3] Commentary on Standard Practice for Design and Construction of Concrete Silos and Stacking Tubes for Storing Granular Materials (ACI 313-97) [4] http://wsc.com.vn/cac-kieu-canh-khuay-tron-chinh.html [5] http://dichvukiemdinh.vn/load-cell-la-gi-ung-dung-cua-loadcell/ [6] Nguyễn Hồng Ngân – Nguyễn Danh Sơn (2006) Kỹ thuật nâng chuyển (tập 2), máy vận chuyển liên tục NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM [7] Walker, D M “Approximate Theory for Pressure and Arching in Hoppers” Chemical Engineering Science, V 21, 1966, pp 975-997 [8] W A Beverloo - H A Leniger - J Van De Velde “The flow of granular solids through orifices” Chemical Engineering Science, V.15, 1961, pp 260-269 [9] http://cambienbaomuc.com/tin-hieu-modbus-rtu-la-gi-modbus-rs485-modbusrs232/ [10] User manual - Commutication protocols for weight indicator series W version 1.06 70 ... tiêu Nghiên cứu thiết kế, điều khiển hệ thống cân bán tự động cân thức ăn thủy sản 1.3.2 Nhiệm vụ  Tìm hiểu tổng quát hệ thống cân định lượng  Nghiên cứu thiết kế hệ thống cân đóng bao bán tự động. .. TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống cân đóng bao bán tự động sản xuất thức ăn thủy sản Máy thiết kế với suất cân từ 300 - 400 bao/ giờ, trọng lượng cân khoảng... như: Cân bồn, cân phễu, cân băng tải, cân dạng cơ, Chương 1: Tổng quan a Hệ thống cân bồn b Hệ thống cân phễu b Hệ thống cân băng tải d Hệ thống cân Hình 1.1: Một số hệ thống hệ thống cân thường