2.2.2.1. Băng tải
a). Khái quát chung
Băng tải là thiết bị vận tải liên tục, dùng ựể chuyên chở các vật phẩm dạng bột, dạng hạt hoặc dạng hình khối kắch thước nhỏ, các chi tiết ở dạng thành phẩm và bán thành phẩm cũng như loại bỏ các sản phẩm không dùng ựược theo phương nằm ngang, phương thẳng ựứng hoặc theo phương mặt phẳng nghiêng ( với góc nghiêng < 300).
Ưu ựiểm của băng tải: có chiều dài vận chuyển lớn, kết cấu nhỏ, ựơn giản, bền, làm việc tin cậy và sử dụng thuận tiện, có khả năng vận chuyển rời và ựơn chiếc, vốn ựầu tư không lớn lắm, có thể tự ựộng ựược, vận hành ựơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc không ồn ào, năng xuất cao và tiêu hao năng lượng nhỏ hơn so với máy vận chuyển khác.
Nhược ựiểm của băng tải: phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế vì chúng có ựộ dốc cho phép không caọ
b). Năng suất của băng tải
Ở hệ thống phân loại sản phẩm mỳ ăn liền, băng tải chở vật phẩm có dạng hình khối, nên ∂ ựược tắnh theo biểu thức: [6]
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 24
∂ = G
a
Với : ∂ - Khối lượng vật phẩm trên một ựơn vị chiều dài của băng tải (kg/m) G Ờ Khối lượng ựơn chiếc vật phẩm (kg)
a Ờ Khoảng cách giữa hai vật phẩm liên tiếp (m)
Hình 2.5. Một số dạng vật phẩm của băng tải
Chế ựộ làm việc của băng tải là chế ựộ dài hạn với phụ tải hầu như không ựổị Theo yêu cầu của công nghệ, băng tải phân loại mỳ ăn liền không yêu cầu ựiều chỉnh tốc ựộ. Với chiều dài của băng tải là 1m, trọng lượng 60gr/sản phẩm ta có thể lựa chọn băng tải chế tạo từ sợi tổng hợp, bề mặt tráng nhựa nhẵn bóng sao cho sản phẩm dễ dàng trượt trên băng tải khi phân loại và ựảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 25 Hệ truyền ựộng của băng tải cần ựảm bảo tỷ số truyền sao cho bề mặt băng tải có tốc ựộ trung bình ựạt 0,5m/s, vận hành êm ái, ên chọn hệ truyền ựộng bằng dây ựaị
c). Tắnh chọn công suất ựộng cơ truyền ựộng cho băng tải
Công suất của ựộng cơ truyền ựộng cho băng tải thường tắnh chọn theo công suất cản tĩnh. Chế ựộ quá ựộ không tắnh ựến vì số lần ựóng cắt ắt, không ảnh hưởng ựến chế ựộ tải của ựộng cơ truyền ựộng.
Phụ tải của băng tải thường ắt thay ựổi trong quá trình làm việc nên không cần phải kiểm tra theo ựiều kiện quá tảị Trong ựiều kiện làm việc nặng nề của thiết bị cần phải kiểm tra ựiều kiện mở máỵ
Tắnh chọn công suất ựộng cơ truyền ựộng băng tải phân loại sản phẩm mỳ ăn liền nên tắnh theo các thành phần sau:
- Công suất P1 ựể dịch chuyển vật liệu
- Công suất P2 ựể khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ ựỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải chạy không.
Công suất P3 ựể nâng tải (nếu là băng tải nghiêng).
1- Lực cần thiết ựể dịch chuyển vật liệu: [6] F1 = ∂Lcosβk1g = ∂LỖk1g, N
β - Góc nghiêng của băng tải (0) L - Chiều dài của băng tải (m)
∂ - Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải (kg/m)
k1 - Hệ số tắnh ựến lực cản khi dịch chuyển vật liệu, thường lấy k1 = 0,05. *Công suất cần thiết ựể dịch chuyển vật liệu P1 : [6]
P1 = F1v = ∂LỖk1gv = 0,05∂LỖgv v Ờ Tốc ựộ di chuyển của băng tải (m/s)
Khối lượng của vật liệu trên một mét dài của băng tải có thể tắnh theo năng suất của băng tải:
∂ = Q
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 26 * Khi ựó công suất cần thiết ựể dịch chuyển vật liệu:
P1 = ' 0, 05QL 3, 6 g = 0,0139QLỖg (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2- Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng chuyển ựộng không tải: [6] F2 = 2L∂bcosβk2g = 2∂bLỖk2g, N
∂b - Khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng (kg/m) k2 - Hệ số tắnh ựến lực cản khi không tảị
*Công suất cần thiết ựể khắc phục tổn hao công suất do lực cản ma sát: P2 = F2v = 2L∂bcosβk2gv = 2∂bLỖk2gv
3- Lực cần thiết ựể nâng vật:
F3 = ổ∂Lsinβg = ổ∂Hg
Dấu Ộ+Ợ khi băng tải vận chuyển vật liệu ựi lên, dấu ỘỜỢ khi ựi xuống. *Công suất nâng tải P3: [6]
P3 = F3v = ổ∂Hgv = ổQH
3, 6
g
= ổ 0,278QHg 4- Công suất cản tĩnh của băng tải: [6]
Pc = k3gv(P1 + P2 + P3) = k3g(0,05∂LỖ + 2LỖ∂bk2v ổ∂H) = k3g(0,0139QLỖ + 2LỖ∂bk2v ổ 0,278QH)
k3 Ờ Hệ số có tắnh ựến tổn thất phụ do lực ma sát trong các con lăn dẫn hướng: (k3 = 1 ọ 1,25)
*Công suất ựộng cơ truyền ựộng cho băng tải ựược tắnh theo công thức sau:
PđC = k4 Pc
η k4 - Hệ số dự trữ công suất (k4 = 1,2 ọ 1,25)
η - Hiệu suất truyền ựộng.
Tuy nhiên do trọng lượng vật phẩm không ựáng kể (60gram) nhưng ựể lựa chọn ựộng cơ ựược thuận lợi, thông dụng và ựảm bảo hoạt ựộng ựược ổn ựịnh, lâu dài, ta chọn ựộng cơ truyền ựộng là loại ựộng cơ không ựồng bộ ba pha 380V/250W, có bộ phận ựiều chỉnh vô cấp dùng dây ựai, puli trượt. Mục ựắch là ựể ựiều chỉnh tốc ựộ của băng tải khi tốc ựộ máy ựóng gói thay ựổị Theo khảo sát, băng tải có tốc ựộ lớn nhất khoảng 0,8m/s.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 27
2.2.2.2. Cảm biến
a). Khái quát chung về cảm biến
Trong hệ thống ựo lường - ựiều khiển mọi quá trình ựều ựược ựặc trưng bởi các biến trạng thái như: nhiệt ựộ, tốc ựộ, mômen, áp suấtẦ Các biến trạng thái này thường là các ựại lượng không ựiện. Nhằm mục ựắch ựiều khiển, ựiều chỉnh các quá trình ta cần thu nhập thông tin, ựo ựạc, theo dõi sự biến thiên trạng thái của quá trình. Các bộ cảm biến thực hiện chức năng này, chúng thu nhận và ựáp ứng với các tắn hiệu và kắch thắch, là Ộtai mắtỢ của hoạt ựộng khoa học và công nghệ của con ngườị
Cảm biến là một thiết bị chịu tác ựộng của ựại lượng cần kiểm tra m không có tắnh chất ựiện và cho ta một ựặc trưng mang bản chất ựiện (ựiện áp, dòng ựiện hoặc trở kháng,Ầ) ký hiệu là s. đặc trưng ựiện s là hàm của ựại lượng cần ựo m.
s = f(m)
Trong ựó s là ựại lượng ựầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là ựại lượng ựầu vào hay kắch thắch (có nguồn gốc là ựại lượng cần ựo). Việc ựo ựạc s cho phép nhận biết giá trị của m.
t 1 t 2 t n t m t1 t2 tn t s ậỰi l−ĩng cẵn ệo (m) ậỰi l−ĩng ệiỷn (s) Cờm biạn
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 28 để dễ sử dụng, thông thường người ta chế tạo cảm biến sao cho có sự liên hệ tuyến tắnh giữa biến thiên ựầu ra ∆s và biến thiên ựầu vào ∆m:
∆s = S.∆m
Trong ựó S là ựộ nhạy của cảm biến.
Vấn ựề quan trọng ở ựây là khi thiết kế và chế tạo và sử dụng cảm biến làm sao cho ựộ nhạy S của chúng không ựổi, nghĩa là S ắt phụ thuộc nhất và các yếu tố sau:
- Giá trị của ựại lượng cần ựo m (ựộ tuyến tắnh) và tần số thay ựổi của nó (dải thông) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thời gian sử dụng (ựộ già hoá).
- ảnh hưởng của các ựại lượng vật lý khác (không phải ựại lượng cần ựo) của môi trường xung quanh.
* Phân loại cảm biến
- Cảm biến mà nó giống như một máy phát, trong ựó s là ựiện tắch, ựiện áp hay dòng ựiện như vậy ta có cảm biến loại tắch cực. Gọi tắt là cảm biến tắch cực.
- Cảm biến mà nó giống như một trở kháng, trong ựó s là ựiện trở, ựiện cảm, hoặc ựiện dung, trường hợp này ta có cảm biến loại thụ ựộng, gọi là cảm biến thụ ựộng.
* độ nhạy
độ nhạy S xung quanh một giá trị không ựổi mi của ựại lượng cần kiểm tra ựược xác ựịnh bởi tỷ số biến thiên ∆s của ựại lượng ở ựầu ra và biến thiên ∆m tương ứng của ựại lượng kiểm tra ở ựầu vào: [3]
i m m m s S = ∆ ∆ =
Thông thường cảm biến ựược sản xuất có những ựộ nhạy S tương ứng với những ựiều kiện làm việc nhất ựịnh của cảm biến. ựiều này cho phép lựa
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 29 chọn ựược cảm biến thắch hợp ựể sao cho mạch kiểm tra thoả mãn các ựiều kiện dặt rạ
đơn vị ựo của ựộ nhạy phụ thuộc vào nguyên lý làm việc của cảm biến và các ựại lượng liên quan, vắ dụ:
- Ω/OC ựối với nhiệt ựiện trở. - ộV/ OC ựối với cặp nhiệt.
đối với các cảm biến khác nhau cùng dựa trên một nguyên lý vật lý, trị số của ựộ nhạy S có thể phụ thuộc vào vật liệu, kắch thước hay kiểu lắp ráp. - độ nhạy của cảm biến cũng là một tiêu chuẩn quan trọng. Nó có tác dụng quyết ựịnh cấu trúc của mạch ựo ựể ựảm bảo cho phép ựo có thể bắt nhạy với những biến ựộng nhỏ của ựại lượng ựọ
* Kắch thước của cảm biến: mong muốn là phải nhỏ có như vậy mới ựưa ựược vào những nơi hẹp, nâng cao ựộ chắnh xác của phép ựọ
b). Cảm biến quang học * Tắnh chất của ánh sáng
Các cảm biến ựược sử dụng ựể chuyển thông tin từ các ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại (IR) hoặc tia tử ngoại (UV) thành tắn hiệu ựiện. [3]
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 30 Hai tắnh chất cơ bản của ánh sáng ựó là tắnh chất sóng và tắnh chất hạt: - Dạng sóng của ánh sáng là sóng ựiện từ phát ra khi có sự chuyển ựiện tử giữa các mức năng lượng của nguyên tử của nguồn sáng. Các sóng này truyền ựi trong chân không với vận tốc c = 299782 km/s. Trong vật chất ánh sáng có vận tốc v = c/n (n là chiết suất của môi trường)
- Tắnh chất hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác của nó với vật chất. ánh sáng bao gồm các hạt photon với năng lượng WΦ phụ thuộc duy nhất vào tần số:
WΦ = h.v trong ựó h là hằng số Planck (h=6,625.10-34 J.s)
Trong vật chất, các ựiện tử e- liên kết trong nguyên tử có xu hướng muốn ựược giải phóng khỏi nguyên tử ựể trở thành ựiện tử tự dọ để giải phóng ựiện tử khỏi nguyên tử cần phải cung cấp cho nó một năng lượng bằng năng lượng liên kết Wl . Khi một photon ựược hấp thụ sẽ có một ựiện tử e- ựược giả phóng nếu WΦ ≥ Wl
Nghĩa là:
h Wl
≥
ν
Bước sóng ngưỡng (Bước sóng lớn nhất) của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng ựiện tử ựược tắnh từ biểu thức:
l s W hc = λ
Tóm lại, loại ựiện tắch ựược giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bản chất vật liệu bị chiếu sáng. Khi chiếu sáng chất ựiện môi và bán dẫn tinh khiết, các ựiện tắch ựược giải phóng là cặp ựiện tử Ờ lỗ trống. đối với trường hợp bán dẫn pha tạp, khi bị chiếu sáng nó sẽ giải phóng ựiện tử hoặc lỗ trống.
Hiện tượng giải phóng hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng bằng hiệu ứng quang ựiện gây lên sự thay ựổi tắnh chất ựiện của vật liệụ đây là nguyên lý cơ bản của các cảm biến quang.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 31
* Cấu tạo cơ bản của cảm biến quang (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Cảm biến quang tắch hợp:
Hình 2.9. Cảm biến quang sử dụng tắnh chất phản xạ
Nguyên lý làm việc:
Ánh sáng ựược phát ra từ Diode phát quang ựến ựập vào bề mặt của vật chắn và phản xạ trở lại và chiếu vào Photodiode hoặc Phototransistor. Nguyên lý ựó ựược mô tả như ở các hình vẽ sau:
a) Bộ phát và thu quang ựặt cùng phương cùng chiều
b) Bộ phát và thu quang ựặt vuông góc với nhau Hình 2.10. Tắnh chất phản xạ của ánh sáng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 32 + Cảm biến quang với bộ phát thu tách rời:
Hình 2.11. Cảm biến quang sử dụng tắnh chất sóng của ánh sáng
Nguyên lý : ánh sáng từ bộ phát quang với tần số và cường ựộ phù hợp với bộ thu quang ựược bộ thu quang chuyển thành tắn hiệu ựiện.
Hình 2.12. Bộ phát thu ựặt ựối xứng
* Lựa chọn cảm biến cho hệ thống phân loại mỳ ăn liền
Trong khâu phân loại sản phẩm thì các bộ cảm biến ựóng một vai trò quan trọng. Chúng cảm nhận và ựáp ứng theo các kắch thắch thường là các ựại lượng không ựiện như: kắch thước, khối lượng, màu sắc, hình dạngẦ, chuyển ựổi các ựại lượng này thành các ựại lượng ựiện và truyền các thông tin về hệ thống ựo lường ựiều khiển, giúp ta nhận dạng ựánh giá và ựiều khiển mọi biến trạng thái của ựối tượng. Có thể nói vai trò của các bộ cảm biến trong khâu phân loại sản phẩm giống như các giác quan ựối với cơ thể sống. Nếu cảm biến tác ựộng sai dẫn ựến phân loại sản phẩm bị saị
+ Cảm biến nhận sản phẩm: Cảm biến này ựược bố trắ ở ựầu băng tải, khi sản phẩm chạy vào băng tải, cảm biến có nhiệm vụ phát hiện và gửi tắn hiệu về bộ ựiều khiển trung tâm.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 33 + Cảm biến xử lý lỗi sản phẩm: Cảm biến này ựược ựặt ở khoảng giữa băng tải, sau các cảm biến kắch thước và màu sắc. Nếu sản phẩm lỗi chạy ựến ựiểm này cơ cấu gạt sẽ hoạt ựộng ựẩy sản phẩm ra ngoàị
Cả hai loại trên ta có thể sử dụng loại Cảm biến quang VE-M18-10A1 hoặc có thể sử dụng cảm biến quang E3F3:
Hình 2.13. Cảm biến quang VE-M18-10A1
Hình: 2.14. Cảm biến quang E3F3
Thông số kỹ thuật: Ớ Dạng hình trụ cỡ M18.
Ớ điều chỉnh ựộ nhạy cho loại phản xạ khuếch tán (-D32, -D12) Đầu ra : NPN hoặc PNP 30VDC, 100mA
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 34 Khoảng cách phát hiện : 10cm (NPN: E3F3-D11; PNP : E3F3-D31), 30cm (NPN: E3F3-D12; PNP: E3F3-D32)
+ Cảm biến kắch thước vắt mỳ: ựể kiểm soát vắt mỳ có lành lặn, ựủ kắch thước như khuôn hay không, ta phải bố trắ 8 cảm biến xung quanh, ở 4 góc và bốn cạnh của sản phẩm:
Hình 2.15. Vị trắ các cảm biến kắch thước và màu sắc
Ở khâu này, do khoảng cách giữa các cảm biến rất ngắn nên yêu cầu kắch thước của cảm biến phải nhỏ. Vì vậy ta có thể lựa chọn loại Cảm biến cáp quang Omron E32
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 35 Ớ E32 là dòng cảm biến cáp quang tiêu chuẩn ựược sử dụng trong hàng
loạt các ứng dụng như là phát hiện sự có mặt cũng như vị trắ của phôị Ớ Dễ dàng lựa chọn mô hình phù hợp với không gian sử dụng từ hàng
loạt các hình dạng và kắch cỡ khác nhaụ
Ớ Flat models giúp tiết kiệm không gian sử dụng và ựơn giản trong việc gá ựặt.
+ Cảm biến màu: loại cảm biến này chỉ cần một cái ựặt ở, giữa khi vắt mỳ chạy qua, cảm biến sẽ so sánh màu của vắt mỳ với màu tiêu chuẩn ựã nhớ. Loại này ta có thể sử dụng cảm biến màu Z3N Ờ TB22, hoặc loại Omron E3ZM-V:
Hình 2.17. Cảm biến màu Z3N Ờ TB22 và Omron E3ZM-V (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ớ Cảm biến bắt màu E3ZM-V với thiết kế nhỏ gọn, kắch thước ựạt chuẩn quốc tế (11 ừ 21 ừ 32 mm), thời gian ựáp ứng nhanh (50ộs), ựo lường chắnh xác các vật thể chuyển ựộng.
Ớ Sử dụng hệ thống ựồng trục quang học làm tăng khả năng phát hiện ổn