Tài liệu Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CÂN VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH Người duyệt: TS. LÊ HOÀI NAM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐỨC ANH KHOA NGUYỄN ĐĂNG BÌNH Số thẻ sinh viên : 101140146 101140131 Lớp: 14CDT1 Đà Nẵng, 6/2019 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động SV thực hiện: Nguyễn Đức Anh Khoa MSSV: 101140146 Lớp: 14CDT1 Nguyễn Đăng Bình MSSV: 101140131 Lớp: 14CDT1 GV hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh GV duyệt: TS Lê Hoài Nam Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau: 1. Nhu cầu thực tế của đề tài: Việt Nam chúng ta là một nước nông nghiệp với rất nhiều sản phẩm nông nghiệp được xuất khẩu ra thế giới với sản lượng hàng đầu thế giới như cà phê, gạo,…và trong các nhà máy sản xuất các mặt hàng nông sản hiện nay thì khâu định lượng vô cùng quan trọng. Khâu định lượng giúp xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm trong sản xuất. Các thiết bị định lượng có mặt trong hầu hết các khâu trong hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn, cân và đóng gói sản phẩm… Nhận thấy rằng với sản lượng nông sản hàng năm lớn như vậy, và nhu cầu một hệ thống có thể đo được khối lượng nông sản và đóng gói sản phẩm là rất lớn, bọn em quyết định chọn đề tài thiết kế “Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động”. Đây là đề tài có tính thực tiễn cao và nếu hoàn thiện sẽ giúp ích rất nhiều cho các doanh nghiệp sản xuất. 2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp: ✓ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động. ✓ Nghiên cứu và ứng dụng lập trình vi điều khiển ứng dụng vào nông nghiệp. ✓ Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí và điện ứng dụng vào việc thiết kế và chế tạo mô hình thực tiễn. ✓ Xây dựng hệ thống có thể cho phép lựa chọn các thông số theo yêu cầu thực tiễn với độ chính xác cho phép. ✓ Ứng dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu bên ngoài vào việc thiết kế và chế tạo hệ thống. ✓ Thiết kế và chế tạo các mạch điều khiển, mạch cách ly ứng dụng vào hệ thống. 3. Nội dung đề tài đã được thực hiện: ✓ Số trang thuyết minh: 70 trang ✓ Số bản vẽ: 5 bản vẽ A0 ✓ Mô hình: 1 SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh i Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động 4. Kết quả đạt được: • Phần lý thuyết ✓ Nghiên cứu, ứng dụng lập trình để xử lý tín hiệu từ loadcell sau khi khuếch đại. ✓ Thiết kế hệ thống bằng phần mềm Solidwork, thiết kế hệ thống điều khiển mạch điện bằng phần mềm Orcad, nghiên cứu và lập trình xử lí hệ thống bằng phần mềm Arduino. ✓ Lý thuyết về các loại cảm biến loadcell và tiểm hiểu về các mạch khuếch đại tín hiệu điều khiển loadcell. ✓ Nghiên cứu, tìm hiểu và điều khiển các cơ cấu xilanh khí nén. • Phần tính toán, thiết kế ✓ Thiết kế và chế tạo phần cơ khí. ✓ Thiết kế và chế tạo các mạch điền khiển ✓ Đã chế tạo thành công mô hình hoạt động tương đối ổn định. ✓ Tính toán và thiết kế hệ thống cảm biến. ✓ Thiết kế hệ thống hiển thị LCD. Đà Nẵng, ngày 1 tháng 6 năm 2019 Sinh viên thực hiện SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh ii Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành 1 Nguyễn Đức Anh Khoa 101140146 14CDT1 CƠ ĐIỆN TỬ 2 Nguyễn Đăng Bình 101140131 14CDT1 CƠ ĐIỆN TỬ 1. Tên đề tài: 2. 3. 4. a. Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tham khảo thực tế Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Phần chung: TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Anh Khoa 2 Nguyễn Đăng Bình b. Phần riêng TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Anh Khoa 2 Nguyễn Đăng Bình SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình Nội dung - Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống. - Nghiên cứu tìm hiểu về cảm biến khối lượng và điều khiển các cơ cấu của hệ thống. -Lựa chọn và sử dụng các cơ cấu, các thiết bị cần thiết cho hệ thống. Nội dung -Nghiên cứu và thiết kế và chế tạo hệ thống cân và cơ cấu kẹp bao. - Thiết kế hệ thống mạch điện điều khiển và cách ly cho hệ thống. - Lập trình, xử lý tín hiệu cảm biến và điều khiển hệ thống. - Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải GVHD: TS. Đặng Phước Vinh iii Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động 5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): a. Phần chung: TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Anh Khoa 2 Nguyễn Đăng Bình Nội dung Bản vẽ tổng thể hệ thống Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 1 A0 1 A0 b. Phần riêng: TT Họ tên sinh viên 1 Nguyễn Đức Anh Khoa Bản vẽ sơ đồ mạch mạch điện Bản vẽ các cụm chi tiết 1 A0 1 A0 2 Nguyễn Đăng Bình Bản vẽ sơ đồ động 1 A0 Nội dung 6. Họ và tên người hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 1/2/2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: 1/6/2019 Đà Nẵng, ngày 1 tháng 6 năm 2019 Trưởng Bộ môn Cơ điện tử Người hướng dẫn TS. Đặng Phước Vinh SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh iv Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Cùng với đó cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 yêu cầu chúng ta phải cập nhật nhiều thay đổi về kỹ thuật công nghệ cũng như về chất lượng. Để đạt được điều đó đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật ngoài trình độ chuyên môn của mình còn phải có một tư duy sáng tạo, đi sâu nghiên cứu để tận dụng hết khả năng, nguồn lực của mình. Qua thời gian học tại khoa Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa– Đại học Đà Nẵng, dưới sự tận tình hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy, cô giáo cũng như sự nỗ lực của bản thân, chúng em đã tích luỹ một số kiến thức như là hành trang để trở thành những kỹ sư tương lai. Vận dụng những kiến thức đã được học và tìm hiểu bên ngoài chúng em đã áp dụng vào đồ án tốt nghiệp của mình. Công việc thực hiện đồ án tốt nghiệp gặp rất nhiều khó khăn, nhiều vấn đề nan giải. Tuy nhiên được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy Đặng Phước Vinh cũng như các thầy cô giáo khác đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này. Nhưng với việc lần đầu làm đồ án cũng như kiến thức còn hạn hẹp và chưa có kinh nghiệm trong tính toán, thi công thực tế nên khó có thể tránh được những sai sót. Chúng em kính mong tiếp tục được sự chỉ bảo của các thầy, cô để em hoàn thiện kiến thức hơn nữa. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Cơ khí – Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt là thầy Đặng Phước Vinh cũng như các bạn cùng gia đình đã giúp đỡ và động viên chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Đà Nẵng, ngày 1 tháng 6 năm 2019 Sinh viên Nguyễn Đức Anh Khoa SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh v Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động CAM ĐOAN Kính gửi khoa Cơ khí - Trường đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Chúng em xin cam đoan đồ án tuân thủ tốt các quy định về liêm chính học thuật: • Không sử dụng các hình thức gian dối trong việc trình bày, thể hiện các hoạt động học thuật hoặc kết quả từ quá trình học thuật của mình; • Không bịa đặt, đưa ra các thông tin sai lệch so với nguồn trích dẫn; • Không ngụy tạo số liệu trong quá trình khảo sát, thí nghiệm, thực hành, thực tập hoặc hoạt động học thuật khác; • Không đạo văn, sử dụng từ ngữ, cách diễn đạt của người khác như thể là của mình, trình bày, sao chép, dịch đoạn, hoặc nêu ý tưởng của người khác mà không có trích dẫn; • Không tự đạo văn, sử dụng lại thông tin nghiên cứu của mình mà không có trích dẫn hoặc phân mảnh thông tin về kết quả nghiên cứu của mình để công bố trên nhiều ấn phẩm. Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Anh Khoa SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh vi Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................... i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... iii LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................................................v CAM ĐOAN ............................................................................................................... vi MỤC LỤC .................................................................................................................. vii DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... ix DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................x MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG .............................................................2 1.1 Đặt vấn đề: ............................................................................................................2 1.2 Giới thiệu tổng quan về đề tài ...............................................................................3 1.2.1 Khái quát về hệ thống cân định lượng: ....................................................3 1.2.2 Một số hệ thống cân định lượng ngoài thực tế: .........................................6 1.2.3 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao trong đề tài: ...................................8 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ ...........................................11 2.1 Thiết kế hệ thống cân : ........................................................................................11 2.2 Thiết kế hệ thống băng tải: ..................................................................................12 2.3 Thiết kế các cơ cấu của hệ thống: .......................................................................16 2.3.1 Thiết kế cơ cấu phễu cân : .......................................................................16 2.3.2 Thiết kế cơ cấu kẹp bao : .........................................................................18 2.4 Lựa chọn một số thiết bị cơ cấu chấp hành trong hệ thống: ...............................19 2.4.1 Xi lanh khí nén: .......................................................................................19 2.4.2 Van điện từ : ............................................................................................20 2.4.3 Động cơ : .................................................................................................21 SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh vii Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động 2.5 Một số hình ảnh hệ thống thực tế: .......................................................................22 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .......................24 3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển ................................................................................24 3.2 Giới thiệu sơ lược các linh kiện trong mạch điều khiển .....................................25 3.2.1 Adruino Uno: ...........................................................................................25 3.2.2 Loadcell: ..................................................................................................28 3.2.3 Module HX711: .......................................................................................31 3.2.4 Màn hình LCD: .......................................................................................32 3.2.5 Module chuyển đổi I2C cho LCD: ..........................................................33 3.2.6 Opto: .......................................................................................................35 3.2.7 Rơle : ......................................................................................................36 3.2.8 Mạch hạ áp LM2596: ..............................................................................37 3.2.10 Các thiết bị và linh kiện điện tử khác ....................................................37 3.3 Giới thiệu hệ thống mạch điều khiển: .................................................................38 3.4 Khối cách ly và điều khiển: .................................................................................39 3.5 Khối hiển thị LCD:..............................................................................................40 3.6 Khối đọc dữ liệu từ loadcell: ...............................................................................40 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .....................................42 4.1 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển .........................................................42 4.2 Ngắt attachInterrupt(): .........................................................................................43 4.3 Chương trình .......................................................................................................44 KẾT LUẬN .................................................................................................................45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... PHỤ LỤC 1 ..................................................................................................................... PHỤ LỤC 2 ..................................................................................................................... SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh viii Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số đai băng tải .........................................................................16 Bảng 2.2 Thông số động cơ gạt nước .................................................................22 Bảng 3.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3 .............................................26 Bảng 3.2 Bảng chức năng các chân của LCD ...................................................32 Bảng 4.1 Các chân ngắt trong các dòng vi điều khiển .......................................43 SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh ix Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh sản xuất lúa gạo ở nước ta .....................................................2 Hình 1.2 Hình ảnh hệ thống cân định lượng trong các nhà máy sản xuất ...........3 Hình 1.3 Hệ thống cân đóng bao thực tế ..............................................................4 Hình 1.4 Hệ thống điều ngoài thực tế ..................................................................5 Hình 1.5 Mô hình cân định lượng 1 phễu cân công ty Tân Phát..........................6 Hình 1.6 Mô hình cân định lượng 2 phễu cân công ty Hữu Quyền. ....................7 Hình 1.7 Mô hình cân định lượng 3 phễu cân công ty Tân Phát..........................7 Hình 1.8 Hệ thống cân băng tải định lượng .........................................................8 Hình 1.9 Các khối cơ bản của hệ thống................................................................9 Hình 1.10 Ý tưởng thiết kế hệ thống ..................................................................10 Hình 2.1 Hệ thống cân và đóng bao tự động ......................................................11 Hình 2.2 Mô hình băng tải .................................................................................12 Hình 2.3 Sơ đồ tính toán để xác định công suất băng tải ...................................12 Hình 2.4 Cấu tạo cơ cấu phễu cân ......................................................................17 Hình 2.5 Cơ cấu kẹp bao ....................................................................................18 Hình 2.6 Xi lanh khí nén ....................................................................................20 Hình 2.7 Cấu tạo của xi lanh ..............................................................................20 Hình 2.8 Hình ảnh van diện từ 5/2 .....................................................................21 Hình 2.9 Sơ đồ cửa của van................................................................................21 Hình 2.10 Động cơ gạt nước ..............................................................................21 Hình 2.11 Cơ cấu xi lanh đóng mở phễu ............................................................22 Hình 2.12 Cơ cấu đóng mở chữ L kết hợp xi lanh .............................................22 Hình 2.13 Hệ thống cân kết hợp với 2 loadcell ..................................................23 Hình 2.14 Cơ cấu đóng mở phễu dưới ...............................................................23 Hình 2.15 Cơ cấu kẹp bao ..................................................................................23 Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển ................................................................24 Hình 3.2 Arduino Uno ........................................................................................25 Hình 3.3 Cấu tạo của loadcell ............................................................................29 Hình 3.4 Cầu điện trở Wheatstone .....................................................................29 Hình 3.5 Loadcell chữ Z .....................................................................................30 Hình 3.6 Loadcell thanh .....................................................................................30 Hình 3.7 Module Hx 711 ....................................................................................31 SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh x Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý module Hx711 ..........................................................31 Hình 3.9 Một số loại LCD thông dụng ...............................................................32 Hình 3.10 Module chuyển đổi I2C cho LCD .....................................................34 Hình 3.11 Cách bố trí LED phát và LED thu bên trong của opto-coupler ........35 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý của Opto. ................................................................35 Hình 3.13 Hình ảnh minh họa một rơle điện .....................................................36 Hình 3.14 Cấu tạo chân Rơ le ............................................................................36 Hình 3.15 Mạch hạ áp LM2596 .........................................................................37 Hình 3.16 Một số thiết bị và linh kiện khác .......................................................37 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển .....................................................38 Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly và điều khiển ....................................39 Hình 3.19 Thiết kế mạch in PCB trên OrCad ....................................................39 Hình 3.20 Mạch cách ly và điều khiển ...............................................................39 Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD ..................................................40 Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý khối đọc dữ liệu loadcell ........................................40 Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển .........................................42 SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh xi Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động MỞ ĐẦU Hiện nay khoa học kĩ thuật đang được phát triển mạnh mẽ, được ứng dụng vào nhiều ngành nghề, lĩnh vực. Việt Nam là một đất nước có nền nông nghiệp phát triển do đó việc áp dụng các loại máy móc, thiết bị tự động hiện đại đang dần được đưa vào thay thế cho việc lao động thuần chân tay trong nông nghiệp đã giúp năng xuất và chấy lượng sản phẩm nâng lên đáng kể. Sau khi đi tham quan một số nhà máy ở địa phương nhóm tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động”. Với ý tưởng giúp các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động có năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng cao, công nhân ngày càng dễ dàng thực hiện những công đoạn sản xuất hơn, các quản lí cũng dễ dàng trong việc kiểm soát và đánh giá sản phẩm. Mục tiêu của đồ án là thiết kế và chế tạo một mô hình cân và đóng bao tự động song song với việc lựa chọn khối lượng theo yêu cầu với độ sai số nằm trong khoảng cho phép. Thuyết minh được cấu trúc như sau: Chương 1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống. Chương 2 Trình bày phần tính toán và thiết kế cơ khí. Chương 3 Tính toán và thiết kế hệ thống điểu khiển. Chương 4 Lập trình thiết kế chương trình điều khiển. Chương 5 Kết luận. SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 1 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Đặt vấn đề: Việt Nam là một đất nước nông nghiệp với hơn 70% dân số làm nông nghiệp, nhưng chỉ đóng góp khoảng 20% GDP của đất nước. Với điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên cho phép nước ta phát triển nền nông nghiệp nhiệt đới. Năng suất một số vật nuôi, cây trồng đạt cao so với các nước trong khu vực và trên thế giới: Lúa đứng đầu ASEAN; cá tra, hồ tiêu đứng đầu thế giới; cà phê, cao su đứng thứ 2 thế giới. Xuất hiện nhiều hơn các mô hình nuôi trồng thủy sản, sản xuất theo chuỗi giá trị về tôm, cá tra, nuôi giống tôm hùm…Do đó việt nam có rất nhiều thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp. Hình 1.1 Hình ảnh sản xuất lúa gạo ở nước ta Tuy nhiên so với các nước phát triển thì mặc dù số lao động nông nghiệp chỉ chiếm khoảng 2-4% dân số nhưng lại đóng góp lên đến 40% GDP do đó vấn đề đặt ra hiện nay chúng ta phải nâng cao năng xuất cùng với việc áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật, sử dụng các loại máy móc hiện đại để nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp cũng như giảm thiểu tối đa sức người giúp đỡ bà con nông dân. Vì vậy nên chúng ta cẩn phải thay đổi ngành nông nghiệp Việt Nam từ sản xuất truyền thống sang nông nghiệp công nghệ cao. Chú trọng việc đổi mới mô hình sản xuất, nâng cao chất lượng hàng hóa. Hiện nay ở các nước trên thế giới, việc tự động hoá trong nông SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 2 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động nghiệp không còn là điều gì mới mẻ, xa lạ nhưng ở nước ta hiện nay, việc áp dụng tự động hóa cho nông nghiệp đang bị bỏ ngỏ, không được chú trọng một cách đúng mức. Sau khi tìm hiểu và tham quan một số nhà máy nhóm tác giả nhận thấy rằng khâu cân định lượng có vai trò rất quan trọng trong các nhà máy xác xuất nông sản, chính vì vậy nhóm tác giả xuất hiện một ý tưởng chế tạo một hệ thống cân định lượng giúp các nhà máy có thể giải quyết khâu định lượng một cách thuận tiện hơn giảm thiểu nhân công cho khâu này và đạt năng suất cao hơn. Góp phần đóng góp nhỏ nhoi cho việc áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật vào nông nghiệp nước nhà. Hình 1.2 Hình ảnh hệ thống cân định lượng trong các nhà máy sản xuất 1.2 Giới thiệu tổng quan về đề tài 1.2.1 Khái quát về hệ thống cân định lượng: Hệ thống cân định lượng là một trong những khâu quan trọng để nhà máy có thể hoạt động liên tục, là một khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy hoặc đóng gói sản phẩm, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt trước đó. Hệ thống cân định lượng phải gồm SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 3 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động quá trình hoạt động hoàn tất của cân định lượng điện tử và hệ thống xử lý dữ liệu có thể hiển thị khối lượng cân mong muốn lên các loại màn hình để dễ dàng điều khiển và giám sát hệ thống. Phương pháp cân định lượng: Hệ thống định lượng với cảm biến tải trọng sẽ được đặt dưới của bồn chứa nguyên liệu. Trước khi nguyên liệu được đưa xuống hệ thống cân thì bộ phận cung cấp nguyên liệu sẽ được đóng lại cùng với bộ phận đưa nguyên liệu ra bao sau quá trình định lương. Tiếp theo hệ thống sẽ nhận các thông số cân từ tủ điều khiển, quá trình này có thể hiển thị lên để người điều khiển dễ dàng thực hiện. Tiếp theo sau khi nhận được yêu cầu từ tủ điều khiển thì bộ phận cung cấp nguyên liệu sẽ bắt đầu cho nguyện liệu đổ xuống hệ thống định lượng, lúc này hệ thống định lượng sẽ thực hiện quá trình định lượng theo yêu cầu. Khi hệ thống cân định lượng đã định lượng đúng khối lượng yêu cầu. Tín hiệu sẽ đưa về hệ thống điều khiển và hệ thống điều khiển sẽ ngừng cung cấp nguyên liệu từ bồn chứa nguyên liệu sau đó số nguyên liệu từ hệ thống cân sẽ được đưa vào băng tải sau đó đưa vào các bao đóng gói hoặc có thể đưa vào bao tải và đưa đến nơi đóng gói nhờ vào băng tải. Hình 1.3 Hệ thống cân đóng bao thực tế SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 4 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động Hệ thống bồn chứa phải được làm ở dưới dạng phễu hoặc các bồn nguyên liệu dạng đứng. Nguyên liệu đưa vào bồn chứa có thể được cho vào ngay từ đầu hay được đưa từ hệ thống băng tải hoặc các hệ thống đưa nguyên liệu vào kho khác. Hệ thống cân sẽ được đặt nằm dưới hệ thống bồn chứa lắp đạt cùng với cảm biến khối lượng đa số là loadcell. Nên sử dụng 2 cảm biến khối lượng trở lên để hệ thống định lượng có thể xác định một cách chính xác hơn. Hệ thống điều khiển sẽ được chia làm hai phần là hệ thống phần cứng bao gồm các xilanh khí nén được dùng để điều khiển van đóng mở, các xi lanh sẽ được điều khiển bằng các loại van điện từ. Các cơ cấu đóng mở kết hợp với xi lanh đa số sẽ được thiết kế riêng tùy theo nhu cầu. Hệ thống điều khiển phần mềm nhận tín hiệu từ cảm biến khối lượng sau đó xử lí tín hiệu bằng PLC hoặc Vi điều khiển, tùy vào người lập trình có thể kết hợp với nút nhấn và hệ thống hiển thị bằng HMI hoặc các loại màn mình LCD... để xử lí điều khiển van điện từ và lập trình theo yêu cầu của hệ thống. Ở hệ thống của mình nhóm tác giả lựa chọn xử lí tín hiệu điều khiển bằng Arduino và hiển thị lên màn hình LCD do một số nguyên nhân khác nhau cũng như do kinh phí còn hạn hẹp. Hình 1.4 Hệ thống điều ngoài thực tế SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 5 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động Ngoài ra việc lựa chọn loại cảm biến và số lượng cảm biến cũng như các nguyên tắc lắp đặt thiết bị phụ thuộc vào đặc điểm và nhu cầu sử dụng của chủ đầu tư. Tuy nhiên hệ thống cân định lượng phải đảm bảo về độ tin cậy hoạt động, cần tuân thủ mọi yêu cầu về chức năng cũng như độ chính xác của cân. 1.2.2 Một số hệ thống cân định lượng ngoài thực tế: Sau đây là một số hệ thống cân định lượng ngoài thực tế: Hình 1.5 Mô hình cân định lượng 1 phễu cân công ty Tân Phát. SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 6 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động Hình 1.6 Mô hình cân định lượng 2 phễu cân công ty Hữu Quyền. Hình 1.7 Mô hình cân định lượng 3 phễu cân công ty Tân Phát. SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 7 Thiết kế và chế tạo hệ thống cân và đóng bao tự động Hình 1.8 Hệ thống cân băng tải định lượng Ngoài ra còn một số hệ thống định lượng tải khác ngoài thực tế, ở trong hệ thống của mình nhóm tác giả lựa chọn hệ thống cân định lượng 1 phễu cân. 1.2.3 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao trong đề tài: Sau khi tìm hiểu một số hệ thống cân đóng bao trên mạng và ngoài thực tế nhóm tác giả thấy rằng hệ thống cân đóng bao sẽ cớ các phần cơ bản gồm hệ thống bồn chứa được đặt ở trên, bên dưới hệ thống bồn chứa sẽ được lắp đặt cảm biến khối lượng cùng với hệ thống cân định lượng, nếu hệ thống thiết kế đưa ra bao rồi được đưa sang băng tải thì sẽ có thêm cơ cấu kẹp bao được đặt phía dưới hệ thống cân, cuối cùng băng tải sẽ được lắp đặt dưới cơ cấu kẹp bao để đưa bao đến vị trí đóng bao và được đưa ra ngoài. Dựa trên những gì đã tìm hiểu bọn em đã thiết kế một hệ thống cân và đóng bao tự động với nguyên liệu là gạo sẽ được giới thiệu ở các phần sau. SVTH: Nguyễn Đức Anh Khoa Nguyễn Đăng Bình GVHD: TS. Đặng Phước Vinh 8