Chương 3 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ
3.3.1 Cảm biến lưu lượng
Dựa trên cơ sở tính tốn giải tḥt chiết rót – chọn cảm biến lưu lượng sau.
Tên cảm biến: Cảm biến lưu lượng YF-S201
Thương hiệu: YIFA
Mục đích: Đo lượng sơn chảy xuống lon ở khâu chiết rót.
Khi nước chảy qua van cảm biến làm động cơ quay dẫn đến sự thay đổi trạng thái đầu ra của cảm biến Hall, đầu ra tín hiệu xung.
Hình 3.13 Hoạt động của cảm biến lưu lượng
Hình 3.14 Cảm biến lưu lượng YF-S201 - Thông số kỹ thuật: - Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp làm việc: 5-24V
+ Dòng điện tối đa:15mA (Với đầu vào 5V)
+ Loại đầu ra: 5V TTL
+ Trọng lượng :43g
+ Giới hạn lưu lượng: 1-30 lít/phút.
+ Nhiệt độ làm việc :0-80 độ C
+ Độ chính xác :90%
+ Ký hiệu dây cảm biến: - Đen: GND
- Đỏ: VCC
- Vàng: Tín hiệu ra của Hall sensor
Trong đó:
Q: Lưu lượng nước
F: Tần số tín hiệu đầu ra (Hz) 7.5: Hằng số
Ví dụ: 1 lít nước sẽ có cơng thức: 1𝑥7.5𝑥60 = 450 xung => 1 xung = 2.22ml Như vậy để chiết rót 110ml sơn cần 50 xung với chính xác 99.1%. [28]
3.3.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại
Tên cảm biến: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Thương hiệu: OMDHON
Mục đích: Nhận biết vị trí của lon, dừng băng tải khi cảm biến phát hiện lon đã
đến vị trí của các khâu.
Tính năng: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng
ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng.
Hình 3.15 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Thông số kỹ thuật:
+ Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC. + Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.
+ Dịng kích ngõ ra: 300mA.
+ Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
+ Chất liệu sản phẩm: nhựa. + Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. + Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L). + Sơ đồ dây:
- Xanh dương: GND - Nâu: VCC supply - Đen: Tín hiệu ra [29]
3.3.3. Van điện từ nước
Hình 3.16 Van điện từ nước UNI-D UW15
Tên thiết bị: Van điện từ nước UNI-D UW15
Thương hiệu: Uni-D
Mục đích: Đóng ngắt van chảy sơn ở khâu chiết rót.
Thông số kỹ thuật:
+ Nhiệt độ thiết kế: 5 đến 80°c + Áp suất làm việc: 0 đến 7kgf/cm² + Chất liệu: Đồng thau, inox 304 + Port size: 3/4" inch
+ Đường kính: 15mm
+ Kiểu kết nối với đường ống: Kiểu ren + Kiểu tác động: Tác động trực tiếp + Trạng thái của van: Van thường đóng + Nguồn điện sử dụng: 24VDC [30]
3.3.4. Van điện từ Airtac
Hình 3.17 Van điện từ Airtac 4V210-08
Tên thiết bị: Van điện từ Airtac 4V210-08 (Van 5/2)
Thương hiệu: Airtac
Mục đích: dùng để đóng mở đường dẫn của khí nén và điều chỉnh hướng của khí
nén, từ đó điều khiển hoạt động của xylanh đóng nắp
Thông số kĩ thuật:
+ Điện áp: 24VDC
+ Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13). + kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6). + Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa.
+ Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí. (1 đầu coil điện) + Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
+ Dòng series 4V200 có 3 loại như sau: + Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC. [31]
3.3.5. Xylanh trịn PVN
Hình 3.18 Xylanh trịn PVN Pneumatic Equipment
Mục đích: Đẩy lon vào trong hộp lắc Thông số kĩ thuật: + Kích thước cổng: ren 9,6mm (1/8”) + Áp suất: 0.1~1Mpa(1~9kg) + Nhiệt độ: - 20~70 oC [32] 3.3.6. Động cơ giảm tốc
Tên thiết bị: Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919
Thương hiệu: Tsukasa
Mục đích: Động cơ quay băng tải chính và động cơ băng tải cấp nắp.
Hình 3.19 Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919
Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp định mức: 24VDC. + Điện áp làm việc: 12V - 24VDC. + Dòng điện khi khơng tải: 100mA. + Dịng điện khi có tải là: 500mA. + Tốc độ khi khơng tải:134 vịng/phút. + Tốc độ khi có tải: 83 vịng/phút. + Tỉ lệ giảm tốc:1/40.
+ Momen định mức: 7,5 kgf.cm. + Momen xoắn tối đa: 13 kgf.cm. + Công suất tiêu thụ: 12W. [33]
3.3.7. Động cơ bước
Ở khâu trộn sơn, để thỏa yêu cầu quay chính xác số vịng quay và kéo tải khoảng 500g thì nhóm chúng em quyết định chọn động cơ bước size 42 loại 17HS8401 để dùng cho khâu trộn sơn.
Hình 3.20 Động cơ bước size 42 loại 17HS8401
Thông số kỹ thuật: + Điện áp làm việc: 12V - 24VDC. + Dòng điện: 1.5A. + Góc bước: 1.80 + Số dây: 4 dây. + Momen xoắn: 0.48 Nm. + Số pha: 2. [34]
Thiết bị trong tủ điện
3.4.1. PLC (Programmable Logic Controller)
Tên thiết bị: SIMATIC S7-1200, CPU 1212C DC/DC/DC (compact CPU)
Thương hiệu: Simens
Mục đích: Lưu trữ hệ điều hành, chương trình ứng dụng, là nơi diễn ra q trình
tính tốn xử lý thơng tin theo thuật toán điều khiển đã được cài đặt bởi người lập trình.
Thơng số kĩ thuật:
+ Điện áp nguồn cấp: 24VDC + 8 ngõ vào số, 6 ngõ ra số
+ 2 ngõ vào tương tự, 0 ngõ ra tương tự + Có thể mở rộng thêm 2 module tín hiệu SM
3.4.2. Module mở rộng
Module S7-1200 SM 1223 8DI/8DO
Hình 3.22 Module mở rộng 8DO/8DI
Tên thiết bị: Mô đun SIMATIC S7-1200 DIGITAL INPUT SM 1223 8DI /8DO
24V, RELAY 2A (6ES7223-1BH32-0XB0).
Mục đích: Mở rộng ngõ vào và ra để đáp ứng nhu cầu sử dụng của hệ thống.
Thương hiệu: Simens.
Hình 3.23 Bộ nguồn
Tên thiết bị: Bộ nguồn Meanwell SP-200-24
Mục đích: Chuyển nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều để cung cấp cho
CPU, các module mở rộng và các thiết bị cảm biến.
Thông số kĩ thuật:
+ Điện áp ngõ ra DC: 24V + Dòng ngõ ra DC: 0~8.4A + Công suất: 200W
+ Điện áp ngõ vào AC: 85~264VAC + Hiệu suất: 83%
+ Phương thức làm mát: được làm mát bằng quạt DC [35]
3.4.4. Driver
Để động cơ bước hoạt động một cách ổn định và có thể điều chỉnh được tốc đồ thì nhóm đã sử dụng driver TB6600. Đây là driver điều khiển động cơ bước chuyên nghiệp dễ sử dụng, có thể điều khiển động cơ bước hai pha, hỗ trợ kiểm sốt tốc độ và hướng. Có thể thiết lập vi bước và dịng ra của nó bằng cơng tắc 6 DIP…Và tất cả các đầu cuối tín hiệu đều áp dụng cách ly optocoupler tốc độ cao, tăng cường khả năng chống nhiễu tần số cao. Dưới đây là thơng số cơ bản và hình ảnh của driver.
- Thơng số kỹ thuật:
+ Nguồn đầu vào: 9 ~ 42 VDC + Dòng cấp tối đa: 4 A
+ Kích thước: 96x71x37 mm [36]
3.4.5. Relay
Hình 3.25 Relay LY2NJ
Tên thiết bị: Relay LY2NJ
Thương hiệu: CNAOM
Mục đích: sử dụng để điều khiển hoạt động của các van điện từ nước và động cơ
quay băng tải, động cơ trộn, động cơ băng tải cấp nắp.
Thông số kĩ thuật:
+ Nguồn cuộn dây: 24VDC
+ Nguồn của các tiếp điểm: 240VAC 10A/ 28VDC 10A + Nhiệt độ vận hành: - 400C – 500C
+ Kiểu đầu nối: chân hàn
+ Tiếp điểm: 2 cặp (NO+NC) [37]
3.4.6. Cầu đấu dây 2 tầng
− Tên thiết bị: Cầu đấu 12 cực TB1512 domino 12p15A
Thương hiệu: TB series
Mục đích: sử dụng để kết nối các đầu cuối của các thiết bị điện để tạo ra một
mạch điện.
Thông số kĩ thuật:
Điện áp định mức: 600V
Dòng điện định mức: 15A
Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công phần cứng hệ thống
4.1.1. Bộ phận cấp lon
Bộ phận này được thiết kế đơn giản để tối ưu chi phí, nên nhóm em đã thiết kế
một ống hình trụ dài làm nơi chứa lon và một xylanh đẩy để làm nhiệm vụ cấp lon ra băng tải.
Hình 4.1 Bộ phận cấp lon
4.1.2. Bộ phận chiết rót
Bộ phận này là bộ phận chính quan trọng nhất hệ thống, địi hỏi tính chính xác cao vì thế nhóm chúng em đã thống nhất thiết kế đo lưu lượng thơng qua cảm biến và rót trực tiếp ra lon.
Định lượng bằng cách chiết theo tổng số xung của cảm biến lưu lượng YF-S201: đóng ngắt van điện từ cho lượng sơn chảy vào lon dựa trên số xung đếm được, có thể xem như lưu lượng chất lỏng chảy là không đổi, 1 xung bằng 2,25ml. Đây cũng chính là nhược điểm của cảm biến, vì thế nhóm em đã tính tốn dựa trên chương trình PLC để dung lượng được chiết rót ra là chính xác nhất.
Hệ thống chiết rót trong cơng nghiệp sử dụng đồng hồ đo lưu lượng (flow meter) để đảm bảo độ chính xác tuyệt đối. Tuy nhiên giá thành của đồng hồ đo lưu lượng khá đắt nên nhóm em sử dụng cảm biến lưu lượng YF-S201 để thay thế.
Hình 4.2 Bộ phận chiết rót trong mơ hình
4.1.3. Bộ phận cấp và đóng nắp
Sau khi bộ phận chiết rót đã hồn thành nhiệm vụ, lon sơn được băng tải chuyển đến vị trí đóng nắp. Bộ phận đóng nắp bao gồm các cơ cấu xy lanh:
- Xy lanh cấp nắp: đưa nắp vào vị trí lon, để đóng nắp.
- Xy lanh đóng nắp: Tác dụng lực làm nắp được đóng chặt vào lon.
Bộ phận này cịn được thiết kế thêm một băng tải để cấp nắp một cách chính xác đến vị trí để đảm bảo hệ thống có thể hồn thành được nhiệm vụ.
Hình 4.4 Băng tải cấp nắp
4.1.4. Bộ phận trộn sơn
Hệ thống sau khi hồn thành khâu đóng nắp sẽ tới bước cuối cùng để hồn tất q trình cho ra lon sơn với như yêu cầu của chúng ta. Bộ phận này làm nhiệm vụ trộn sơn để sơn ở trong lon được mịn hơn, nó được thiết kế sử dụng cơ cấu xy lanh đẩy lon vào hộp lắc và đưa lon từ trong hộp lắc ra ngồi. Hộp lắc quay theo số vịng đã được định sẵn để tạo hỗn hợp sơn đồng nhất và dừng ở vị trí ngang với mép băng tải để lon có thể được đưa ra bên ngoài.
4.1.5. Tủ điện
Tủ điện đóng vai trị chủ đạo trung tâm trong hệ thống gồm PLC, nút nhấn, đèn báo, buzzer, delay… được nhóm chúng em thực hiện thi công dựa trên bản vẽ đã thiết kế.
Hình 4.6 Hình ảnh bên ngồi tủ điện
4.1.6. Hồn thiện mơ hình
Đây là hình ảnh tổng thể mơ hình hồn thiện sau khi thi cơng các bộ phận trên.
Hình 4.8 Mơ hình thực tế sau khi hoàn thành
Thiết kế giao diện SCADA
4.2.1. Giao diện giới thiệu
Giao diện cung cấp thông tin cho người dùng biết thông tin.
4.2.2. Giao diện dữ liệu tỉ lệ pha màu
Giao diện này cung cấp cho người dùng một bảng màu với 73 màu sắc có tỉ lệ pha trộn khác nhau. Nhấn chọn vào từng màu trên bảng màu sẽ hiển thị được tỉ lệ pha màu trong bảng setting, nhập vào số lượng lon, nhấn Confirm, sau đó chuyển đến giao diện vận hành.
❖ Thao tác trong giao diện:
- Chọn 1 trong 73 màu có trong bảng màu. - Nhập số lượng lon vào ô Quantity.
- Nếu số lượng nhập vào bằng 0, sẽ có thơng báo yêu cầu nhập lại.
- Nếu số lượng lớn hơn 0, sẽ có thơng báo xác nhận lần cuối và tự động chuyển đến giao diện vận hành.
- Data: chuyển đến giao diện màu.
4.2.3. Giao diện điều khiển
Đây là giao diện chính của mơ hình, chứa tất cả các tùy chọn trong điều khiển giám sát hệ thống. Từ màn hình giám sát có thể quan sát được mơ hình đang hoạt động như thế nào, điều khiển hệ thống thơng qua các nút nhấn trên màn hình, tùy chọn các màn hình quản lý sản xuất, cảnh báo lỗi.
Thiết kế giao diện Webserver
Giao diện trên Website được thiết kế để người dùng có thể giám sát từ xa theo yêu cầu, với dữ liệu được cập nhật. Giao diện Website để giám sát hệ thống pha sơn, đóng nắp tự động có 3 trang màn hình bao gồm: Trang chủ và xuất dữ liệu, được trình bày lần lượt ở bên dưới.
- Màn hình chính: Cung cấp một số thơng tin về tên đề tài, giáo viên hướng dẫn, sinh viên thực hiện.
- Tỷ lệ màu: Cung cấp các màu đã thiết kế sẵn.
- Chế độ hoạt động: Gồm các bảng thông số về thao tác nút nhất cơ bản, số lượng
Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Kết quả giao diện SCADA
Kết quả sau khi thiết kế giao diện vận hành
Hình 5.1 Màn hình giới thiệu
Hình 5.2 Màn hình chọn mã màu và số lượng lon
Hình 5.3 Hiển thị thơng báo khi nhập số lượng lon bằng 0.
Hình 5.5 Giao diện vận hành
Hình 5.6 Thơng báo khi hệ thống pha đủ số lượng yêu cầu
Kết quả giao diện Webserver
Trang web được nhóm em thiết kế gồm 3 phần: + Màn hình chính giới thiệu đề tài
Hình 5.7 Hình giao diện màn hình chính của Webserver + Chọn màu sơn + Chọn màu sơn
Hình 5.8 Hình giao diện chọn màu sơn trên Webserver
+ Các nút nhấn điều khiển hệ thống và mơ hình tổng quan của đề tài trên Webserver.
Hình 5.9 Hình giao diện điều khiển và mơ hình tổng quan trên Webserver
Kết quả giao diện file báo cáo báo cáo bằng Microsoft Excel
Hình 5.10 Hình giao diện file báo cáo bằng Microsoft Excel
Kết quả pha sơn và đánh giá
- Công suất sản xuất thực nghiệm 1 lon trong vòng 40s. Vậy dự kiến trong vòng 1 giờ có thể sản xuất được khoảng 90 lon.
- Hệ thống chạy liên hồn vì thế có thể tăng năng suất so với các hệ thống trước đây.
- Khi so sánh giữa những lần pha với mã màu khác nhau, có sự chênh lệch chút ít về thể tích.
Ví dụ: + Khi chọn mã màu 4 (50% đỏ, 50% vàng). Vậy số xung mỗi màu là 25 xung. Tổng xung 2 màu là 50 xung (tương đương 112.5 ml).
+ Khi chọn mã màu 13 (63% vàng, 37% xanh). Vậy số xung vàng là 31.5 và số xung xanh là 18.5 xung. Nhưng trong q trình chạy, số xung khơng thể là số thập phân nên được làm tròn lên. Theo thuật tốn của nhóm đề ra, cảm biến lưu lượng sẽ cho van xanh đếm đến 18 xung và van vàng đếm 31 xung. 0.5 xung còn lại sẽ quy đổi thành thời gian theo lưu lượng dòng chảy. Với 1 xung = 2.22ml vậy 0.5 xung = 1.11ml. Tốc độ dòng chảy là 39.3ml/s. Vậy 0.5 xung sẽ tương đương với thời gian mở thêm van là 0.028s = 28ms sau khi đủ xung. Với thuật toán này sẽ giảm sai số cho phần xung lẻ.
Vậy tổng số xung 2 màu sau khi làm tròn là 31 +18 = 49 xung (Tương đương 108.78ml). Thời gian mở thêm van cho xung lẻ là 2 x 28ms = 56ms tương đương 2.22ml.
Tổng thể tích chiết rót: 108.78 + 2.2 = 111 ml
KẾT LUẬN