Thiết kế và chế tạo hệ thống cân định lượng và đóng bao tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS NGUYỄN THẾ TRANH NGUYỄN XUÂN ĐỊNH NGUYỄN HỮU BẢO Đà Nẵng, 2019 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: SV thực hiện: Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động Nguyễn Hữu Bảo MSSV: 101150119 Lớp: 15CDT2; Nguyễn Xuân Định MSSV: 101150202 Lớp: 15CDT2 GV hướng dẫn: Nguyễn Thế Tranh GV duyệt: TS Đặng Phước Vinh Nội dung làm bao gồm vấn đề sau: Nhu cầu thực tế đề tài  Việt Nam nước nông nghiệp với nhiều sản phẩm nông nghiệp xuất với sản lượng cao cà phê, gạo, … Do vậy, cầu định lượng nhà máy vô quan trọng Khâu định lượng giúp xác định xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm bán thành phẩm sản xuất Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết khâu hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho giai đoạn, cân đóng gói sản phẩm…  Nhận thấy sản lượng nông sản năm lớn nhu cầu định lượng lớn Vì vậy, nhóm chúng em định thực đề tài “ Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động” C C R L T U D Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp  Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động ; Nghiên cứu ứng dụng lập trình vi điều khiển, PLC vào lĩnh vực nông nghiệp;  Nghiên cứu ứng dụng phần mềm thiết kế khí điện vào thiết kế chế tạo mơ hình;  Xây dựng hệ thống cho phép lựa chọn thông số theo yêu cầu thực tiễn với độ xác cho phép;  Thiết kế mạch điều khiển;  Nghiên cứu lập trình giao diện, giám sát hình; Nội dung đề tài thực  Thuyết minh đề tài;  vẽ A0;  Mơ hình Kết đạt  Thiết kế chế tạo mơ hình;  Thiết kế thi công mạch điều khiển, tủ điện;  Giao diện hình giám sát hệ thống Đà Nẵng, ngày 18 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Hữu Bảo Nguyễn Xuân Định C C U D R L T LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình sản xuất nhà máy, khu công nghiệp tập trung, khâu định lượng vô quan trọng Khâu định lượng giúp xác định xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm bán thành phẩm Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết khâu hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho giai đoạn, cân đóng gói sản phẩm … Tự động điều khiển giám sát q trình sản xuất nói chung cân định lượng nói riêng lầ ưu tiên hàng đầu doanh nghiệp nhằm nâng cao suất, hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động, tăng cường khả cạnh tranh trình hội nhập phát triển Vì vậy, chúng em định thực đề tài “ Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động”cho đồ án tốt nghiệp Qua thời gian học tập Khoa Cơ khí - Trường ĐHBK Đà Nẵng, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ Thầy khoa nổ lực thân, chúng C C R L T em tích lũy số kiến thức Vận dụng kiến thức học tìm hiểu kiến thức bên ngoài, chúng em áp dụng vào đồ án tốt nghiệp Việc thực đồ án khó khăn, nhiều vấn đề nan giải Tuy nhiên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình từ Thầy Nguyễn Thế Tranh Thầy U D khoa giúp chúng em hoàn thành đồ án Nhưng với kiến thức hạn hẹp chưa có kinh nghiệm tính tốn , gia cơng thực tế nên khó tránh khỏi sai sót Kính mong góp ý từ Thầy để đồ án chúng em hoàn thiện Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Khoa Cơ khí - Trường ĐHBK Đà Nẵng, đặc biệt Thầy Nguyễn Thế Tranh giúp đỡ chúng em suốt trình thực đồ án Đà Nẵng, ngày 18 tháng 12 năm 2019 Sinh viên Nguyễn Hữu Bảo i Nguyễn Xuân Định CAM ĐOAN Kính gửi Khoa Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Chúng em xin cam đoan đồ án tuân thủ quy định liêm học thuật:  Khơng sử dụng hình thức gian dối việc trình bày, thể hoạt động học thuật kết từ trình học thuật mình;  Khơng bịa đặt, đưa thơng tin sai lệch so với nguồn trích dẫn;  Khơng ngụy tạo số liệu q trình khảo sát, thí nghiệm, thực hành, thực tập hoạt động học thuật khác;  Không đạo văn, sử dụng từ vựng, cách diễn đạt người khác thể mình, trình bày, chép, dịch đoạn nêu ý tưởng người khác mà khơng trích dẫn  Khơng tự đạo văn, sử dụng lại thơng tin nghiên cứu mà khơng có trích dẫn phân mãnh thơng tin kết nghiên cứu để cơng bố nhiều ấn phẩm C C R L T U D Sinh viên thực Nguyễn Hữu Bảo ii Nguyễn Xuân Định MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÂN ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG 1.1 Nhu cầu sử dụng hệ thống cân đóng bao tự động sản xuất 1.2 Các hệ thống cân đóng bao tự động thực tế 1.2.1 Hệ thống cân đóng bao bột 1.2.2 Hệ thống cân đóng bao JUMBO 1.2.3 Hệ thống cân đóng bao phân bón 1.2.4 Hệ thống cân đóng bao dạng hạt 1.3 Phương hướng phát triển hệ thống C C 1.4 Hướng nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH HỆ THỐNG THIẾT KẾ 2.1 Nhiệm vụ hệ thống 2.1.1 Nhiệm vụ 2.1.2 Yêu cầu hệ thống 2.1.2 Phương án thiết kế R L T U D 2.1.3 Sơ đồ công nghệ 2.1.4 Nguyên lí hoạt động 2.2 Các cấu, thành phần hệ thống 10 2.2.1 Cơ cấu cấp bao 10 2.2.2 Cơ cấu định lượng 10 2.2.3 Băng tải 10 2.2.4 Cơ cấu may bao 10 2.2.5 Đếm 10 2.2.6 Hệ thống giám sát 10 2.3 Một số thiết bị cấu chấp hành hệ thống 11 2.3.1 Loadcell Z 11 2.3.2 Van điện từ 13 2.3.3 Van chân không 13 2.3.4 Xilanh khí nén 15 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG 16 3.1 Thiết kế hệ thống cân định lượng 16 3.2 Thiết kế hệ thống băng tải 18 iii 3.2.1 Thiết kế khung băng tải 18 3.2.2 Thiết kế cấu căng đai cho băng tải 19 3.3 Thiết kế cấu 20 3.3.1 Thiết kế cấu mở miệng bao 20 3.3.2 Thiết kế cấu gắp bao 22 3.3.3 Thiết kế cấu kẹp bao 23 3.3.4 Thiết kế cấu mở họng phễu cân 25 3.3.5 Thiết kế cấu mở họng phễu chứa 26 3.3.6 Thiết kế cấu nâng hạ - kẹp miệng bao 28 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 30 4.1 Giới thiệu lập trình vi điều khiển lập trình PLC 30 4.1.1 Vi điều khiển 30 4.1.2 PLC 30 4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 32 C C 4.3 Giới thiệu phần tử linh kiện mạch 33 4.3.1 Arduino Nano 33 4.3.2 Module HX711 34 4.3.3 Module MAX RS485 34 4.3.4 Module ổn áp LM2596 35 R L T U D 4.3.5 Cổng truyền thông RS485 35 4.4 Giới thiệu sơ lược phần mềm sử dụng 36 4.4.1 Phần mềm thiết kế mạch 36 4.4.2 Arduino IDE 36 4.4.3 Step7 MicroWIN 37 4.4.4 HMIWare Kinco 37 4.4.5 SolidWorks 37 4.5 Thiết kế thi công mạch 38 4.5.1 Sơ đồ nguyên lí 38 4.5.2 Nguyên lí hoạt động 38 4.5.3 Thi công mạch 39 4.6 Thiết kế tủ điện 39 4.6.1 Mô tả tủ điện 39 4.6.2 Thi công lắp đặt 44 CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 45 5.1 Lập trình Arduino 45 5.2 Lập trình PLC 45 iv 5.2.1 Đấu nối cho PLC 45 5.2.2 Giản đồ thời gian 46 5.2.3 Lập trình 46 5.3 Lập trình giám sát hệ thống phần mềm Kinco Eview 46 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 C C R L T U D v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình 1 Hệ thống cân định lượng đóng bao gạo Hình Hệ thống định lượng đóng bao ngơ Hình Máy đóng bao xi măng vịi phun Hình Máy đóng gói bột cà phê dùng động servo Hình Hệ thống cân đóng bao bột Hình Hệ thống cân đóng bao Jumbo Hình Định lượng phân bón hệ thống cân băng tải Hình Hệ thống cân đóng bao gạo Hình Sơ đồ cơng nghệ Hình 2 Thành phần Loadcell 11 Hình Ngun lí hoạt động Loadcell 11 Hình Hình ảnh Loadcell Z Loadcell 12 Hình Loadcell MAVIN NS6 – 50 kg 12 Hình Van điện từ 13 Hình Kí hiệu van điện từ 5/2 13 C C R L T U D Hình Van chân khơng ZK hãng STNC 14 Hình Đầu hút chân khơng 14 Hình 10 Xilanh khí nén 15 Hình 11 Cấu tạo xilanh khí nén 15 Hình Mơ hình hệ thống 16 Hình Bao đóng gạo 17 Hình 3 Sơ đồ tính tốn băng tải 18 Hình Khung băng tải 19 Hình Băng tải thiết kế Solidworks 19 Hình Cơ cấu căng đai 20 Hình Cơ cấu mở miệng bao 21 Hình Sơ đồ tính tốn cho xilanh 21 Hình Cơ cấu gắp bao 22 Hình 10 Sơ đồ tính tốn cho xilanh 23 Hình 11 Cơ cấu kẹp bao 24 Hình 12 Sơ đồ tính tốn lực đẩy xilanh 24 vi Hình 13 Cơ cấu đóng mở phễu cân .25 Hình 14 Sơ đồ tính tốn cho xilanh .26 Hình 15 Cơ cấu đóng mở họng phễu chứa 27 Hình Sơ đồ tính tốn cho xilanh .27 Hình 17 Cơ cấu nâng hạ - kẹp miệng bao 28 Hình 18 Sơ đồ tính tốn cho xilanh .28 Hình Ví dụ đầu vào đầu PLC 30 Hình Cấu trúc PLC .31 Hình Sơ đồ khối hệ thống 32 Hình 4 Board Arduino Nano .33 Hình Module HX711 34 Hình Module MAX RS485 34 Hình Module ổn áp LM2596 35 Hình Giới thiệu phần mềm Solidworks 37 Hình Sơ đồ ngun lí mạch điều khiển 38 Hình 10 Sơ đồ mạch in mạch điều khiển 39 Hình 11 Mạch điều khiển sau thi công 39 Hình 12 PLC S7 - 200 39 C C R L T U D Hình 13 Truyền liệu PC – PLC, PLC – PLC 40 Hình 14 Cấu trúc phần cứng PLC 40 Hình 15 Mạch điều khiển 41 Hình 16 Relay trạng thái mở (chưa kích) 42 Hình 17 Relay trạng thái đóng 42 Hình 18 Relay 24VDC/5A/8 chân OMRON 43 Hình 19 Cơng tắc xoay nút nhấn 43 Hình 20 Màn hình cảm ứng Kinco Eview 44 Hình 21 Mặt tủ điện 44 Hình Đấu nối cho PLC .45 Hình Giản đồ thời gian .46 Hình Giao diện hình 47 Hình Giao diện hình giám sát 47 Bảng Catalog đầu hút chân không 14 vii Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động PHỤ LỤC C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 10 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 11 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 12 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 13 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 14 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 15 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T U D Phụ lục 16 ... viii Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động C C R L T Hình Hệ thống định lượng đóng bao ngơ Trong ngành xây dựng, hệ thống cân đóng bao dùng để phối trộn định lượng đóng bao. .. 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÂN ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG 1.1 Nhu cầu sử dụng hệ thống cân đóng bao tự động sản xuất 1.2 Các hệ thống cân đóng bao tự động thực tế 1.2.1 Hệ thống cân đóng bao bột ... Tranh 15 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng đóng bao tự động CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế hệ thống cân định lượng C C R L T U D Hình Mơ hình hệ thống Các