CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Để giải quyết các vấn đề trên, giải pháp tự động hóa cho các khâu sản xuất phải được áp dụng, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm chi phí nhân công. Trong đó, tự động hóa quy trình cấp bao là một giải pháp giúp tăng năng suất và giảm chi phí nhân công. Cùng với vấn đề về nguồn nhân lực và nhu cầu giảm thiểu sức lao động của con người, đề tài sẽ tập trung vào việc phân tích và thiết kế cơ cấu đóng bao tự động áp dụng tại các cơ sở sản xuất nhỏ 1.1 Mục tiêu Với những vấn đề đặt ra như trên, mục tiêu của đề tài sẽ phân tích và thiết kế hệ thống cấp bao tự động tại các cơ sở sản xuất gạo nhỏ.2 Nhiệm vụ Xuất phát từ mục tiêu, các nhiệm vụ cần phải thực hiện của luận văn bao gồm: ❖ Tính toán thiết kế cụm cấp bao: • Tính toán, thiết kế cơ cấu lấy bao từ hộp chứa. • Tính toán, thiết kế cơ cấu mở miệng bao.
• Tính toán, thiết kế cơ cấu cấp bao. • Thiết kế hệ thống khí nén, lựa chọn xi lanh theo hành trình tính toán, lựa chọn van điều khiển xilanh cho cụm cấp bao. • Mô phỏng hệ thống cấp bao ❖ Thiết kế hệ thống điều khiển: • Lựa chọn các thiết bị tác động và đưa ra tín hiệu • Tính toán số lượng I/O và lựa chọn loại PLC • Thiết lập sơ đồ đấu dây cho các thiết bị điện vào PLC • Xây dựng sơ đồ giải thuật • Viết chương trình điều khiển cho hệ thống 1.3 Phạm vi đề tài Áp dụng cho các cơ sở nhỏ lẻ, khối lượng bao gạo từ 10𝑘𝑔 Sử dụng loại bao dệt PP đựng gạo với kích thước 350 × 500 (𝑚𝑚) 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đầu vào của hệ thống bao gồm tối đa 50 bao được xếp trong một hộp chứa. 13 Bao gạo 10kg 350 mm 500 mm Hình 1.
14 Kích thước bao gạo 10kg 1.3 Tổng kết chương 1 Việt Nam là nước có nền nông nghiệp phát triển mạnh, đặc biệt là sản xuất lúa gạo. Do đó, việc sản xuất việc sản xuất và đóng gói lúa gạo đòi hỏi một lượng lớn người lao động chân tay. Với nhu cầu giảm thiểu sức lao động, đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống cấp bao tự động cho các cơ sở nhỏ” sẽ giúp giải quyết vấn đề sức lao động trong dây chuyền đóng gói bao gạo tại các cơ sở nhỏ. Đồ án tập trung vào việc phân tích và thiết kế cơ cấu cấp bao tự động, giúp tăng năng suất và giảm chi phí nhân công tại các cơ sở nhỏ.
13 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Lựa chọn phương án cho hệ thống cấp bao tự động: 2.1 Lựa chọn thiết kế cơ khí: Hệ thống cấp bao bao gồm các cụm: cụm mở miệng bao và cụm cấp bao đến cơ cấu định lượng. Cụm mở miệng bao: ❖ Cơ cấu lấy bao: Hiện nay trong công nghiệp, bao đựng gạo được làm với nhiều loại vật liệu như: nhựa, cói, đan, giấy,… Việc lựa chọn vật liệu làm bao bì đựng gạo dựa trên tiêu chí truyền tải thông tin, đặc sắc, thu hút để khẳng định thương hiệu, thì vật liệu dùng làm bao bì đựng gạo còn phụ thuộc vào cơ cấu cấp bao được dùng trong dây chuyền sản xuất, ví dụ: dùng giác hút chân không, cơ cấu kẹp lấy bao, dùng sức người,… Với dây chuyền sản xuất tự động như hiện nay, số lượng bao gạo sử dụng vật liệu làm từ nhựa rất phổ biến, và đặc biệt phù hợp với cơ cấu lấy bao sử dụng giác hút chân không và phù hợp với yêu cầu của nhóm đặt ra. Giác hút chân không được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: để giúp giữ và di chuyển các sản phẩm trong quá trình đóng gói các sản phẩm, trong quá trình sản xuất chế tạo, lắp ráp các thiết bị, linh kiện điện tử cỡ nhỏ trong các ngành công nghiệp tự động hoá, trong quá trình sản xuất các hợp kim, kim loại, các tấm kim loại dùng cố định để cắt, uốn và tạo hình các hợp kim, cho các hệ thống dân sinh các lĩnh vực sản xuất thực phẩm, dược phẩm,… đặc biệt phù hợp với cơ cấu lấy bao sử dụng giác hút chân không và phù hợp với yêu cầu đặt ra. 14 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.
1 Giác hút chân không Một hệ thống khi sử dụng giác hút chân không sẽ có các ưu điểm sau: • Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ dàng thiết kế và ứng dụng. • Ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, gía thành rẻ, thay thế sức người, giảm chi phí nhân công. • Đa dạng kiểu loại, kích cỡ, thiết kế đơn giản dễ lắp đặt và sử dụng, độ bền cao phù hợp với nhiều hệ thống,… ❖ Cơ cấu mở miệng bao: Sử dụng hai cặp giác hút chân không, cùng với một xilanh khí nén được cố định trên một thanh nhôm. Khi hoạt động, xilanh duỗi ra sao cho giác hút chân không có thể chạm đến bao, hai nửa miệng bao lần lượt được giữ nhờ hai giác hút phía trên và dưới.
Sau đó xilanh co lại làm miệng bao được mở ra. 2 Xilanh khí nén trong công nghiệp 15 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b. Cụm cấp bao đến cơ cấu định lượng: ❖ Cơ cấu kẹp giữ bao: Sử dụng hai tay kẹp có thể mở ra và đóng lại đồng thời nhờ một xilanh khí nén. Cuối mỗi tay kẹp sử dụng một má kẹp có nhiệm vụ giữ miệng bao khi tay kẹp mở ra.
3 Tay kẹp miệng bao ❖ Cơ cấu cấp bao cơ cấu định lượng: Sử dụng xilanh khí nén điều khiển tay kẹp đưa bao từ vị trí cụm mở miệng bao đến miệng thùng. Lúc xilanh co tối đa, tay kẹo sẽ nằm vuông góc với mặt sàn. Ở trạng thái này bao đang ở vị trí ban đầu và được giữ bởi tay kẹp. Khi xilanh duỗi ra tối đa, tay kẹp nằm song song với sàn, bao được di chuyển đến miệng cơ cấu định lượng.
Thùng chứa Tay kẹp Xylanh Hình 2. 4 Cơ cấu cấp bao đến cơ cấu định lượng 16 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2 Lựa chọn thiết kế điện – điện tử: a. Hệ thống khí nén: Hệ thống khí nén sử dụng van điều khiển là van điện từ, có thể dễ dàng điều khiển bằng PLC. ➢ Ưu điểm của van điện từ: • Thời gian đáp ứng nhanh, kích thước nhỏ gọn.
• Dễ lắp đặt, vận hành và sửa chữa. • Chi phí thấp, phù hợp với các hệ thống ➢ Kết luận: van điện từ phù hợp với các yêu cầu của đề tài Bao được hút lên nhờ vào lực hút chân không, để có thể tạo ra lực hút chân không với một máy bơm nén khí cần có các giác hút chân không và van chuyển đổi khí từ lực đẩy thành hút. Vì vậy cần sử dụng các van hút chân không để phục vụ cho nhiệm vụ này. Vị trí của xilanh được xác định nhờ cảm biến từ.
Cảm biến từ được chọn do chính hãng Festo cung cấp. Cảm biến: Để có thể nhận biết vẫn còn bao trong hộp chứa, cảm biến tiệm cận được sử dụng để cảnh báo khi đã hết bao để người sử dụng có thể dừng hệ thống và thêm bao mới vào. 5 Cảm biến tiệm cận 17 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngoài ra, cảm biến tiệm cận còn được bố trí trên máng để phát hiện khi bao có trên máng và tiến hành mở miệng bao.3 Lựa chọn thiết kế điều khiển: a. Bộ điều khiển PLC: ➢ Ưu điểm: • Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
• Dễ dàng lập trình, có các module chức năng giúp mở rộng input và output. • Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao. • Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng, thay thế và bảo trì đơn giản. • Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển.
• Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0 ➢ Nhược điểm: • Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường. • Chi phí phần mềm lập trình. • Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC. 18 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.
6 Bộ điều khiển PLC b. Vi điều khiển: ➢ Ưu điểm: • Vi điều khiển hoạt động như một máy vi tính không có bất kỳ bộ phận kỹ thuật số nào. • Tích hợp cao hơn bên trong vi điều khiển làm giảm chi phí và kích thước của hệ thống. • Việc sử dụng vi điều khiển rất đơn giản, dễ khắc phục sự cố và bảo trì hệ thống.
• Hầu hết các chân được lập trình bởi người dùng để thực hiện các chức năng khác nhau. • Dễ dàng kết nối thêm các cổng RAM, ROM, I/O. • Cần ít thời gian để thực hiện các hoạt động. • Kích thước nhỏ gọn, tiện lợi, giá thành thấp.
➢ Nhược điểm: • Chỉ thực hiện đồng thời một số lệnh thực thi giới hạn, khả năng chống nhiễu kém. 19 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị vi mô. • Không thể trực tiếp giao tiếp các thiết bị công suất cao. 7 Vi điều khiển Kết luận: Với quy mô và ứng dụng của đề tài , phương án điều khiển được lựa chọn là bộ điều khiển PLC, vì • Có khả năng hoạt động ổn định, có thể mở rộng module và lập trình với ngôn ngữ đơn giản, do đó dễ dàng thay thế và cải tiến • PLC được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong công nghiệp, phục vụ trong các tủ điểu khiển trong các dây chuyền sản xuất tự động.
Và vì vậy nên PLC có nhiều đặc điểm thiết kế để hạn chế nhiễu để có thể hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp như nhà xưởng, công ty,… 2.2 Tổng kết chương 2: Sau khi đưa ra các phương án, đánh giá ưu và nhược điểm của phương án, đồng thời đánh giá mức độ phù hợp của phương án đối với đề tài, các phương án lựa chọn được thể hiện trong bảng 2.