đề tài thiết kế, chế tạo hê ̣thống chiết rót nước giải khát

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án chuyên ngành, chúng em học hỏi nhiều điều bổ ích từ thầy khoa Điện –Điện Tử bạn Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo-cô giáo khoa Điện –Điện Tử trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên dạy bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt qúa trình làm đồ án Đặc biệt, nhóm sinh viên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đỗ Quang Huy, người trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, kiến thức quý giá tạo điều kiện trang thiết bị suốt trình làm đồ án để chúng em hồn thành đồ án cách tốt Sau cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân người bạn lớp Đ-ĐTK10.1 toàn thể bạn sinh viên khoa Điện –Điện Tử ln bên cạnh giúp đỡ, động viên đóng góp ý kiến cho chúng em suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LỜI MỞ ĐẦU Hiện q trình tự động hóa cơng nghiệp quan trọng phát triển quốc gia Với nước phát triển Mỹ, Nhật…thì tự động hóa khơng cịn xa lạ trở nên quen thuộc Ở nước máy móc thay lao động chân tay, số lượng công nhân nhà máy giảm hẳn thay vào lao động chun mơn, kỹ sư có tay nghề Là sinh viên theo học chun ngành “Tự động hóa cơng nghiệp” nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết công nghiệp nước nhà, em muốn nghiên cứu tìm hiểu thành tựu khoa học để có nhiều hội biết thêm kiến thức thực tế, củng cố kiến thức học, phục vụ tốt cho nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa Vì lý em chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo ̣ thống chiết rót nước giải khát” Sinh viên thực Lương Thanh Đức Trần Minh Đức Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN .1 LỜI MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .5 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1 Băng tải .5 1.1.1.1 Cấu tạo băng tải .5 1.1.1.2 Vật liệu làm băng tải 1.1.1.3 Phân loại quy mô sử dụng 1.1.2 Động .10 1.1.2.1 Động điện xoay chiều .10 1.1.2.2 Động điện chiều .10 1.1.3 Lựa chọn hệ thống khí nén 12 1.1.3.1 Xy lanh 13 1.1.3.2 Van khí 14 1.1.3.3 Van điều khiển lưu lượng 16 1.1.4 Cảm biến 17 1.1.4.1 Định nghĩa 17 1.1.4.2 Phân loại 17 1.1.4.3 Một số loại cảm biến 18 1.1.4.4 Đầu cảm biến 20 1.1.6 Tổng quan PLC LOGO 21 1.1.6.1 Khái niệm PLC .21 1.1.6.2 Cấu trúc PLC 22 1.1.6.4 Vai trò PLC 24 1.1.6.5 Phân loại PLC 25 1.1.6.7 Các tính kỹ thuật LOGO! .25 1.1.6.8 Lắp ráp nối dây cho LOGO! 27 1.1.6.8.1 Lắp ráp 27 1.1.6.8.2 Nối với nguồn điện 27 I1……………I8 I1 I8 28 1.1.6.8.3 Nối đầu vào LOGO! 28 1.1.6.8.4 Nối đầu LOGO! 29 1.1.6.9 Khởi động LOGO! Bật/ Tái khởi động nguồn cung cấp 31 Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO .33 2.1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 33 2.2 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG 33 2.2.1 Sơ đồ khối 33 2.2.2 Khối nguồn 33 2.2.3 Khối vào/ ( I/O ) 34 2.2.4 Khối xử lý trung tâm PLC 34 2.2.4 Khối cấu chấp hành .35 2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 35 2.4.1 thiết kế phần khí .36 2.4.2 Xây dựng chương trình điều khiển .37 2.4.2.1 Tính tốn số đầu vào 37 2.4.2.2 Lưu đồ thuật toán 38 2.4.2.3 Chương trình điều khiển .40 2.5 HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA MƠ HÌNH 41 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 3.1 KẾT LUẬN 42 3.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 42 3.3 KIẾN NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .43 Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.1.1 Băng tải Một hệ thống sử dụng nhiều nhà máy sở sản xuất tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian tăng hiệu rõ rệt băng tải, băng chuyền Hiểu cách đơn giản hiểu băng tải chế máy vận chuyển tải đơn (thùng carton, hộp, túi …) số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ điểm A đến điểm B Định nghĩa chuyên nghiệp hệ thống băng tải thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu sản xuất với khoảng cách Vậy hệ thống băng chuyền phận quan trọng dây chuyền sản xuất, lắp ráp doanh nghiệp, nhà máy Góp phần tạo nên môi trường sản xuất động, khoa học giải phóng sức lao động mang lại hiệu kinh tế cao 1.1.1.1 Cấu tạo băng tải * Thành phần cấu tạo - Một động giảm tốc trục vít điều khiển kiểm sốt tốc độ - Bộ lăn, truyền lực chủ động - Hệ thống khung đỡ lăn - Hệ thống dây băng lăn 1.1.1.2 Vật liệu làm băng tải Có thể làm từ vật liệu sau Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Lưới: chịu nhiệt, bị ăn mịn, chịu ảnh hưởng mơi trường, nhẹ nhàng, bền - Dạng thảm: bên phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy băng tải vật liệu làm lớp in tết với bên ngồi có phủ lớp silicol dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao nhập ngoại sử dụng máy móc địi hỏi độ xác cao yêu cầu công nghệ cao - Ngoài làm vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải, … - Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm – 15mm, thông thường tháo lắp thay máy móc, thiết bị thường kèm thiết bị gas lắp riêng Tất băng tải dường máy có động để kéo trùng băng tải để bảo vệ băng tải không bị giãn, không bị nứt căng bề mặt 1.1.1.3 Phân loại quy mô sử dụng * Từ cầu tạo chức băng tải phân thành loại sau - Băng tải dạng thảm: lắp đặt dễ dàng Hình 1.1 Băng tải dạng thảm Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Băng tải xích: dùng để vận chuyển vật liệu nặng Hình 1.2 Băng tải xích n gồm: băng tải lăn nhựa, băng tải lăn nhựa PVC, băng tải lăn thép mạ kẽm, băng tải lăn truyền đ Hình 1.1 Băng tải lăn Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa độ cao khác Hình 1.4 Băng tải đứng - Băng tải xoắn ốc Hình 1.5 Băng tải xoắn ốc Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Băng tải linh hoạt Hình 1.6 Băng tải linh hoạt - Băng tải rung Hình 1.7 Băng tải rung Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH * Kết luận: Để đáp ứng yêu cầu đề tài đưa chúng em chọn băng tải thẳng dạng thảm 1.1.2 Động 1.1.2.1 Động điện xoay chiều Hình 1.8 Động xoay chiều * Ưu điểm động điện xoay chiều: + Ít phải bảo dưỡng khơng có cổ góp + Kết cấu bền vững + Khả điều khiển tốc độ quay đa dạng + Dùng nguồn trực tiếp từ lưới, sử dụng dể dàng + Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ * Nhược điểm động điện xoay chiều: + Khi dùng trọng tải lớn chịu q tải + Ln vận hành gắn với hệ thống xoay chiều có sẵn + Cấu trúc điều khiển phức tạp khó mơ tả tốn học 1.1.2.2 Động điện chiều Page 10 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH N/M LOGO! 24 Đầu LOGO! 24 đóng mạch nhờ transistor Các đầu bảo vệ chống tải ngắn mạch Không cần phải có nguồn cung cấp riêng cho tải LOGO! 24 cung cấp điện áp cho tải Các yêu cầu transistor đầu Tải nối với LOGO! 24 phải có đặc tính sau: + Dịng đóng mạch lớn 0,3 A + Khi đóng mạch ( Q=1), dongd điện cực đại 0,3 A Kết nối Q1 Q2 Q3 Q4 Load Page 30 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 24v DC, 0,3 A 1.1.6.9 Khởi động LOGO! Bật/ Tái khởi động nguồn cung cấp LOGO! khơng khố cơng tắc nguồn LOGO! phản ứng đóng mạch phụ thuộc vào: + Có chương trình lưu trữ LOGO! + Có nhớ LOGO! + Trạng thái LOGO! trước tắt nguồn Bảng đáp ứng cho LOGO! với hồn cảnh có: Nếu Thì Trong LOGO! khơng có chương trình khơng có card nhớ LOGO! khơng có chương trình, có card nhớ card khơng chứa chương trình LOGO! khơng chứa chương trình khơng có card nhớ có nhớ rỗng và: + LOGO! chạy chế độ đặt thông số trước cắt nguồn + LOGO! chạy chế độ lập trình đóng No Program hiển thị trước tắt nguồn LOGO! có card nhớ chứa chương trình và: + LOGO! chạy chế độ đặt thông số trước cắt nguồn + + LOGO! chạy chế độ lập trình dongd No Program hiển thị trước tắt nguồn Xuất dịng sau hình LOGO! : “ No Program” Xuất dịng sau hình LOGO! : “ No Program” LOGO! sử dụng chương thình lưu trữ và: + Chạy tiếp + Chạy tới menu chế độ lập trình LOGO! tự động chép chương trình từ card nhớ và: + Chạy tiếp + Chạy tới menu chế độ lập trình Page 31 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Các trạng thái hoạt động LOGO! có trạng thái hoạt động: + RUN + STOP LOGO! trạng thái dừng “ in stop” khơng có chương trình “ No Program”hoặc chuyển sang chế độ lập trình LOGO! chạy “IN RUN” hiển thị (sau ấn “STATS” menu chính) đóng sang “ parametisaton mode” + Đọc trạng thái đầu vào I1 đến I8 + Tính tốn trạng thái đầu theo chương trình + chuyển mạch Rơle Q1 tới Q4 trạng thái ON OFF Page 32 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO 2.1 Yêu cầu công nghệ      Sơ đồ điều khiển phải đảm bảo trình công nghệ Đơn giản, tin cậy, đầy đủ cổng vào-ra Đảm bảo thứ tự điều khiển Không nhiều thời gian lắp đặt Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển Dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa 2.2 Sơ đồ cấu trúc chung hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối Khối nguồn Khối vào/ra (I/O) Khối xử lý trung tâm (CPU) Khối cấu chấp hành Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.2.2 Khối nguồn Nguồn có vai trị cung cấp tồn nguồn điện cho khối hệ thống Page 33 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH + Điện áp sử dụng 24V DC + Dòng điê ̣n sử dụng bằng tởng các dòng: - Dịng tiêu thụ van x van - Dòng tiêu thu PLC - Dòng tiêu thu động Trong đồ án này, chúng em sử dụng nguồn 24VDC/5A Hình 2.2 Bộ nguồn 24VDC 2.2.3 Khối vào/ ( I/O ) Khối vào có nhiệm vụ chuyển tín hiệu từ bên ngồi vào khối xử lý trung tâm PLC, đồng thời nhận lệnh gửi từ PLC để thực chức khác Khối vào gồm cảm biến, nút ấn Các đầu khối động truyền động cho băng tải, động bơm nước, van điện từ 5/2 điều khiển 1phía 2.2.4 Khối xử lý trung tâm PLC Là điều khiển logic lập trình PLC LOGO 12/24RC hãng SIEMENS Có vai trị quan trọng tồn hệ thống, có nhiệm vụ điều khiển, giám sát hoạt động dây chuyền PLC giao tiếp chiều Page 34 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH với khối vào Đồng thời PLC giao tiếp chiều với cấu chấp hành để điều khiển động thực lệnh chương trình điều khiển 2.2.4 Khối cấu chấp hành Khối có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý trung tâm PLC có nghĩa vụ thực thi lệnh điều khiển nhằm thõa mãn yêu cầu điều khiển mà toán đặt Ở cấu chấp hành gồm có: - Động truyền động cho băng tải - Động bơm nước - Xi lanh tác dụng kép 2.3 Nguyên lý hoạt động * Nguyên lý hoạt động dây chuyền chiết rót -Khởi động hệ thống nút ấn Start = hệ thống khởi động băng tải hoạt động - Khi có chai, cảm biến phát chai S1 có tín hiệu van điện từ 5/2 điều khiển XL1 XL2 đồng thời = 1, xi lanh kẹp chai - Khi XL1 XL2 kẹp chai, 1s sau XL3 xuống mang theo vòi bơm xuống chuẩn bị cho việc chiết rót - Sau XL3 xuống đc 1s động bơm nước hoạt động, q trình chiết rót diễn -Khi mức nước đạt đến giá trị đặt, cụ thể chạm vào cảm biến lưu lượng làm cho cảm biến tác động điều khiển dừng bơm ngừng cấp điện cho van điều khiển xi lanh Lúc XL1, XL2, XL3 đồng thời rút , chai tiếp tục chạy dây chuyền Page 35 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.4 Thiết kế, chế tạo 2.4.1 thiết kế phần khí * Yêu cầu kỹ thuật Với yêu cầu cụ thể đề tài kết hợp tham khảo số mơ hình thực tế chúng em đưa phương án thiết kế phần cứng sau: - Băng truyền : có chiều dài 75cm, chiều rộng 10cm, chiều cao 50cm Trên băng truyền chứa chi tiết: tay kẹp chai, trạm chiết rót giá đỡ cảm biến, xilanh Yêu cầu: + giá đỡ cảm biến xilanh di chuyển thay đổi vị trí khoảng cách + Trạm chiết rót có chiều cao 20cm - Chế tạo tay kẹp có bề rộng 6cm, cao 3cm, độ lõm 2cm Page 36 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.4.2 Xây dựng chương trình điều khiển 2.4.2.1 Tính tốn số đầu vào Từ yêu cầu công nghệ nguyên lý hoạt động hệ thống xác định đầu vào sau:   - Đầu vào: Start: Nút ấn khởi động hệ thống Stop: Nút ấn dừng hệ thống B1: Cảm biến nhận biết có chai qua B2: Cảm biến mức nước Đầu ra: Q1: Động truyền đọng cho băng tải Q2: Van điện từ 5/2 điều khiển xilanh tay kẹp Q3: Vân điên từ 5/2 điều khiển xilanh chiết rót Q4: Động bơm nước Từ yêu cầu công nghệ, số đầu vào, đầu tính loại Modul PLC có thị trường Ta nhận thấy Modul LOGO! 12/24RC tập đồn SIEMENS tự động hố phù hợp đảm bảo tất tính kỹ thuật cần có, giá thành vừa phải, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Modul LOGO! 12/24RC modul logic với đầu vào số ( I1 I8 ), đầu rơle (Q1 Q4 ), điện áp đầu vào12/24 VDC Có đồng hồ bên lưu nguồn 80h Đặc biệt có khả tích hợp thêm modul mở rộng cần tăng thêm số đầu vào đầu Có thể nói modul LOGO! 12/24RC thoả mãn tất yêu cầu mà toán đặt Phân cổng vào, cho PLC: Đầu vào: Thiết bị đầu vào Đầu vào Nút ấn START I1 Nút ấn STOP I2 Cảm biến nhận biết chai I3 Page 37 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Cẩm biến mức nước I4 Đầu : Thiết bị đầu Đầu Động truyền động cho băng tải Q1 Van điện từ điều khiển xilanh tay kẹp Q2 Van điện từ điều khiển xilanh chiết rót Q3 Động bơm nước Q4 2.4.2.2 Lưu đồ thuật toán Page 38 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Bắ t đầ u S START==1 Đ Q1==1 S Q2==1, Q3==1, Q4==1 B1==1 Đ Q 2==1 Stop==1 Đ Trễ 1s Kết thúc Q3==1 Trễ 1s Q4==1 S B2==1 Đ Page 39 S ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.4.2.3 Chương trình điều khiển Hình 2.4 Chương trình điều khiển Page 40 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.5 Hình ảnh thực tế mơ hình Hình 2.5 Mơ hình chạm triết rót Page 41 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận  Những kết đạt - Hệ thống thực nhiệm vụ đề tài, tận dụng tối đa thiết bị sẵn có - Mơ hình chạy theo yêu cầu đặt - Đồ án chuyên ngành sử dụng thiết bị công nghiệp đại PLC, cảm biến quang, van điện từ, xilanh tác dụng kép… - Hình thành kỹ xây dựng hệ thống  Những kết chưa đạt - Do tự tạo cảm biến mức nước nên tốc độ đáp ứng chưa thực nhanh 3.2 Hướng phát triển đề tài Chúng em nhận thấy đề tài có tính ứng dụng cao kiến thức cần tìm hiểu mẻ với đối tượng sinh viên chúng em Chúng em xin đưa hướng phát triển cho đề tài sau: - Phát triển lên ̣ thống sản xuất cho nhiều chai - Tích hợp thêm các khâu dán logo, bọc PVC thùng 3.3 Kiến nghị Sau thời gian thực đồ án chuyên ngành chúng em xin đưa khuyến nghị sau: - Với đề tài có tính ứng dụng cơng nghiệp liên quan đến thiết bị đại địi hỏi cần phải có thời gian làm quen sử dụng nhiều - Phòng thực hành nên tạo điều kiện để sinh viên đăng ký sử dụng chịu trách nhiệm thiết bị để thuận tiện trình thực Page 42 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống khí nén thủy lực - NGUYỄN PHÚC ĐÁO [2] Điều khiển thủy khí lập trình PLC - THS TRẦN TRỌNG HẢI [3] Thiết kế chi tiết máy –TRỌNG HIỆP, NGUYỄN VĂN LĂM [4] GS Nguyễn Trọng Quế – Hướng dẫn sử dụng LOGO! CTy Thương mại Kỹ thuật Đông Nam A ASEATEC Co , Ltd Hà Nội - – 1997 [5] LOGO! Manual - SIEMENS AG - 2001 [6] www.dientuvietnam.com [7] www.plcvietnam.net [8] tailieu.vn [9] datasheet.com (1) Page 43 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Page 44 ... tốt cho nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa Vì lý em chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo ̣ thống chiết rót nước giải khát? ?? Sinh viên thực Lương Thanh Đức Trần Minh Đức Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LỜI