TIEU LUAN TOT NGHIỆPTHIẾT KẾ CHẾ TẠOHỆ THỐNG CHIẾT RÓT SẢN PHẨM DẠNG LỎNGVÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

TÓM TẮT“Hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng và đóng nắp chai tự động ” đã được thực hiện,nhằm mục đích giảm sức lao động thời gian cho người thực hiện công việc sản xuấtnước uống giải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫnThS Lê Văn BạnTháng 02/2018

LỜI CẢM ƠN

Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, đầu tiên chúng con xin cảm ơn cha mẹ đã sinhthành, nuôi dưỡng, chăm sóc, thương yêu và là chỗ dựa vững chắc cho con trong suốtnhững năm học qua

Sau đó, em xin được gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Nông Lâm TP HồChí Minh, đặc biệt là toàn thể thầy cô Khoa Cơ khí – Công nghệ đã tận tình dạy dỗ,truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết trong 4 năm theo học ở trường

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn quý báo của thầy giáo : ThS.Lê Văn Bạn đãcho em nền tảng lý thuyết vững chắc và giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian làm tiểuluận

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, đã luôn tạo điều kiện , quantâm, giúp đỡ , động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành phần tiểu luậncủa mình

Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Ngô Lộc Trường Đức

TÓM TẮT

“Hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng và đóng nắp chai tự động ” đã được thực hiện,nhằm mục đích giảm sức lao động thời gian cho người thực hiện công việc sản xuấtnước uống giải khát và cho ra sản phẩm vượt trội Đề tài đã được tiến hành tại Bộ mônĐiều Khiển Tự Động, khoa Cơ Khí – Công Nghệ, trường Đại học Nông Lâm Thànhphố Hồ Chí Minh từ ngày: 9/2017 đến ngày 27/2/2018

Kết quả thu được :

 Vẽ mô hình 3D bằng phần mềm solidworks để xuất bản vẽ thiết kế chi tiết củamáy

 Lập trình, kết nối Arduino Uno để điều khiển Hệ thống chiết rót sản phẩm dạnglỏng và đóng nắp chai tự động

 Sử dụng các cảm biến và hệ thống cơ cấu cơ khí để thực hiện mô hình

 Kiểm soát tốt các khâu trung gian trong hệ thống đồng thời vận hành hệ thống

dễ dàng quản lý vào bảo dưỡng hệ thống nhanh gọn

Mục lục

LỜI CẢM ƠN 2

TÓM TẮT 3

Mục lục 4

HÌNH ẢNH MÔ PHỎNG 3D CỦA HỆ THỐNG 7

Chương 1 MỞ ĐẦU 8

1 Nêu vấn đề 8

Chương 2 TỔNG QUAN 11

2.Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu 11

2.1 Công trình nghiên cứu trước đó 11

2.2 Nội dung pháp lí 11

2.3 Thực tiễn 11

2.4 Các mô hình, hệ thống trong sản xuất 12

2.5 Các phương pháp định lượng chiết rót 15

2.5.1 Định lượng bằng xy lanh định lượng 15

2.5.2 Định lượng bằng cảm biết mực chất lỏng 15

2.5.3 Định lượng bằng trời gian 15

2.6 Các dạng nắp điển hình 16

2.6.1 Nắp chai thủy tinh 16

2.6.2 Nắp chai nhựa pet 17

2.7.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại 19

2.7.3 Cảm biến mực nước 19

2.7.4 Mạch điều khiễn động cơ bước TB6560 20

2.7.5 Module Relay kích 5V H/L 20

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 23

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài 23

3.2 Phương pháp thực hiện 23

3.3 Chọn phương pháp thực hiện phần cơ khí 23

3.4 Chọn phương pháp lập trình điều khiển 24

Chương 4 THỰC HIỆN – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 25

4.1 Thực hiện đề tài 25

4.2 cấu tạo chung của máy 25

4.3 Chi tiết mô hình máy 27

4.3.1 Băng tải 27

4.3.2 đĩa quay 29

4.3.3 Hộp lật nắp và cấp nắp 32

4.3.4 Nguyên lý lật nắp của hộp lật nắp 34

4.3.5 Cơ câu đóng nắp chai 36

4.3.6 Tủ điên điều khiển 38

4.5 Thiết kế hệ thống điều khiển 39

4.5.1 Sơ đồ khối điều khiển 39

4.5.2 Nguyên lý làm việc 40

4.5.3 Lưu đồ giải thuật 43

4.6 Kết quả chế tạo hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng nắp chai tự động 44

4.7 Kết quả khảo nghiệm 44

4.7.2 Nội dung 44

4.7.3 Kết quả 44

Chương 5 MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH 45

Chương 6 CODE CHƯƠNG TRÌNH 53

Chương 7 63

7.1 Kết luận 63

7.2 Hạn chế 63

7.3 Hướng phát triển 64

7.4 Đề nghị 64

HÌNH ẢNH MÔ PHỎNG 3D CỦA HỆ THỐNG

và đóng gói thành phẩm Người lao động được tuyển vào cũng được yêu cầutrang bị đủ kiến thức về quy cách vận hành và các chỉ tiêu an toàn cần thiết.Nhờ vậy các công ty không những giảm thiểu được tối đa nhân lực mà cònđẩy nhanh tiến độ sản xuất.

- Việc đầu tư cho hệ thống tự động sẽ khiến các công ty tiêu tốn một nguồn vốnkhông nhỏ Đối với những nhà máy có công suất lớn trong các khu côngnghiệp thì số tiền đó có thể lên đến hàng ngàn tỉ đồng Các nhà thầu những dự

án trên phải đáp ứng được tinh chuyên nghiệp, uy tín và cả giá thành hợp línhất

- Vấn đề được đặt ra là, nếu những cơ sở sản xuất nhỏ hoặc sản xuất hộ gia đìnhmuốn tăng năng xuất nhờ tự động hóa với giá mềm hơn liệu có khả thi Mộtgia đình có truyền thống làm nước mắm có thể làm chai nhựa mẫu mã cạnhtranh hơn Chủ tiệm nước sâm không phải tự tay dồn nước và đóng nắp chaimỗi sáng câu trả lời là hoàn toàn khả thi

- Đó chính là lí do em lựa chọn đề tài này và chỉ tiêu ưu tiên là kinh phí thấp và

độ chính xác cao

- Tuy là đề tài nghiên cứu nhưng nguyện vọng em đặt ra là có thể ứng dụng vàosản xuất ngay sau đó

1.2 Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu mô hình Hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng và đóng năp chai

tự động an toàn sạch sẽ trong thực tiễn từ đó thiết kế mô hình thực hiện trên cơ

sở các thiết bị trong nước

- Giảm sức lao động , thời gian cho người trông nhưng chất lượng vẫn đảm bảo

- Tìm hiểu về quy trình chiết rót đóng nắp tự động trong công nghiệp và tiêuchuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, các cơ cấu cơ khí và nhiều thứ mà ta chưabiết

- Rút ra những kinh nghiệm khi làm việc và khi đi làm sau này

1.3 Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: mô hình Hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng và đóng nắp chai tự động

- Phạm vi tiểu luận:

 Modul điều khiển chính cho mô hình Hệ thống chiết rót sản phẩm dạnglỏng và đóng nắp chai tự động là Arduino UNO với nguồn 5v thông qua usbhoặc nguồn ngoài với điện khuyên dùng là 7-12V

 Nghiên cứu các loại cảm biến phục vụ cho mục đích của đề tài: cảm biếnhồng ngoại, tiệm cận kim loại, cảm biến mực nước có thể xuất ra tín hiệumức cao mức thấp chính xác

 Modul relay thông tin đầu ra điều khiển các thiết bị bật tắt theo các chứcnăng định trước

 Modul TB6560 điều khiển động cơ bước

1.4 Nội dung tiểu luận

1.5 Ý nghĩa tiểu luận

- Vận dụng được những kiến thức có được trên giảng đường vào một vấn đề cụthể

- Kết hợp các môn học chuyên ngành như Cảm biến trong điều khiển, Servođiện – Khí nén – Thủy lực, Mạch điện, Thực tập gia công cắt gọt, Chi tiết máy,

- Giúp bản thân sinh viên tự tin hơn trong việc thuyết trình, thuyết phục và đưa

ra ý tưởng trước hội đồng giảng viên Và tự tin hơn khi tham gia vào bất kìtập thể công ty nào

Chương 2

TỔNG QUAN

2.Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu

2.1 Công trình nghiên cứu trước đó

- Cụm từ Công nghệ 4.0 hiện tại đang là tâm điểm công nghệ thế giới, côngcuộc chạy đua 4.0 là cuộc chiến không hồi kết giữa các quốc gia phát triển Ví

dụ điển hình chính là phát triển trí tuệ nhân tạo cho robot bầy đàn (swanrobot), ở một chừng mực nào đó con người không cần phải thực hiện bất cứlệnh điều khiển nào nữa cho dù chỉ là cái ấn nút, các robot sẽ tự giao tiếp vớinhau và “hợp sức’’ hoàn thành công việc được giao

2.2 Nội dung pháp lí

- Đề tài nghiên cứu của em dừng lại ở công nghệ 3.0 – tự động hóa bằng máymóc các quá trình dưới sự giám sát điều khiển của con người Chung quy mànói việc em đang làm sắp tới là sự bắt trước, mô phỏng công nghệ cách đâynửa thế kỉ Nhưng chính sự lỗi thời đó mới là nền tảng tiếp thu cái mới, đónđầu công nghệ trau dồi kĩ năng bản thân đến tầm kĩ sư đa quốc gia Cho nênviệc nghiên cứu của em hoàn toàn không vi phạm quyền sở hữu trí tuệ

2.3 Thực tiễn

- Thứ đáng chú trọng nhất trong đề tài này chính là tính thực tiễn Đất nước cònnghèo, dân ta vẫn còn phải lao động chân tay trong hầu hết các lĩnh vực sảnxuất, nhất là nông nghiệp Cho nên đây là vấn đề không mới nhưng nhu cầuluôn luôn cao

2.4 Các mô hình, hệ thống trong sản xuất

Hình 2.4.1 Cấp lỏng công nghiệp

Hình 2.4.2 Đóng nắp chai tự động hoan toàn

Hình 2.4.3 Đóng nắp chai thực tế

Hình 2.4.4 Đóng nắp chai thực tế bán tự động

Hình 2.4.5 Đóng nắp chai thực tế dạng thủ công, giá thành đắt

Hình 2.4.6 Đóng nắp chai thực tế dạng bán tự động, giá thành đắt

2.5 Các phương pháp định lượng chiết rót

2.5.1 Định lượng bằng xy lanh định lượng

- Phương pháp này tối ưu hóa sự chính xác trong chiết rót, chất lỏng được đongvừa đủ định mức của xy lanh nên đảm bảo lưu lượng không đổi với tất cả cácchai

- Phương pháp này hầu như được áp dụng hầu hết trong các hệ thống sản xuấtthực phẩm dạng lỏng, thức uống… của các thương hiệu hàng đầu trên thế giớinhư Cocacola, Pepsi, …

- Nhược điểm là giá thành chế tạo cao, định mức cố định, nếu muốn thay đổi thểtích chiết rót, buộc phải thay đổi cả thể tích xy lanh , tương đương với việcmua mới

2.5.2 Định lượng bằng cảm biết mực chất lỏng

- Phương pháp này tương đối chính xác Cảm biến được đặt sát với mực thể tíchmong muốn, khi rót đạt đến định mức, cảm biến sẽ xuất tín hiệu về xử lý đểngắt van ống dẫn chất lỏng

- Phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố môi trường ảnh hưởng đếncảm biến, vị trí đặt cảm biến, cũng như chất lượng của cảm biến sẽ tỉ lệ thuậnvới giá thành Không những thế, việc bảo trì cần phải được thực hiện định kì,khả năng xấu nhất có thể xảy ra là cảm biến không nhận tín hiệu dẫn đến việcnước bị tràn làm hư hỏng các thiết bị điện

2.5.3 Định lượng bằng trời gian

- Phương pháp này độ chính xác chỉ dừng ở mức tương đối, thời gian rót sảnphẩm vào chai được quy định trong chương trình, khi hết thời gian van sẽ ngắt

không cho nước chạy qua nữa.

- Ưu điểm là khiến việc lập trình điều khiểm đơn giản hơn, dễ dàng thay đổi

2.6.2 Nắp chai nhựa pet

Hình 2.6.2 Nắp chai nhựa

- Đây là loại nắp thông dụng nhất trên thị trường vì chai và nắp được làm từ nhựa

dễ chế tạo hơn, nhẹ hơn, rẻ hơn và cũng có thể tạo được nhiều mẫu mã bắt mắthơn

- Khâu đóng nắp cũng không yêu cầu lực quá lớn, nắp được làm theo khuôn cósẵn chỉ cần có cơ cấu vừa xiết vừa nén là chai kín hoan toàn so với môi trườngbên ngoài Đây cũng chính là loại nắp được em sử dụng trong mô hình.Ngoài sự tiện lợi của loại nắp này đem lại thì nó cũng đã giang xuống môitrường một ganh nặng không hề nhỏ khi loại nhựa được dùng mất rất nhiều thờigian để phân hủy

2.6.3 Nút chai thủy tinh

Hình 2.6.3 Nút chai rượu vang

- Nút bần - đây là kiểu “ nắp” chai cổ và thông dụng nhất trên thế giới, cho đếnnay nút bần vẫn chứng minh rằng nó là thứ tốt nhất để bảo vệ rượu vang

- Nút bần thường được làm từ gỗ cây sồi, vật liệu có thể cái chế 100% nếu dùngđúng cách Nếu nút được đóng đúng quy trình, rượu có thể bảo quản hàngtrăm năm

- Việc đóng nút cũng khá đơn giản, chỉ cần chế tạo được nút chai đạt độ mịntiêu chuẩn, kết hợp việc nén và xoắn chân không thì nắp sẽ kín vặn chặt khôngngờ, dùng tay không thì không thể nào mở nắp được

2.7 Linh kiện điện tử trong mô hình

2.7.1 Cảm biến phát hiện kim loại tiềm cận

- Loại tiềm cận ở khoảng cách 0>8mm

- Thông tin kỹ thuật:

 Phát hiện: Kim loại

Hình 2.7.1 Cảm biến tiềm cận kim loại

2.7.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại

- Cảm biến vật hồng ngoại dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cáchtới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sữ dụng mắt nhận và pháttia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báomong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng NPN

bằng phi kim, giúp xác định mực nước chất

lỏng đạt tới vị trí đặt cảm biến, cảm biến có

khả năng xuyên qua các thành phi kim dày,

vì không tiếp xúc với chất lỏng hoặc đặt

phía trong bồn nên có độ bền và độ an toàn

cao, thường được dùng để xác định mực

nước hoặc chất lỏng bất kỳ Hình 4.7.3 Cảm biến mực nước

 Ngõ ra: PNP cực thu hỡ (cần kéo xuống Mass để tạo mức 0V)

2.7.4 Mạch điều khiển động cơ bước TB6560

- Mạch điều khiển động cơ bước TB6560 là loại thường được sử dụng nhất hiệnnay, mạch có thể điều khiển được động cơ bước 2 pha (10-35VDC) với côngsuất tối đa 3A

 Có công tắc để setup dòng tải, tối đa 3A

 Có công tắc để setup vi bước: 1:1, 1:2, 1:8, 1:16

2.7.5 Module Relay kích 5V H/L

Hình 2.7.5 Module Relay kích 5V H/L

- Module 4 Relay kích H/L (5VDC) sử dụng nguồn 5VDC để nuôi mạch, tínhiệu kích có thể tùy chọn mức cao ( High – 5VDC ) hoạc mức thấp ( Low –0VDC ) qua Jumper trên mỗi relay Thích hợp cho các thiết bị sử dụng tín hiệu5VDC như vi điều khiển,…

- Thông số kĩ thuật:

 Điện áp nuôi mạch : 5VDC

 Dòng tiêu thụ: khoảng 200 mA /1Relay

 Tín hiệu kích: High (5VDC) hoặc Low (0VDC) chọn bằng Jumper

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6 – 20V

Số chân Digital I/O 14 (có 6 chân điều chế độ rộng xung PWM0

Số chân Analog (Input) 6

DC Current per I/O Pin 40 mA

DC Current for 3.3V Pin 50 mA

Flash Memory 32KB (Atmega328) với 0.5KB sử dụng blootoader

Chương 3

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài

- Địa điểm

Hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng nắp chai tự động được tiến hànhchế tạo và lắp ráp tại phòng thực hành bộ môn điều khiển tự động, Trường ĐạiHọc Nông Lâm TP.HCM, KP6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP.HCM

- Thời gian

 Thời gian làm đề tài: 9/2017 đến ngày 27/02/2018

 Thời gian hoàn chỉnh báo cáo: từ ngày 01/12/2017 đến ngày 26/02/2018

3.2 Phương pháp thực hiện

- Khảo sát sau khi tham khảo một số máy và một số mô hình, chúng em đã xây dựng được phương án chế tạo và điều khiển

- Chọn phương pháp điều khiển

- Điều khiển bằng vi điều khiển Arduino Uno

- Giao tiếp với máy qua nút nhấn

3.3 Chọn phương pháp thực hiện phần cơ khí

- Vẽ mô phỏng máy bằng phần mềm SolidWorks xuất bản vẽ kích thước dựatrên kích thước đã thiết kế tiến hành đo kích thước chế tạo cơ khí

3.4 Chọn phương pháp lập trình điều khiển

 Viết chương trình điều khiển trên phần mềm Arduino

 Mô phỏng chạy thử ngoài thực tế

 Chay thử, kiểm tra tính chính xác của máy

• Đối tượng nghiện cứu: hệ thống chiết rót sản phẩm dạng lỏng nắp chai tự động

• Điều khiển và kiểm tra chai đủ tiêu chuẩn

4.2 cấu tạo chung của máy

Hình 4.1 cấu tạo chung của máy

3 xylanh phân loại chai bị lỗi

Hình 4.2 cấu tạo chung của máy

4.3 Chi tiết mô hình máy

3 cơ cấu tăng băng tải

4 Dẫn hướng chai đi

Hình 4.4 kích thước cấu tạo của băng tải

Hình 4.4 cấu tạo cơ cấu tăng băng tải

 Kích thước băng tải của mô hình là 1090x80 (mm), băng tải đủ rộng để chaiđứng thành một hàng Độ cao từ mặt sàn đến mặt dưới của khung là350(mm) Kết cấu chính của máy hầu hết được lắp ghép từ các băng tảiđược dựng bằng các chân là nhôm định hình nhằm tạo độ cứng cáp và vữngchắc cho máy khi hoạt động ở tốc độ cao, các mối ghép của máy chủ yếu cốđịnh bằng ốc bulong để hạn chế các bậc tự do của chi tiết lắp ghép

 cơ cấu tăng băng tải được thiết kế đơn giản dễ chỉnh độ căng của băng tải,thích hợp với tốc độ, và công suất của động cơ

Hình 4.6 kích thước đĩa trên & đĩa giữa

Hình 4.7 kích thước của cụm đĩa quay

Hình 4.8 kích thước trục

- cụm đĩa quay được thiết kế với các đĩa có đường kính 400(mm), mâm dướiđược cố định bằng ba chân các đĩa trên được liên kết với nhau qua trục, cụmđĩa quay có chiều cao 380(mm) khoảng cách 2 đĩa được đặt thích hợp vớichiều cao của chai, giúp chai đứng được khi đĩa quay chạy

4.3.3 Hộp lật nắp và cấp nắp

Hình 4.9 Kích thước chi tiết hộp lật nắp

Hình 4.10 mô hình 3D hộp lật nắp

Hình 4.11 Mặt cắt bên trong hộp lậy nắp

4.3.4 Nguyên lý lật nắp của hộp lật nắp.

- Trong sản xuất công nghiệp, nhiều nhà sản xuất thiết kế khâu cấp nắp chai sửdụng nhiều thiết bị cơ cấu phức tạp, giá thành cao trong quá trình tìm hiểukhâu cấp nắp chúng em đã tìm ra cơ cấu cấp nắp đơn giản hơn, dễ thiết kế,không tốn kém nhiều

- Hộp lật nắp được thiết kế dụa theo nguyên lý trọng lực tác dụng lên nắp chai,hộp lật nắp được đặt nghiêng một góc 270 >300 khi ta thả nắp vào hộp lậtnắp, nắp chai sẽ trượt theo rãnh của hộp và tới vị trí phân loại nắp tại đây sãy

ra hai trường hợp

- Trường hợp 1: khi nắp chai ngữa dựa vào thiết kế của nắp chai ở mặt lưng củanắp chai có cạnh viền được bo, giúp nắp chai dễ dàng trượt qua vị trí phân loạinắp, và trượt xuống vị trí kẹp nắp, để chờ chai nước chạy qua lấy đi

- Trường hợp 2: khi nắp úp thiết kế của nắp chai ở mặt trước là cạnh nên bị cảnlại, nắp không trượt qua được vị trí phân loại của hộp lật nắp, khi đó nắp chai

sẽ đi theo đường dẫn đượng uốn theo đường đi, giúp cho nắp lật lại đúng theo

vị trí cần sữ dụng khi nắp trượt theo đường dẫn để đảo lại thì nắp tiếp tụctrượt xướng vị trí kẹp nắp, và chờ chai nước chạy qua lấy đi

- Hộp lật nắp được thiết kế bằng Mika có độ dày 2(mm), dễ uốn tạo thành cácđường cong dẫn hướng cho nắp chai trượt Trong quá trình nắp chai trượt theocác rãnh hay bị kẹt do ma sát giữa nắp với hộp lặt nắp nên dúng động cơ tạorung giúp nắp trượt được dễ hơn