STT Thông số Giá trị
1 Loại động cơ DC Servo
2 Công suất (W) 60
3 Tốc độ động cơ (vòng/phút) 15
4 Tỉ số truyền 1:480
5 Loại encoder Encoder từ
30
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN 4.1 Giới thiệu.
Trong phần này hệ thống điện cũng như thiết kế điều khiển sẽ được trình bày. Đối với máy làm bánh giờ tự động thì là một dạng máy tự động thực hiện lặp đi lặp lại các hành động được lập trình sẵn. Song song đó cũng là sự kết hợp với hệ thống cơng tắc hành trình giúp đóng mở các trạng thái làm việc của các trạm liên quan. Hình 4.1 diễn tả mối quan hệ giữa các phần tử trong điều khiển máy làm bánh giò tự động.
Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển.
4.2 Hệ thống điều khiển
4.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển
Hệ thống các cơng tắc hành trình sẽ phản hồi về PLC cho biết tại vị trí các trạm hiện đang có khn làm bánh hay khơng. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển được chỉ ra như trong hình 4.2. Có 2 loại tín hiệu đầu vào đó là các cơng tắc hành trình cho biết tại vị trí các trạm đã có khn làm bánh hay chưa và một loại tín hiệu thơng báo các vị trí của các xy lanh. Các tín hiệu này sau khi truyền về PLC trung tâm sẽ được làm việc và đưa ra các tín hiệu ra thơng báo cho DC Servo, Van Solenoid và các Arduino vệ tinh hoạt động. Các Arduino vệ tinh có nhiệm vụ: nhận tín hiệu từ PLC trung tâm, khi có tín hiệu thì cho các RC Servo quay theo các góc đã được lập trình trước.
Van Solenoid Cơng tắc hành trình Động cơ DC PLC
31
Hình 4.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống.
4.2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén
Hệ thống chủ yếu sử dụng điều khiển khí nén do đó trước hết em sẽ thiết kế điều khiển khí nén cho hệ thống máy làm bánh giị.
Như phần cơ khí đã được chia, máy gồm 6 trạm riêng biệt. Do đó em sẽ thiết kế điều khiển cho các trạm một cách riêng biệt.
- Trạm gắp lá: trạm gồm 3 xy lanh và 1 van hút chân không với xy lanh trượt A, xy lanh gắp lá B và xy lanh chuyển động khay lá C. Hình 4.3 đã biểu diễn biểu đồ trạng thái của trạm. Do xy lanh gắp lá B chuyển động theo phương thẳng đứng và bị giới hạn bởi các thiết kế cơ khí do đó em quyết định thay vì sử dụng cơng tắc hành trình để nhận biết xy lanh B đã đi ra thì em lại sử dụng hẹn giờ timer để q trình thiết kế cơ khí được dễ dàng hơn.
32
- Trạm cấp bột: ở trạm cấp bột em có sử dụng 2 xy lanh bao gồm 1 xy lanh dùng để mở van 3 ngã và một xy lanh sử dụng để hút bột từ khay chứa bột ra. Dưới đây hình 4.4 là biểu đồ trạng thái của trạm cấp bột. Để đơn giản trong việc đi dây cũng như dễ dàng trong q trình thiết kế cơ khí ở đây em cũng đã khơng sử dụng cơng tắc hành trình mà thay vào đó là sử dụng trực tiếp timer hẹn giờ.
Hình 4.4 Biểu đồ trạng thái trạm cấp bột.
- Ở các trạm còn lại hầu như chỉ có 1 xy lanh thực hiện một nhiệm vụ duy nhất nên em xin phép sẽ khơng trình bày thêm.
4.2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển điện
Như đã trình bày ở phần thiết kế cơ khí, ngồi các xy lanh khí nén thì em cịn sử dụng các phần tử điện khác như DC servo, RC Servo, các công tắc hành tình và ngồi ra để có thể dễ dàng điều khiển xy lanh khí nén thì em cịn sử dụng thêm các van solenoid điện từ.
Với DC servo, đầu tiên xét đến mâm xoay, yêu cầu của mâm xoay là khi xoay chạm đến công tắc hành trình đặt ở mỗi trạm thì dừng lại một thời gian T (giây) rồi sau đó tiếp tục xoay quá trình này lặp đi lặp lại cho tới khi hết khn làm bánh có mặt trên khay thì dừng lại. Với yêu cầu đã đặt ra ở trên, kết hợp với mục tiêu đã đặt ra ở phần trên là cứ 30 giây sẽ cho ra lị 1 phần bánh. Sau khi tính tốn trên lí thuyết em quyết định thiết kế điều khiển cho trạm mâm xoay như sau: Khi có tín hiệu từ bảng điều khiển của hệ thống, mâm xoay sẽ xoay cho đến khi chạm cơng tắc hành trình tại mỗi
33
trạm bất kì thì dừng lại, thời gian dừng lại đúng bằng sản lượng (theo cái) trừ cho thời gian chuyển động của mâm xoay kể từ khi hoạt động đến khi chạm cơng tắc hành trình đặt ở mỗi trạm. Ở đây để dễ dàng thiết kế điều khiển em chọn thời gian chờ mỗi trạm là 28 giây và thời gian xoay sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ (thời gian này sẽ được hiệu chỉnh ở các bước thực nghiệm sau này).
Với động cơ ở khâu cấp bột: yêu cầu là cung cấp moment xoắn làm xoay trục quay đánh tơi bột và đẩy bột về hai phía. Về phần đánh tơi bột và đẩy bột về hai phía của mỗi hộp đã được giải quyết trong khâu thiết kế cơ khí ở trên nên em sẽ không đề cập ở đây. Do bột ở dạng lỏng sánh nên tại khâu sẽ không cần một động cơ với công suất quá lớn, thế nên em sẽ tiếp tục sử dụng động cơ giống với động cơ có ở mâm xoay. Bột làm bánh là bột đã được nấu cho sánh từ trước đó và lại được pha thêm bột năng nên nếu để lâu ngồi mơi trường mà khơng có tác động bột sẽ khơ lại gây khó khăn cho việc hoạt động của máy do đó khi thiết kế chúng em quyết định sẽ cho động cơ ở khâu cấp bột sẽ được quay từ khi có tín hiệu bắt đầu cho tới khi tín hiệu kết thúc được đặt.
Với động cơ ở khâu cấp nhân: yêu cầu cũng tương tự như ở khâu cấp bột. Do đó em cũng chọn động cơ tương tự và cũng cho động cơ quay từ khi có tín hiệu bắt đầu cho tới khi tín hiệu kết thúc được đặt.
4.3 Các thiết bị điện sử dụng trong hệ thống 4.3.1 PLC MISUBISHI FX2N – 80MR. 4.3.1 PLC MISUBISHI FX2N – 80MR.
34 Tốc độ xử lý:
Basic instructions: 0.08μs.
Applied instructions: 1.52 to several 100μs.
Bộ nhớ chương trình: 8k step RAM – build into the unit. Ngõ vào: 40
Ngõ vào DC Sink/Source (0V / 24VDC).
Điện áp hoạt động: 24VDC +/- 20%.
Thiết kế cách ly: giữa ngõ vào và nguồn cấp PLC.
Ngõ ra: 40
Relay, 2A 250VAC / 30VDC trên mỗi điểm. Tổng tải mỗi COM tối đa 8A.
Cổng giao tiếp
Cổng tròn 8 chân RS – 422 , download/Upload chương trình hoặc kết nối với HMI.
Nguồn cấp: 85-264VAC 50/60Hz. Nguồn ra phụ 24VDC: max 250mA.
Khả năng mở rộng I/O: max 248 inpút X0-X367, max 248 output Y0-Y367. Chức năng thời gian thực: theo ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây và theo tuần. Hỗ trợ xử lý hàm số thực: 32 bits .
Hỗ trợ mạnh tính tốn: Sử dụng vi xử lý 32bit, Floating Point (số thực), Square Root and Trigonometric Instruction for situations requiring high function mathematics (Giải nghiệm căn bậc hai và các hàm lượng giác cho các tình huống địi hỏi tính tốn toán học bậc cao).
35
Timers (T): 100msec (200 points); 10msec (points); 1msec retentive (4 points); 100msec retentive (6 points).
Counters (C): 100 bộ đếm 16-bit, 100 bộ chốt 16-bit, 35 bộ đếm 320bit và 15 bộ chốt 32bit
High speed counters (HSC):
1 phase:
o 60kHz/Hardware High Speed Counters (C235/C236/C246).
o 10kHz/ Software High Speed Counters (C237 đến C245, C247 đến C250).
2 phase:
o 30kHz/Hardware High Speed Counters (C251).
o 5kHz/Software High Speed Counters (C252 đến 255).
4.3.2. Arduino Mega
Vi điều khiển chính: ATmega2560
IC nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2.
Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC Số chân Digital I/O: 54 (trong đó có 15 chân có khả năng xuất xung PƯN Số chân Analog Input: 16.
Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA. Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA.
Flash Memory: 256KB trong đó có 8KB sử dụng cho bootloader.
SRAM: 8KB. EEPROM: 4KB.
36 Clock Speed:16 MHz.
LED_BUILDIN: 13.
Kích thước 101.52 x 53.3 mm.
4.3.3. Van Solenoid 5 cửa 2 vị trí Airtac.
Van điện từ khí nén AIRTAC 4V120-06 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí và 2 đầu coil điện, loại này được kích hoạt và điều khiển bằng điện, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén.
Thơng số kỹ thuật:
Kích thước cổng: ren 9,6 (1/8”).
Kích thước cổng xả ren: ren 9,6 (1/8”).
Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 MPa.
Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí.
Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC.
4.4 Giải thuật điều khiển và chương trình điều khiển PLC. 4.4.1 Chương trình điều khiển PLC
38
39 Giải thích code Input X000 : Start X001: Stop X016: Reset
X002: Tín hiệu đầu vào trạm lá X010: CTHT s1 X011: CTHT s2 X012: CTHT s3 X014: CTHT s5 X015: CTHT s6 Output Y001: Solenoid 1 Y002: Solenoid 2 Y003: Solenoid 3 Y004: Solenoid 4 Y005: Solenoid 5 Y006: Solenoid 6
40
Hình 4.3.2.1: Code bột
Giải thích code Input
X003: Tín hiệu đầu vào trạm bột
Output
Y007: Solenoid 7 Y010: Solenoid 8 Y011: Solenoid 9 Y012: Solenoid 10
41
Hình 4.3.2.1: Code dập bột
Giải thích code Input
X004: Tín hiệu đầu vào trạm dập bột
Output
Y013: Solenoid 11 Y014: Solenoid 12
42
Hình 4.3.2.1: Code cấp nhân và cấp bột
Giải thích code Input
43 X006: Tín hiệu đầu vào trạm cấp bột
Output
Y015: Nguồn cho adruino Y016: Solenoid 11
Y017: Solenoid 12 Y020: Solenoid 13 Y021: Solenoid 14
45
Hình 4.3.2.1: Code cấp nhân và cấp bột
Giải thích code Input
X007: Tín hiệu đầu vào trạm gấp lá
Output Y022: Solenoid 15 Y023: Solenoid 16 Y024: Solenoid 20 Y025: Solenoid 21 Y027: Solenoid 22 Y036: Solenoid 23 Y037: Nguồn adruino
46
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo và thử nghiệm cho máy làm bánh giị tự động. Trong chương 5 này sẽ trình bày về một số kết quả về mơ hình cơ khí cũng như những sai sót và chỉnh sửa cần thiết để hoàn thiện hệ thống.
5.1 Xây dựng mơ hình
Trước khi tiến hành chế tạo mơ hình thực nghiệm, em có sử dụng phần mềm để có thể mơ hình hóa máy làm bánh giị tự động được trình bày ở hình 5.1 dưới đây. Và mơ hình thực nghiệm được trình bày ở hình 5.2. Ngồi ra các thơng số hệ thống máy cũng được trình bày cụ thể ở bảng 5.1.
47
Hình 5.2 Mơ hình máy làm bánh trong thực nghiệm.
STT Đặc tính Số lượng Thông số Ghi chú 1 Kích thước tồn hệ thống 1 1660x1200x940 mm 2 Khối lượng 1 80 kg Khung máy 1 Mặt bàn 1 Vật liệu inox 2 Chiều dài 1400 mm 3 Chiều rộng 1200 mm 4 Chiều dày 5 mm 5 Nhơm định hình 20x20 4 255 mm 6 Nhơm định hình 20x20 6 300 mm 7 Nhơm định hình 20x20 8 320 mm 9 Nhơm định hình 20x20 2 400 mm 10 Nhôm định hình 20x20 2 520 mm
48 11 Nhơm định hình 20x20 4 670 mm 12 Nhơm định hình 20x20 2 1160 mm Mâm xoay 1 Vật liệu 1 Mica 3 Kích thước R300 mm 4 Độ dày 5mm
5 Trục mâm xoay 1 Phi 20 * 255mm
Trạm gắp lá 1 Nhơm định hình 20x20 3 460 mm 2 Nhơm định hình 20x20 1 408 mm 3 Nhơm định hình 20x20 2 100 mm 4 Nhơm định hình 20x20 1 338 mm 5 Nhơm định hình 20x20 2 52 mm 6 Nhơm định hình 20x20 2 67 mm 7 Nhơm định hình 20x20 2 72 mm 8 Nhơm định hình 20x20 4 103.5 mm 9 Nhơm định hình 20x20 2 54 mm 10 Xy lanh 1 20x125 mm 11 Xy lanh 1 20x75 mm 11 Xy lanh trượt 1 12 Pát cố định xy lanh 2
13 Van hút chân không 4 M12
Trạm cấp bột 1 Van 3 ngã 2 2 Khay chứa bột 2 3 Xy lanh 4 20x125 mm 4 Ống hút 2 D31*100mm 5 Ống nước 2 Phi 32*40mm
49 6 Trục đánh bột 2 7 Nhơm định hình 20x20 2 1660 mm 8 Nhơm định hình 20x20 8 200 mm 9 Nhơm định hình 20x20 4 70 mm 10 Nhơm định hình 20x20 4 80 mm 11 Nhơm định hình 20x20 4 67 mm 12 Nhơm định hình 20x20 8 90 mm 13 Nhơm định hình 20x20 4 110 mm 14 Nhơm định hình 20x20 2 88 mm 15 Pát cố định xy lanh 8 16 Pát cố đinh ống hút 2 Trạm tạo phễu 1 Xy lanh 1 20x125mm 2 Nhơm định hình 20x20 1 470 mm Lớn nhất 3 Nhơm định hình 20x20 2 100 mm 4 Nhơm định hình 20x20 1 873 mm Trạm cấp nhân 1 Nhơm định hình 20x20 2 620 mm 2 Nhơm định hình 20x20 2 180 mm Lớn nhất 3 Nhơm định hình 20x20 2 132 mm 4 Nhơm định hình 20x20 2 165 mm 5 Nhơm định hình 20x20 2 310 mm 6 Nhơm định hình 20x20 2 60 mm 7 Hộp đựng nhân 1 8 Phần quay nhân 1 9 RC Servo 966R 1 10 Trục quay nhân 1 11 Động cơ DC Servo 1
50 Trạm gấp lá 1 Nhơm định hình 20x20 1 470 mm 2 Nhơm định hình 20x20 1 90 mm Lớn nhất 3 Nhơm định hình 20x20 1 100 4 Xy lanh quay 1 5 RC Servo 966R 3
6 Khung chứa khuôn 1
7 Chi tiết gấp lá 3 Bộ điều khiển 1 PLC Misubishi FX2N – 80MR 1 2 Arduino ATmega 1 3 Arduino Nano 1 100 4 Nguồn tổ ong 1 24V – 5A
5 Van solenoid 5/2 12 AIRTAC 4V120-06
Bảng 5.1 Thơng số của hệ thống máy bánh giị
5.2 Hệ thống cơ khí
Qua q trình mơ phỏng và thực nghiệm thì phần thiết kế cơ khí hầu như khơng có lỗi về thiết kế nhưng do giới hạn về kinh phí và cơng nghệ chế tạo nên máy vẫn phải sử dụng các chi tiết làm bằng mica và nhựa in 3D. Nên trong quá trình thực nghiệm thường có hiện tượng gãy giữa các mối và các lớp in của chi tiết in 3D. Tuy nhiên đây là nhược điểm hồn tồn có thể khắc phục được ở sau này.
5.3 Hệ thống điện – điều khiển.
Qua quá trình thực nghiệm, kết quả thu được hệ thống điều khiển hoàn thành đầy đủ chức năng và yêu cầu đã đạt ra. Tuy có một vài sai số do giới hạn về mặt cơ khí như: Kẹt các cơng tắc hành trình, vvv… Tuy nhiên nhìn chung hệ thống làm việc ổn định.
51
5.4 Đánh giá tổng quan.
Về năng suất máy, sau khi thực nghiệm bấm giờ thời gian hoạt động của máy thì kể từ khi bắt đầu đến khi kết thúc lấy bánh ra hết 192 giây chênh lệch 12 giây so với mục tiêu ban đầu đề ra là 30giây/ bánh (thực tế 32 giây/bánh)
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
Nhóm chúng em đã có thể tạo ra được một hệ thống làm bánh giò tự động giải quyết được vấn đề nhân công trong sản xuất cũng như để đảm bảo vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm. Máy làm bánh giò tự động thực hiện đầy đủ các bước khi làm bánh giị thủ cơng. Phần thiết kế cơ khí hầu như khơng có lỗi về thiết kế nhưng do giới hạn về kinh phí và cơng nghệ chế tạo nên máy vẫn phải sử dụng các chi tiết làm bằng mica và nhựa in 3D. Hệ thống điều khiển hoàn thành đầy đủ chức năng và yêu cầu đã đạt ra.
52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]https://www.youtube.com/watch?v=leIm-OLXQ7Q -- Dây chuyền sản xuất bánh ngọt [2] https://patents.google.com/patent/US4160634A/en mơ hình máy làm bánh bao đầu tiên [3] http://hanoi.vietnamplus.vn/Home/Banh-day-banh-gio/200912/704.vnplus tản mạn về lá chuối gói bánh