Dung tích chai: V=330ml
Lưu lượng bơm Q = 2l/phút = 33.33 ml/s Thời gian bơm là: 𝑇 = 𝑉
𝑄 = 330
33,33 = 9,9𝑠 (3.19)
Ta chọn thời gian bơm T = 10s
Dựa theo tính toán cơ cấu chiết rót. Nhóm quyết định chọn bơm mini 6-12V DC MB365.
41
Đầu hút cách nước <=2m Đẩy nước cao <=3m.
Do việc sử dụng bơm mini có điện áp thấp nên sẽ có bộ giảm áp từ nguồn 24V sang bơm 12V.
Bảng 3.3 Bảng thông số động cơ bơm nước
Điện áp 12 VDC
Dòng tiêu thụ 0,6-2A
Công suất 5-12W
Lưu lượng bơm 1- 2 lít/phút
Áp suất đầu ra 1- 2,5 kg Độ sâu hút đạt được 1-2,5 m Đường kính đầu ra 8 mm Tuổi thọ 2-3 năm 3.2. Thiết kế hệ thống 3.2.1. Thiết kế hệ thống cơ khí
3.2.1.1. Thiết kế khung cơ khí
Hình 3.6: Thiết kế khung cơ khí hệ thống
Thiết kế khung cơ khí bằng nhôm định hình bao gồm phần thân băng tải và giá đỡ phía trên. Phần giá đỡ phía trên, bên phải là khung cấp nước và cấp nắp,
42
giữa băng truyền sẽ có 2 gá kẹp chai giúp trong quá trình di chuyển chai sẽ không bị đổ khi chẳng may ngoại lực tác động vào, phía trên trái là khung đỡ của xylanh và động cơ xoáy nắp.
3.2.1.2. Thiết kế hệ thống cấp nước và nắp chai
Hình 3.7: Thiết kế hệ thống cấp nước và nắp chai
Cơ cấu cấp nước và nắp chai được đặt ở đầu hành trình. Sử dụng khay dẫn nắp chai và cần treo khay dẫn nắp để cấp nắp cho chai. Phần dẫn nước sẽ có dây dẫn và gá giữ dây bơm.
3.2.1.3. Thiết kế hệ thống xoáy nắp chai
43
Ở phần cuối băng tải sẽ có 2 xylanh đôi dùng để kẹp chai khi cảm biến 2 nhận tín hiệu phát hiện chai. Động cơ xoáy nắp chai được gắn cố định với xy lanh nâng hạ để lên xuống đóng nắp chai. Cơ cấu xoáy nắp chai được gắn với khung gá chắc chắn.
3.2.2. Thiết kế hệ thống khí nén
Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén được thiết kế trên trên phần mềm FESTO FLUIDSIM. Hệ thống sử dụng toàn bộ bằng xylanh đôi: 1 xy lanh nâng hạ động cơ và 2 xy lanh kẹp chai và 2 van điện từ khí nén 5/2. Các thiết bị khí nén được gắn cố định chắc chắn trên các gá. Hệ thống hoạt động có sự chính xác và ổn định.
44
3.2.3. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển
45
3.2.4. Thiết kế mô phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm
Hệ thống được thiết kế trên phần mềm TIA Portal V15 để thực hiện viết code và thiết kế giao diện giám sát cho PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC.
❖ Quá trình thiết kế:
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V15.
Hình 3.11 Biểu tượng TIA PORTAL V15
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án mới.
46
Bước 3: Nhập tên dự án vào phần Project name sau đó Click create.
Hình 3.13 Giao diện tạo dự án mới
Bước 4: Click chọn configure a device.
47 Bước 5: Click chọn add new device.
Hình 3.15 Giao diện Devices & networks
Bước 6: Chọn PLC S7-1200 loại CPU 1212C DC/DC/DC, sau đó chọn add hoặc kích đúp vào nó.
48 Bước 7: Project mới được hiện ra
Hình 3.17 Giao diện làm việc
Bước 8: Viết chương trình cho PLC: >>Program Blocks >> Add new block >> chọn chương trình để viết.
49
Bước 9: Sau khi hoàn thành chương trình điều khiển nhóm thiết kế giao diện giám sát hệ thống trên phần mềm Wincc.
Hình 3.19 Giao diện home giám sát- điều khiển hệ thống
Hình 3.20 Giao diện vận hành giám sát, điều khiển hệ thống
Giao diện giúp người dùng dễ dàng điều khiển và giám sát được quy trình hoạt động của hệ thống. Đồng thời cũng theo dõi được trạng thái hoạt động của từng thiết bị.
50
3.3. Lưu đồ thuật toán
Bắt đầu
Start
Băng tải hoạt động
CB2==0 Băng tải dừng Động cơ bơm nước hoạt động 10s Chờ 1s
Băng tải hoạt động CB1==0 Hạ xilanh đóng nắp Xilanh kẹp và động cơ đóng nắp hoạt động trong 5s Các xilanh động cơ thu về trạng thái ban đầu sau 2s
quá trình mới Stop Kết thúc Đ Đ Đ Đ S S S S
51
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ HỆ
THỐNG
4.1. Chế tạo hệ thống
4.1.1. Chế tạo hệ thống cơ khí
Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tính toán, và thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động. Nhóm đã tiến hành chế tạo hệ thống thực tế.
Hình 4.1 Hình ảnh hệ thống băng tải thực tế
Dùng xylanh nâng hạ để đẩy động cơ vặn nắp xuống tiến hành quá trình xoáy nắp, Nắp xoáy được lót cao su để đảm bảo giữ chặt nắp chai trong quá trình xoáy.
52
Hình 4.3 Hệ thống cấp nắp chai và chiết rót thực tế
Khay cấp nắp có giá đỡ để tạo độ nghiêng khi đó nắp chai sẽ trôi xuống và được nắp nhựa giữ lại
4.1.2. Chế tạo hệ thống điện và điều khiển
Hệ thống điện được nhóm lắp đặt quy củ theo sơ đồ. Thiết bị điện được gá lắp chắc chắn. Toàn bộ dây dẫn đi trong máng nhựa vừa thẩm mỹ, vừa an toàn điện. Và đảm bảo an toàn cho hệ thống.
53
Hình 4.4 Hệ thống điện thực tế
Phía bên phải là công tắc ON/OFF hệ thống và van điện từ 5/2 để truyền khí từ bình khí nén đến các xylanh trong hệ thống.
4.1.3. Mô hình hệ thống thực tế
54 4.2. Thực nghiệm Bảng 4.1 Bảng thực nghiệm Lần Thiết kế Chức năng Độ chính xác Lỗi hệ thống Cách khắc phục 1 x ✓ x
Nước từ vòi bơm, bơm lệch vào chai do cảm biến tiệm cận đặt lệch
Chỉnh lại vị trí cảm biến tiệm cận cho chai dừng đúng vị trí
2 x ✓ ✓
Lượng nước trong chai ít do thời gian bơm còn ngắn
Điều chỉnh tăng thời gian bơm nước
3 x ✓ x Băng tải bị trượt Căng lại dây belt bang tải
4 x ✓ x Băng tải bị trùng Dùng miếng sắt lót đế băng tải 5 ✓ x x Nắp đặt lệch so với cổ chai do khay dẫn lắp đặt lệch Căn chỉnh khay dẫn nắp đúng vị trí 6 ✓ x x
Cơ cấu xoáy nắp chệch so với cổ chai do cảm biến đặt lêch
Chỉnh lại vị trí cảm biến tiệm cận cho chai dừng đúng vị trí
7 x ✓ x
Nắp chai chưa được vặn chặt do thời gian vặn nắp ngắn.
Tăng thời gian xoáy nắp chai
55
4.3. Đánh giá
❖ Ưu điểm:
+) Mô hình hệ thống nhỏ gọn hoạt động ổn định. +) Nắp chai đước xoáy tương đối chặt.
+) Lượng nước cấp vào chai đúng theo tính toán.
+) Băng tải hoạt động ổn định đúng theo yêu cầu đặt ra. +) Tốc độ phản hồi tín hiệu đạt yêu cầu đặt ra.
+) Kết cấu khung hệ thống chắc chắn. ❖ Nhược điểm:
+) Cơ cấu đóng nắp chai có độ chính xác chưa cao. +) Hệ thống cấp nắp còn đơn giản dễ xảy ra lỗi.
+) Nhóm dùng bơm thường để chiết rót nên chai nước đầu tiên trong dây chuyền sẽ bị hụt nước, kể từ chai thứ hai trở đi mực nước được chiết rót sẽ ổn định và có sai số thấp.
56
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Sau thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Hà Thanh Hải và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Cơ khí, nhóm em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp, đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cấp nước và đóng nắp chai tự động điều khiển PLC” với các kết quả đã đạt được: - Mô hình hệ thống cấp nước và đóng nắp chai tự động họa động ổn định,
tương đối chính xác.
- Hệ thống đáp ứng đầy đủ, đúng theo những tính toán, thiết kế. - Xây dựng được chương trình điều khiển cho hệ thống.
- Thiết kế được giao diện giám sát, điều khiển cho hệ thống. - Kết nối thành công giữa PLC và PC.
- Thiết bị, dây dẫn được lắp đặt có tính thẩm mĩ cao và an toan.
Để đồ án được hoàn thiện với tính thực tiễn cao hơn, nhóm em xin đưa ra một số đề xuất phát triển cho đồ án:
- Thêm các thiết bị bảo vệ để tránh hư hỏng do các tác động bên ngoài. - Cải thiện phần cơ khí của hệ thống tốt hơn để tăng thêm độ chính xác.
- Thay đổi cơ cấu cấp nước, thay vì dùng bơm thường sẽ đổi thành cấp nước bằng bơm định lượng.
- Xây dựng thuật toán điều khiển thông minh hơn.
- Bổ sung thêm phần cung cấp chai rỗng và nhận chai của hệ thống. - Nâng cấp khay cấp nắp đơn giản bằng canh tay robot.
- Sử dụng cảm biến đo mực nước để tránh hiện tượng thiếu hụt lượng nước chai ban đầu.
57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS. Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2005.
[2] G. TSKH.B.Heimann, Cơ điện tử, NXB Khoa học & Kỹ thuật, năm 2007. [3] Đại học công nghiệp Hà Nội, Giáo trình cảm biến, Hà Nội, 2015.
[4] Đại học công nghiệp Hà Nội, Đề cương bài giảng tự động hóa quá trình sản xuất, Hà Nội, 2017.
[5] Nguyễn Công Hiền, Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển, NXB Khoa học và kỹ thuật, năm 2006.
[6] Trần Thế San and Nguyễn Ngọc Khánh, Bách khoa mạch điện, NXB Khoa học & kỹ thuật.
[7] Ts. Quách Thanh Hải, Điện tử công suất, NXB Thanh Niên, năm 2017. [8] Lê Văn Uyển and Trịnh Thất, Tính toán, thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí,
NXB Giáo Dục, 2006.
[9] Bùi Quốc Khánh, Cơ sở truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2015.
[10] Phạm Ngọc and Nguyễn Văn Duy, Điều khiển lập trình S7 - Tia Portal,
NXB Khoa học và kỹ thuật, 2014.
[11] Ts. Nguyễn Mạnh Hùng and Ts. Nguyễn Như Hiền, Điều khiển logic và PLC, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ Hà Nội, 2007.
❖ Bảng địa chỉ PLC
❖ Chương trình điều khiển: Network 1: On/Off hệ thống
Network 2: Mô phỏng băng tải chuyển động.
Network 3: Mô phỏng chuyển động chai.
Network 5: Vận hành.
Network 6: Đếm số lượng chai.