Đặt vấn đề Trong nhiều lĩnh vực đời sống từ trước đến nay, con người luôn tạo ra những điều mới mẽ tân tiến hơn để phục vụ mục đích sống của chúng ta. Mọi sự phát minh hay một kỹ thuật mới ra đời đối với ngành kỹ thuật nói riêng và tất cả các lĩnh vực nói chung, đều có mục đích mang lại sự thoải mãn về mong muốn cung cầu của con người. Sự tiến bộ khoa học- kỹ thuật ở các ngành công nghiệp đã mang lại điều đó, các ngành công nghệ mới ra đời giúp đơn giản hóa quá trình lao động sản xuất, máy móc hiện đại dần thay thế con người chúng ta. Hàng loạt các sản phẩm tự động hóa tiên tiến được phát minh và bán rộng rãi trên thị trường như: máy bán nước tự động do Nhật sản xuất, máy giặt đa năng, máy rửa chén tự động, thiết bị giám sát nhà cửa qua Internet, wifi … Đối với sinh viên tự động hóa chúng tôi thì việc nghiên cứu và ứng dụng ngành học vào trong việc chế tạo để ứng dụng vào đời sống và sản xuất là điều cần phải làm.
Vì thế, trải qua 4 năm học tập tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật và trong dịp làm đồ án tốt nghiệp, tôi quyết định chọn một đề tài mang tính ứng dụng tự động nhằm khái quát lại kiến thức đã học vào thực tế. Một phần là do yêu thích các lại máy bán nước tự động, phần còn lại là sự tìm hiểu về cách thức hoạt động của các lại máy tự động đã lâu. Và hơn nữa, tôi nhận thấy mọi người điều hài lòng với kết quả nó đem lại, thế nên tôi quyết định bắt tay vào thực hiện đề tài đồ án: “Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động”. Đồ án Máy pha cà phê tự động được thực hiện nhằm khai thác yếu tố tự động trong việc điều khiển thiết bị, vốn thường được thực hiện bằng tay.
Đồ án này giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về ứng dụng PLC, xử lý truyền thông, kết nối giám sát thiết bị hoạt động. Qua quá trình tìm hiểu và được sự chấp thuận của giảng viên học phần đồ án, tôi rất mong muốn thực hiện được đề tài và mang lại sự hài lòng cho mọi người khi sản phẩm hoàn thành.2 Tổng quan về máy pha cà phê và các loại máy pha chế thức uống tự động Hiện nay có nhiều loại máy pha chế thức uống tự động như: máy pha cà phê từ hạt cà phê nguyên chất, máy pha chế rượu ở quán bar, máy pha nước ép tự động, máy pha chế đồ uống nhanh tại siêu thị.Mặc dù có nhiều loại máy pha chế khác nhau, mẫu mã khác nhau nhưng nhìn chung thì chúng có cùng cách thức hoạt động đó là sử dụng các thiết bị có khả năng tự động để cho ra sản phẩm đủ lượng và đồng bộ. Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Công Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Quận 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động Đối với máy pha cà phê nói riêng và các loại máy pha chế thức uống tự động nói chung thì chúng vẫn phải đảm bảo các khâu mặc dù có thiết kế khác nhau. Cơ bản có các khâu sau: Khâu nạp liệu, tức các loại cà phê, thức uống khác nhau.
Khâu pha chế, tức phụ gia, liều lượng nước hoặc liều lượng pha tỉ lệ thích hợp. Khâu khấy hoặc tác động vật lý giúp hòa tan, trộn đều liệu được pha trước đó. Đại diện 1 số máy pha chế hiện nay: Hình 1-1 Máy pha cocktail Somebar Đây là Máy pha cocktail: Somebar Somebar là 1 bartender “xịn” để hỗ trợ trong việc pha chế. Với 6 vị trí để các loại rượu và hương liệu khác nhau, hệ thống được điều khiển qua app smartphone sẽ mang đến cho bạn một ly cocktail chuẩn vị nhất.
Sản phẩm nhỏ gọn, tiện lợi nhưng giá thành cao khoảng 400$. Máy làm đồ uống có ga: Sodastream Mix Với màn hình cảm ứng đẹp mắt, chiếc máy này sẽ giúp bạn lập trình lượng ga vừa đủ cho bất kỳ món đồ uống nào. Hãy đặt một chai vang trắng vào để lấy ra một ly sâm- panh tạm thời, hoặc mua về một cốc Martini để có một ly rượu sủi khí ngon lành. Chiếc Sodastream Mix cho phép bạn lựa chọn nhiều chế độ pha khác nhau.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Công Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Quận 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động Hình 1-2 Máy làm đồ uống có ga Sodastream Mix Đặc điểm chung của chúng là sự nhỏ gọn, thiết kế bắt mắt, nhìn sang trọng hơn. Vì là sản phẩm công nghiệp nên ngoài công dụng ra còn phải kể đến hình dáng cấu tạo bên ngoài phải thật thu hút người dùng. Một sản phẩm được làm ra không những đáp ứng nhu cầu người dùng mà nó còn mang lại giá trị kinh tế lâu dài.3 Khảo sát, đánh giá một máy pha cà phê tự động đã có hiện nay Để nghiên cứu đánh giá và chế tạo thành công một mô hình máy pha chế đẹp bắt mắt công dụng đạt chuẩn như trên thì rất khó đối với sinh viên làm đồ án tốt nghiệp. Cho nên, mình đã có nghiên cứu các sản phẩm máy pha chế khác phù hợp với đối tượng sinh viên đó là máy pha cà phê tự động sử dụng PLC s7-200.
Hình 1-3 Máy pha cà phê tự động sử dụng PLC s7-200 Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Công Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Quận 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động Qua khảo sát trên mạng thông qua YouTube mình đã tìm thấy sản phẩm máy pha cà phê này. Mặc dù sản phẩm có phần cơ khí thô sơ, không được bắt mắt, chắc chắn không thể bằng được các loại máy đại diện trên. Nhưng theo mình, đây có thể là một máy pha cà phê phù hợp để nghiên cứu khảo sát, phát triển với quy trình đồ án sinh viên. Bởi vì: Thứ nhất: Sản phẩm tương đối đơn giản, cũng dễ nhìn.
Thứ hai: Nó ứng dụng được bộ điều khiển vào mô hình phù hợp với kiến thức nghiên cứu. Thứ ba: Kết quả nó mang lại cũng tương đối hài lòng với người dùng, nhanh, gọn và dễ sử dụng. Qua khảo sát cho thấy, mô hình máy pha cà phê tự động này có sử dụng PLC s7- 200, sử dụng các relay điều khiển đóng mở các van khí nén và sử dụng các cảm biến hồng ngoại để nhận diện ly khi ly đi qua. - Mô hình chạy tương đối ổn định, ly dừng đúng vị trí cài đặt.
Cảm biến ít bị nhiễu mặc dù đặt chúng ở khá gần nhau. - Sử dụng băng tải làm trung tâm của mô hình, cũng khá dễ hiểu nguyên lý hoạt động của mô hình. Chỉ cần đặt ly ở đầu băng tải và thực hiện thao tác chọn mong muốn thông qua nút ấn phía trước. Đánh giá: Sau khi nghiên cứu và tìm hiểu về mô hình máy pha cà phê tự động này mình đánh giá nó phù hợp để sinh viên nghiên cứu và phát triển ý tưởng đồ án tốt nghiệp, đáp ứng đầy đủ các khâu và ứng dụng được PLC vào mô hình.
Có khả năng đáp ứng được yêu cầu của một đề tài đồ án tốt nghiệp. Phương án: Ở đây mình sẽ lựa chọn một số phương án để có thể nghiên cứu thành công máy pha cà phê tự động. Mặc dù có rất nhiều phương án để làm cho một máy pha cà phê được hoạt động, thế nhưng không phải phương án nào đưa ra cũng tối ưu. Một số phương án sẽ có ưu nhược điểm riêng của nó nhưng ở đây mình sẽ cố gắng đưa ra một phương pháp nào đó có thể liên kết các phương án lại với nhau, đồng thời phát triển nó theo hướng tích cực với yêu cầu được đặt ra của đồ án.
Một số phương án đề cập: Thứ nhất: Sử dụng vi điều khiển, Arduino. Ưu điểm: Nhỏ gọn, kết nối dùng điện áp thấp an toàn. Nhược điểm: Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Công Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Quận 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động Hạn chế input, output trong quá trình kết nối Linh kiện điện tử đòi hỏi môi trương làm việc ổn định nhiệt độ nếu không sẽ dẫn đến ngắn mạch cháy linh kiện. Điện áp ở các chân phải ổn định Thứ hai: Dùng PLC, mạch relay Việc dùng PLC sẽ có nhiều ưu điểm như linh hoạt đầu vào đầu ra, có vỏ bảo vệ an toàn hơn.
Nếu là ngõ ra relay thì có thể linh hoạt nhiều điện áp cho thiết bị hoạt động cảu mô hình hơn. Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Công Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Quận 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC Năm 1968, công ty General của Mỹ cho ra đời thiết bị điều khiển có thể lập trình được. Tuy nhiên hệ thống còn khá cồng kềnh và đơn giản, người dùng gặp nhiều khó khăn và không đáp ứng đủ yêu cầu sử dụng. Hiện nay có nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất khác nhau như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Schneider, Hitachi, … trong một hãng lại có nhiều mã khác nhau.
Ngoài ra các hãng còn sản xuất các thiết bị liên quan mở rộng phục vụ cho quá trình tự động hoá như các module, cảm biến… 2.1 Một số PLC phổ biến thường gặp Siemens: Có các nhóm sau Hình 2-1 PLC S7-224 CPU S7 200: - CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216. - CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM CPU S7 300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314; 314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP. CPU S7 1200: CPU 121xC: 1211C; 1212C; 1214C. Mitsubishi: Họ FX Omron: Họ CMQ Controtechnique: Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP; TWD LCAA 24DRP.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Công Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Quận 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy pha cà phê tự động ABB: Ba nhóm AC 100M AC 400M AC 800M, là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ dự phòng nóng xảy ra.2 Tổng quan về PLC S7-1200 Hình 2-2 PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY - S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và có nhiều tập lệnh mạnh làm cho bạn có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng của mình với S7-1200.