ĐỒ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử đề tài NGHIÊN cứu, THIẾT kế và mô PHỎNG máy ĐÓNG gói hạt GIỐNG tự ĐỘNG

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Giới thiệu vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu, thiết kế mô phỏng máy đóng gói hạt giống tự động.

Định nghĩa máy đóng gói tự động

Máy đóng gói hạt giống là thiết bị tự động chuyên dụng cho việc đóng gói sản phẩm dạng hạt, giúp tiết kiệm sức lao động và tăng hiệu quả sản xuất Thiết bị này không chỉ đảm bảo quy trình đóng gói diễn ra nhanh chóng mà còn bảo quản sản phẩm một cách cẩn thận, từ đó giảm thiểu tỷ lệ hao hụt đến mức tối đa.

Máy đóng bao bì là thiết bị thiết yếu giúp doanh nghiệp duy trì hoạt động liên tục trong quá trình sản xuất và thay thế công việc của con người Mọi doanh nghiệp đều nên trang bị máy này vì những lợi ích mà nó mang lại.

Có thể thay thế con người

Loại máy này đóng vai trò quan trọng trong việc thay thế sức lao động của con người, giúp hoàn thành nhanh chóng và chính xác các công đoạn đóng bao, đóng gói mà con người không thể thực hiện Nhờ vào sự hỗ trợ của máy móc, năng suất hoạt động hàng ngày được đảm bảo và nâng cao hiệu quả công việc.

Với sức lao động của con người chỉ có thể làm việc từ 8-12 tiếng mỗi ngày, trong khi máy móc có khả năng hoạt động liên tục, điều này giúp đảm bảo năng suất sản xuất cao hơn.

Với cơ chế hoạt động liên tục như vậy, máy có thể đóng gói 25 túi/1 phút, đạt gấp

Các máy móc hiện đại có khả năng tăng năng suất gấp 2 hoặc 3 lần so với phương pháp thủ công Hơn nữa, hầu hết các máy đều được trang bị cân định lượng, giúp xác định khối lượng nguyên liệu một cách chính xác nhất.

Khi hoàn thành nhiệm vụ đóng gói, hệ thống sẽ tự động chuyển hàng vị trí này sang vị trí khác rất nhanh chóng và tiết kiệm thời gian.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ứng dụng nhiều loại sản phẩm

Máy đóng gói có khả năng linh hoạt, phù hợp với nhiều loại sản phẩm nhờ cấu trúc đơn giản và trang bị công nghệ hiện đại Chính vì vậy, máy được sử dụng phổ biến trong các quy trình đóng gói vật liệu dạng hạt, chẳng hạn như hạt điều, hạt cà phê và hạt đỗ đen.

Bảo quản tốt các sản phẩm hàng hóa

Một lợi ích quan trọng của máy đóng bao dạng hạt là khả năng bảo quản sản phẩm hiệu quả Việc đóng gói chắc chắn và bền bỉ giúp sản phẩm không bị hư hỏng trong thời gian dài, đồng thời giảm thiểu tác động từ môi trường.

Thuận lợi cho quá trình vận chuyển

Trong quy trình sản xuất, vận chuyển sản phẩm là một yếu tố không thể thiếu Để đảm bảo hàng hóa được phân phối rộng rãi, việc đóng gói sản phẩm đóng vai trò quan trọng, giúp việc vận chuyển diễn ra thuận lợi và giảm thiểu rủi ro.

Định nghĩa PLC

PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị cho phép lập trình các thuật toán điều khiển logic, nhận tác động từ các sự kiện bên ngoài qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động qua ngõ ra (output) Thiết bị này hoạt động bằng cách quét các trạng thái đầu vào và đầu ra, và khi có sự thay đổi từ ngõ vào, ngõ ra sẽ thay đổi tương ứng dựa trên logic của chương trình.

Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay bao gồm Ladder và Step Ladder, nhưng mỗi nhà sản xuất thường có ngôn ngữ lập trình riêng biệt Một số hãng sản xuất PLC nổi tiếng hiện nay là Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT và Delta.

Nguyên lý hoạt động của PLC là nhận thông tin từ các cảm biến hoặc thiết bị đầu vào, sau đó xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra dựa trên các tham số đã được lập trình sẵn.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

PLC có khả năng giám sát và ghi lại dữ liệu thời gian thực như năng suất máy và nhiệt độ trong quá trình vận hành Nó tự động khởi động và dừng quy trình, đồng thời tạo cảnh báo khi máy gặp sự cố Bộ điều khiển logic khả trình là một giải pháp điều khiển linh hoạt và mạnh mẽ, thích ứng với hầu hết mọi ứng dụng.

Phần mềm TIA Portal

TIA Portal, viết tắt của Totally Integrated Automation Portal, là phần mềm tích hợp cho quản lý tự động hóa và vận hành điện trong hệ thống Phần mềm này nổi bật với việc cung cấp một môi trường chung, cho phép thực hiện các tác vụ và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả.

TIA Portal, được Siemens phát triển vào năm 1996, cho phép người dùng nhanh chóng phát triển và viết phần mềm quản lý trên một nền tảng thống nhất Giải pháp này giúp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng lẻ, tạo ra hệ thống đồng bộ và hiệu quả hơn.

TIA Portal là phần mềm tích hợp tự động toàn diện, đóng vai trò cơ sở cho các phần mềm khác trong việc lập trình và cấu hình thiết bị Đặc điểm nổi bật của TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, từ đó tạo ra tính thống nhất và toàn vẹn cho hệ thống quản lý và vận hành.

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:

Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng.

Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.

Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.

Tích hợp mô phỏng hệ thống.

Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.

Giới thiệu các nghiên cứu trong nước

Hiện nay có nhiều loại máy đóng gói khác nhau, để phân loại chúng người ta có thể phân theo:

Phân loại theo nguyên liệu đóng gói: đóng gói chất lỏng, đóng gói các sản phẩm dạng bột, dạng hạt,

Phân theo hình dạng túi bao gói: dạng túi vuông, dạng túi trụ tròn, dạng gối gói,

Phân theo ngành sản xuất: máy bao gói cho ngành thực phẩm, y dược, máy đóng gói cho ngành hóa chất,

Tuy nhiên thông thường người ta chia máy đóng gói thành hai dạng:

Máy đóng gói kiểu đứng là thiết bị có khả năng tạo hình túi đóng gói từ trên xuống dưới, với nguyên vật liệu được đưa vào túi từ phía trên.

Hình 2-1 Máy đón gói bột ngũ cốc khô dạng đứng Ưu điểm

Kết cấu máy đơn giản.

Kích thước máy nhỏ gọn.

Cơ cấu cấp liệu đơn giản.

Phù hợp với các nguyên liệu dạng dung dịch, bột mịn.

Giá thành chế tạo máy rẻ.

Năng suất máy thấp ( < 60 túi/phút).

Vị trí cơ cấu cấp liệu cao do chiều cao máy.

Máy đóng gói kiểu nằm tạo ra túi bao gói với hình dạng từ trái sang phải, đồng thời nguyên vật liệu cũng được đưa vào túi theo chiều tương tự.

Hình 2-2 Máy đóng gói đa năng dạng nằm Ưu điểm:

Năng suất máy cao (có thể đạt 200 túi/phút)

Vị trí cơ cấu cấp liệu thấp.

Kết cấu máy phức hợp hơn kiểu đứng

Kích thước máy lớn hơn kiểu đứng

Cơ cấu cấp liệu phức tạp hơn.

Phù hợp với các nguyên liệu dạng đã được định hình trước.

Giá thành chế tạo máy đắt hơn.

Đưa ra vấn đề cho nghiên cứu của tác giả

Công nghệ bao gói và thiết bị đóng gói sản phẩm đã tồn tại từ lâu trên toàn cầu, với sự tương đồng giữa các quốc gia Mặc dù công nghệ có nhiều điểm chung, chất lượng sản phẩm và máy móc bao gói trong nước thường thấp hơn so với các nước châu Âu, Mỹ và một số quốc gia châu Á, mặc dù phần cơ khí không có nhiều khác biệt Sự khác biệt chủ yếu nằm ở chất lượng và hiệu suất của thiết bị.

Cấp phôi bao bì: Chủ yếu là cấp bao bì từ cuộn phôi, sau đó cho chạy qua hệ thống hàn miệng bao để hàn 3 mép bao còn lại.

Các máy đóng gói nội địa chỉ có khả năng đóng gói sản phẩm có chiều cao tối đa 85mm và không thể xử lý túi có gấp hông.

Phần điều khiển: Hầu hết các máy đóng gói trong nước chỉ được điều khiển ở mức thấp.

Máy đóng gói thường chỉ có khả năng đóng gói một lượng nguyên liệu cố định, do thiết kế cơ khí phần đong nguyên liệu Điều này dẫn đến việc không thể đạt được khối lượng yêu cầu một cách chính xác và cũng không cho phép điều chỉnh khối lượng theo nhu cầu của người dùng.

Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng các nghiên cứu trong nước hiện nay đang chú trọng đến việc nâng cấp công nghệ đóng gói Tuy nhiên, vẫn cần cải thiện chất lượng sản phẩm đóng gói, tối ưu hóa hiệu quả quá trình đóng gói, mở rộng kích thước và hình dạng túi bao gói, cũng như phát triển bao bì chế tạo sẵn Việc sử dụng Loadcell cũng được đề xuất để tăng cường độ chính xác về khối lượng sản phẩm.

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat@gmail.com, nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng giải pháp tự động hóa hiện đại có thể cải thiện đáng kể khối lượng sản phẩm Tuy nhiên, lĩnh vực này ở trong nước vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức.

Nhóm chọn đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng máy đóng gói hạt giống” dựa trên các tiêu chí sau để thực hiện:

Máy đóng gói sử dụng Loadcell để cân đo khối lượng sản phẩm, đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu Thiết bị này cho phép điều chỉnh khối lượng của từng sản phẩm một cách linh hoạt.

Máy đóng gói với cơ cấu cấp bao bì được gia công sẵn nhằm đáp ứng các nhu cầu khác nhau của người sảu dụng.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Giới thiệu tổng quan về hệ thống

1 Thùng đựng hạt giống 9 Pitong định hình và ép nhiệt

2 Chốt điện mở van thùng hạt giống 10 Pitong mở miệng bao

3 Pitong nâng/ hạ phễu đong 11 Thùng bao bì

4 Cảm biến Loadcell 12 Thanh nhiệt ép hàn miệng bao

5 Chốt điện mở van phễu cân 13 Động cơ cấp bao bì

7 Phễu đong 18 Máng rơi sản phẩm

Lựa chọn phương án truyền động

Công đoạn cấp bao bì: Động cơ (13) sẽ lấy bao bì từ thùng bao bì (11), quay 270 độ để đứa bao bì vào vùng cấp giống.

Công đoạn cấp hạt giống: Các chốt điện sẽ mở ra, đóng lại theo tín hiệu từ PLC.

Trong công đoạn định hình và ép nhiệt, pitong sẽ thực hiện quá trình định hình và ép nhiệt, trong đó thanh định hình bao bì phía dưới sẽ được đưa vào trước do được bố trí ưu tiên Sau đó, thanh nhiệt ép hàn miệng bao sẽ được đưa vào nhờ cơ cấu lò xo liên kết với thanh định hình phía dưới.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ khối, sơ đồ mạch điện

Hình 4-3 Sơ đồ khối hệ thống

Các thành phần của hệ thống điều khiển

4.2.1 Tổng quan về PLC S1200 1214C AC/DC/RLY:

Hình 4-4 PLC S1200 1214C AC/DC/RLY

Số đầu vào PLC IO: 14 DI

Số đầu ra PLC QO: 10 DO

Số đầu vào Analog: 2 AI (0-10V)

4.2.2 Tổng quan về module mở rộng SIMATIC S7-1200 SM 1223:

Hình 4-5 Module mở rộng SIMATIC S7-1200 SM 1223

Số đầu vào PLC IO: 8 DI

Số đầu ra PLC QO: 8 DO

4.2.3 Tổng quan tín hiệu đầu vào PLC:

2 Cảm biến quang (đếm số lượng sản phẩm, phát hiện bao bì trong máng) 1

Cảm biến quang thu phát độc lập (phát hiện hạt giống trong máng)

1 Cảm biến loadcell (định lượng hạt giống vào bao)

1 cảm biến nhiệt độ ( đo nhiệt độ thanh nhiệt ép miệng bao)

8 cảm biến vị trí pitong

2 cảm biến limit switch ( đóng ngắt hành trình động cơ giảm tốc)

1 switch lấy tín hiệu on/off áp suất

Các nút nhấn: RUN/STOP/RESET, switch: AUTO/MANUAL: hiện thị trên HMI+ hiện trường

Hình 4-6 Cảm biến quang E3F-DS10C4 Điện Áp: 6 – 36V DC

Khoảng Cách: 3 – 10cm Đầu ra NPN– Kết Nối

Dây Màu Nâu: 6 -36V (Khuyến cáo dùng 6 -24V DC)

Dây Màu Xanh Dương : GND

Dây Màu Đen: Tín hiệu NPN thường mở

 Cảm biến quang thu phát độc lập:

Hình 4-7 Cảm biến quang thu phát độc lập Omron E3Z E3Z-D61 Điện áp: 6-36V DC

Phát hiện khoảng cách: 5-100mm Đầu ra NPN– Kết Nối

 Cảm biến Loadcell + module chuyển đổi tín hiệu KM02A:

Hình 4-8 Cảm biến Loadcell 1kg YZC – 133

Tải trọng: 1Kg Điện áp hoạt động: 5V

Dây xanh lá (ngõ ra +)

Hình 4-9 Module chuyển đổi tín hiệu KM02A

Tín hiệu đầu ra bao gồm :VOUT IOUT GND GND 24V để kết nối trực tiếp với PLC (4-20mA, 0-5V, 0-10V).

 Cảm biến nhiệt độ + Bộ chuyển đổ tín hiệu SENECA k109pt:

Hình 4-10 Cảm biến nhiệt độ Pt100, Bộ chuyển đổ tín hiệu SENECA k109pt

Nguồn cấp : nguồn cấp độc lập 19.2 … 30Vdc / 50-60Hz.

Công suất tiêu thụ : 500mW. Điện áp analog : 0-10V , 10-0V , 0-5V ,1-5V

Dòng điện Analog : 0-20mA hoặc 4-20mA dạng Active hoặc Passive

 Cảm biến vị trí pitong:

Hình 4-11 Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-U

Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-U chuyên dùng cho các loại xi lanh khí nén Điện áp sử dụng: 5 ~ 240V AC/DC

Là loại sensor thường mở (NO)

Hình 4-12 Công tắc hành trình Omron Z-15GW2-B

Cần có bánh xe và bản lề dài, song song, đầu nối vít, 250VAC, 15A

4.2.4 Tổng quan tín hiệu đầu ra PLC:

4 van khí 5/2 điện tác động 1 bên (tương ứng 4 xi lanh)

2 van khí 3/2 điện (đóng ngắt cho cuốn hút)

1 động cơ DC giảm tốc (cấp bao bì)

2 chốt điện (đóng/ mở luồng chảy hạt giống)

5 đèn báo: 2 đèn chế độ vận hành(auto/manu), 2 đèn run/stop, 1 đèn Alarm: hiện thị trên HMI+hiện trường

Các thiết bị động lực gồm: 1 động cơ giảm tốc 24VDC, 4 Pitong, 1 thanh hàn nhiệt.

 Van khi 5/2 tác động 1 bên:

Hình 4-13 Van điện từ khí nén 5/2 AIRTAC 4V210-08 24VDC

Van điện từ khí nén 5/2 AIRTAC 4V210-08 24VDC (1 cuộn hút)

 Van khí 3/2 tác động 1 bên:

Hình 4-14 Van điện từ khí nén 3/2 AIRTAC 3V210-08 NC 24VDC

Van điện từ khí nén 3/2 AIRTAC 3V210-08 NC 24VDC (1 cuộn hút)

Hình 4-15 Chốt điện từ JF-Z06

Chốt điện tử kéo bằng nam châm điện JF-Z06 có lực kéo 45N, hoạt động với điện áp 12VDC và tiêu thụ dòng điện 400mA Sản phẩm có thân vỏ bằng thép với kích thước 50x30x20mm và chiều dài tổng cộng 83mm, bao gồm cả chốt.

 Động cơ giảm tốc 24VDC:

Hình 4-16 Động có chổi than MY1020ZXF 450W 24V Điện áp: DC – 24V

Số vòng quay động cơ: 1800v/p

Số vòng quay sau khi qua hộp số: 400 v/p

Hộp giảm tốc bánh răng kim loại

Hình thức hoạt động: Tác động kép

Lưu chất hoạt động: Khí nén (được lọc với độ hạt tiêu chuẩn 40μm) m) Áp suất vận hành:0.1~0.9Mpa(1~9kgf/cm 2 ) Áp suất tối đa: 1.35Mpa(1.35kgf/cm 2 )

Hoạt động phạm vi tốc độ: 30~800mm/giây

Giảm chấn: giảm chấn linh động

Thanh giảm chấn có thể điều chỉnh: 32

Vật liệu thân: Nhôm nguyên khối

Phớt: hai phớt nâu Nhật Bản

Hình 4-18 Mayso làm nóng, thanh ép miệng bao

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Điện áp: 220V

Lưu đồ giải thuật

KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂU CỦA ĐỀ TÀI

Kết quả đạt được

Nhóm đã thiết kế và mô phỏng thành công máy đóng gói hạt giống tự động trênWINCC.

Nhận xét đánh giá

Mô phỏng trên WINCC còn chưa trực quan.

Chương trình vẫn chưa tối ưu nhất.

Hệ thống đôi lúc vẫn gặp lỗi.

Hướng dẫn phát triển của đề tài

Tăng tốc độ làm việc của máy.

Sử dụng động cơ AC 1 pha, nhằm tăng momen phần cấp phôi

Thay thế tất cả các chốt điện bằng xi lanh nhằm tăng sự ổn định.

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Mô Phỏng Máy Đóng Gói Hạt Giống Tự Động
Tác giả	Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Thanh Tài, Đồng Văn Duy Tình
Người hướng dẫn	GVHD: Lê Ngọc Trân
Trường học	Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cơ Điện Tử
Thể loại	Đồ Án
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	4,7 MB