Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động.. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động 4.. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn : T.S Nguyễn Thị Ái Lành

Sinh viên thực hiện : Trần Thăng Thiên Thắng

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

I Thông tin chung:

1 Sinh viên: Trần Thăng Thiên Thắng MSV: 1811504410253 Lớp: 18CDT2

Nguyễn Minh Quang MSV: 1811504410245 Lớp: 18CDT2

2 Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động.

3 Người hướng dẫn: Nguyễn Thị Ái Lành Học hàm/ học vị: Tiến Sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

1 Điểm đánh giá:…… /10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022

Người hướng dẫn

KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SINH VIÊN LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho doanh nghiệp)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Trần Thăng Thiên Thắng _ Nguyễn Minh Quang

2 Lớp: 18CDT2, 18CDT2 Mã SV: 1811504410253_ 1811504410245

3 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động

4 Người hướng dẫn: T.S Nguyễn Thị Ái Lành

5 Tên doanh nghiệp: ………

6 Người đại diện doanh nghiệp: ………

II Nhận xét, đánh giá của doanh nghiệp:

1 Về tính chuyên cần, tuần thủ nội quy, quy định của sinh viên:

(Ký tên và ghi rõ họ tên) (Ký tên và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người phản biện)

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Trần Thăng Thiên Thắng _ Nguyễn Minh Quang

2 Lớp: 18CDT2, 18CDT2 Mã SV: 1811504410253, 1811504410245

3 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động

4 Người phản biện: ……….………… Học hàm/ học vị: …………

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: 1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: ………

………

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: ………

………

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: ………

………

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: ………

………

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ………

………

………

………

tối đa đánh giá

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

quyết các nhiệm vụ đồ án được giao

1a

- Tính cấp thiết, tính mới (nội dung chính của ĐATN có

những phần mới so với các ĐATN trước đây);

- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; giá trị ứng dụng thực

tiễn;

1b

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức

cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu;

- Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá;

- Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc

quy trình đáp ứng yêu cầu đặt ra;

1c - Chất lượng sản phẩm ĐATN về nội dung báo cáo, bản vẽ,

chương trình, mô hình, hệ thống…;

1d

- Có kỹ năng sử dụng phần mềm ứng dụng trong vấn đề

nghiên cứu (thể hiện qua kết quả tính toán bằng phần

mềm);

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề nghiên cứu

(thể hiện qua các tài liệu tham khảo)

2 Kỹ năng trình bày báo cáo đồ án tốt nghiệp

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích;

2b - Hình thức trình bày

3 Tổng điểm theo thang 10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

1 Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ:

………

………

………

………

………

………

………

……

………

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022

Người phản biện

Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động

Sinh viên thực hiện: Trần Thăng Thiên Thắng MSV:1811504410253 Lớp:18CDT2

Nguyễn Minh Quang MSV:1811504410245 Lớp:18CDT2

1 Giới thiệu tóm tắt đề tài

Hệ thống máy làm bánh in tự động được sử dụng để sản xuất ra những cáibánh in phục vụ cho con người Sự ra đời của máy làm bánh in tự động đã giúp tiếtkiệm một khoản chi phí nhân công tương đối lớn, nâng cao năng suất sản xuấtbánh

Trong toàn bộ đề tài, nhóm sinh viên thực hiện các quá trình lên ý tưởng, thiết

kế và chế tạo mô hình hệ thống máy làm bánh in tự động hoạt động ổn định vớinăng suất 400 cái/giờ

Để hoàn thành đề tài, nhóm sinh viên đã thực hiện các cơ cấu như: cấp bột,nén bánh, đẩy bánh, đếm số lượng bánh trên khay, nhóm đã sử dụng PLC điềukhiển hệ thống

2 Nội dung đề tài đã được thực hiện:

- Số trang thuyết minh: 56 trang

+ Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết về cơ cấu xilanh trong hệ thống khí nén

- Phần tính toán, thiết kế:

+ Thiết kế và chế tạo các cơ cấu cơ khí của hệ thống

+ Thiết kế và thi công các mạch điện của hệ thống điều khiển

 Chế tạo thành công mô hình hoạt động với sai số khối lượngbánh là 2-3g và năng suất là 400 cái/giờ

KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Trần Thăng Thiên Thắng MSV: 1811504410253

Nguyễn Minh Quang MSV: 1811504410245Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã ngành: 5044

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ:

Khóa: 2018-2022

1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động

2 Các số liệu ban đầu

- Kích thước bánh có khối lượng 30g, đường kính 38mm

- Năng suất của máy: 400 cái/giờ

- PLC điều khiển các cơ cấu chấp hành (xi lanh, động cơ, cảm biến…) để thực hiệnquy trình sản xuất từ công đoạn cấp bột, ép bánh, đẩy bánh, di chuyển bánh

3 Nội dung thực hiện

- Thiết kế, xây dựng dây chuyền với ba chức năng cấp bột, định hình cho bánh, dichuyển bánh Chức năng cấp bột sẽ cấp bột vào khuôn Chức năng định hình sẽ dùngxilanh khí nén để định hình bánh Chức năng đẩy bánh sẽ dùng xilanh khí nén để đẩybánh qua băng tải Chức năng di chuyển bánh dùng băng tải để di chuyển bánh

4 Các sán phẩm dự kiến

- Mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động

- Bản vẽ lắp toàn máy

- Bản vẽ đấu nối điện

- Báo cáo tổng kết đề tài

5 Ngày giao đồ án:

6 Ngày nộp đồ án:

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022

Trưởng Bộ Môn Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Từ những buổi đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, chúng em đã đượcthầy cô, bạn bè và các anh chị khóa trên tạo điều kiện hướng dẫn và giúp đỡ rất nhiềutrong quá trình học tập

Chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến quý Thầy CôKhoa Cơ Khí, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng đã đưa hết tâm huyếttruyền đạt những vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tạitrường

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Ái Lành người đã hết sức tạo

điều kiện và tận tình hướng dẫn chúng em qua từng môn học trên trường cũng nhưnhững buổi nói chuyện, thảo luận về đề tài Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo của

cô thì chúng em mới có thể hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu được Một lần nữa, chúng

em xin chân thành cảm ơn cô

Luận văn tốt nghiệp là sản phẩm có ý nghĩa nhất của bất kì một sinh viên nào

Nó là sự kết tinh của tất cả những kiến thức mà sinh viên đã lĩnh hội được trong quátrình học tập tại trường cũng như những kiến thức tự học tập được của mỗi sinh viên.Với thời đại khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ như ngày nay, thì con ngườiluôn có khuynh hướng kết hợp rất nhiều lĩnh vực công nghệ vào những sản phẩm Đặcbiệt là sự kết hợp mạnh mẽ giữa cơ khí, tự động hóa, điện – điện tử, công nghệ thôngtin…nhằm đem lại hiệu quả thiết thực và cao nhất Đặc biệt trong sản xuất hàng tiêudung và sản xuất thực phẩm, các hệ thống máy tự động chiếm vai trò then chốt trongviệc giảm giá thành sản phẩm và tăng năng xuất lao động

Chính vì vậy đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự

động” Thứ nhất đề tài được xem là một trải nghiệm thực sự để nhóm có thể vận dụng

những gì đã học tập và nghiên cứu nhằm cho ra một sản phẩm thật sự hữu ích và cógiá trị sử dụng Thứ hai việc chọn và thực hiện đề tài nhằm múc đích giải quyết trongviệc giảm giá thành sản phẩm và tăng năng xuất lao động Và đó cũng là lý do và mụcđích đề ra để nhóm thực hiện đề tài đạt được

 Mục tiêu đề tài

- Thiết kế và lập trình phần mềm từ PLC để hệ thống hoạt động một cách tựđộng Sử dụng kiến thức môn hình họa vẽ kỹ thuật và kết hợp với phần mềm đểthiết kế mô hình máy làm bánh in trên phần mềm Creo 3.0

- Xây dựng chương trình điều khiển dùng phần mềm GX Works 2

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài có sử dụng kiến thức chuyên môn ngành tự động hóa, công nghệ

thông tin, công nghệ thực phẩm Đối tượng nghiên cứu cụ thể là:

- Lập trình PLC MITSUBISHI

i

- Thiết kế mô hình trên phần mềm Creo 3.0.

- Thiết kế và đấu nối hệ thống điện

- Điều khiển động cơ

- Kiểm tra chạy thử, tìm hiểu nguyên nhân và khắc phục các lỗi xảy ra,

bổ sung tính năng, tối ưu hóa

- Thu thập thông tin từ nhiều nguồn như Internet, sách tham khảo

 Quy mô đề tài

Do ý tưởng thiết kế và thực hiện đề tài máy làm bánh in còn khá mới mẻ

cùng với kiến thức cũng như trình độ chuyên môn của nhóm thực hiện đề tài có

hạn và nhiều yếu tố khách quan khác… Chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn

thành bản thuyết minh cũng như mô hình đồ án này, nhưng chỉ giải quyết được

những vấn đề chính đặt ra:

- Thiết kế, tính toán bố trí các chi tiết và vật tư của mô hình sản xuất bánh in

- Đấu nối đường điện và đường khí cho máy làm bánh in

- Lập trình bộ điều khiến PLC MITSUBISHI FX1S-30MT

Sinh viên thực hiệnTrần Thăng Thiên ThắngNguyễn Minh Quang

ii

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm chúng em gồm Trần Thăng Thiên Thắng và Nguyễn Minh Quang thực

hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động” trên cơ sở

các loại máy có chức năng tương tự hiện có trên thị trường và tìm hiểu qua các tài liệu,

để thiết kế máy phù hợp với mục đích quy mô sử dụng

Trong đề tài tốt nghiệp lần này của nhóm chúng em, chúng em cam đoan tự thựchiện dưới sự góp ý, giúp đỡ trực tiếp từ cô Nguyễn Thị Ái Lành khoa cơ khí Với đề

tài “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất bánh in tự động” chúng em cam đoan

tự thiết kế, tự chế tạo mô hình, nếu có sự tranh chấp chúng em xin chịu hoàn toàn tráchnhiệm

Sinh viên thực hiện

iii

MỤC LỤC

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v

TÓM TẮT vii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP viii

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu tổng quan về bánh in 1

1.1.1 Bánh in 1

1.1.2 Công đoạn sản xuất bánh in thủ công 2

1.1.3 Hạn chế của sản xuất bánh in thủ công 3

1.2 Tự động hóa và vai trò của tự động hóa 4

1.2.1 Tự động hóa 4

1.2.2 Vai trò của tự động hóa 5

1.3 Tính cấp thiết phải thay thế hình thức sản xuất thủ công sang tự động 6

1.4 Mục tiêu đề tài 6

1.4.1 Mục tiêu đề tài 6

1.4.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 7

1.5 Sơ đồ khối của hệ thống 7

1.5.1 Sơ đồ khối 7

1.5.2 Các khâu tự động hóa ứng dụng vào trong hệ thống 8

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG 9

2.1 Kết cấu của hệ thống 9

2.2 Khung hệ thống 13

2.3 Cơ cấu mâm xoay 14

2.3.1 Mâm xoay 14

2.3.2 Vật liệu làm mâm 16

2.3.3 Động cơ mâm 16

2.3.4 Đĩa mâm 19

iv

2.3.5 Khuôn 19

2.4 Cơ cấu cấp bột 20

2.4.1 Phễu 20

2.4.2 Xilanh cấp bột 21

2.4.3 Nhựa mica 22

2.5 Cơ cấu nén bánh 22

2.5.1 Quá trình nén bánh 22

2.5.2 Tính toán chọn xilanh 23

2.6 Cơ cấu đẩy bánh 24

2.6.1 Quy trình hoạt động 24

2.6.2 Tính toán chọn xilanh 24

2.7 Cơ cấu băng tải 25

2.7.1 Băng tải 25

2.7.2 Khớp nối mềm 30

2.7.3 Module giảm áp DC LM2596 31

2.8 Hệ thống điều khiển 31

2.8.1 Tổng quan về PLC 31

2.8.1.1 Giới thiệu về các loại PLC họ FX của Mitsubishi 31

2.8.1.2 PLC Mitsubishi FX1S 32

2.8.3 Nút nhấn 36

2.8.4 Đèn báo 38

2.8.5 Relay 39

2.8.6 Van khí nén 40

2.8.7 Cảm biến 41

2.8.7.1 Cảm biến tiệm cận 41

2.8.7.2 Cảm biến vật cản quang điện hồng ngoại E3F-DS30C4 42

CHƯƠNG 3: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC 43

3.1 Lưu đồ thuật toán 43

3.2 Sơ đồ hệ thống 44

3.3 Sơ đồ điện hệ thống 45

3.4 Phần mềm lập trình GX Works2 47

3.4.1 Giới thiệu về phần mềm GX Works2 47

3.4.2 Chức năng của phần mềm GX Works2 48

3.5 Chương trình điều khiển hệ thống 50

v

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 54

4.1 Kết quả đạt được 54

4.2 Hạn chế 55

4.3 Hướng phát triển 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH

Hình1.1: Bánh in 1

Hình1.2: Nấu nước đường 2

Hình1.3: Trộn bột 2

Hình1.4: Nén bột 3

Hình1.5: Bánh sau khi sấy 3

Hình1.6: Sơ đồ khối 7

Hình2.1: Mô hình hóa hệ thống 10

Hình2.2: Các cơ cấu trong hệ thống 11

Hình2.3: Các cơ cấu trong hệ thống 12

Hình2.4: Khung hệ thống 13

Hình2.5: Sắt V lỗ 14

Hình2.6: Mặt mâm trên 15

Hình2.7: Mặt mâm dưới 16

Hình2.8: Gỗ ép 16

Hình2.9: Động cơ mâm xoay 18

Hình2.10: Đĩa mâm 19

Hình2.11: Ống nhựa PVC 20

Hình2.12: Phễu chứa bột 20

Hình2.13: Cơ cấu cấp bột 21

Hình2.14: Xilanh cấp bột 21

Hình2.15: Nhựa Mica 22

Hình2.16: Xilanh nén bánh 23

Hình2.17: Xilanh đẩy bánh 25

Hình2.18: Bố trí băng tải theo trục X 26

Hình2.19: Băng tải truyền động theo trục Y 26

Hình2.20: Động cơ băng tải 1 28

Hình2.21: Động cơ băng tải 2 29

Hình2.22: Khớp nối mềm 30

Hình2.23: Kết nối với mạch giảm áp DC LM2596 31

Hình2.24: PLC Mitsubishi FX1S 32

Hình2.25: Nút nhấn 36

Hình2.26: Đèn báo 38

Hình2.27: Relay trung gian 39

Hình2.28: Van khí nén 40

Hình2.29: Cảm biến tiệm cận 41

Hình2.30: Cảm biến vật cản quang điện hồng ngoại 42

Hình3.1: Sơ đồ hệ thống 44

Hình3.2: Bố trí các thiết bị trong tủ điện 45

Hình3.3: Sơ đồ tín hiệu đầu vào 45

Hình3.4: Sơ đồ tín hiệu đầu ra 46

Hình3.5: Sơ đồ nối dây 47

vii

Hình3.6: Lập trình 48

Hình3.7: Cài đặt tham số 48

Hình3.8: Đọc/ viết dữ liệu 49

Hình3.9: Quan sát/ soát lỗi 49

Hình3.10: Chuẩn đoán 50

Hình4.1: Mô hình thực tế 54

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng2.1: Đặc tính kỹ thuật 33

Bảng2.2: Các loại FX1S 35

Bảng3.1: Địa chỉ thiết bị đầu vào 45

Bảng3.2: Địa chỉ thiết bị đầu ra 46

viii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

CHỮ VIẾT TẮT:

- MDF: Medium Density Fiberboard

- PLC: Programmable Logic Controller

- PVC: Polyvinylchloride

- PMMA: Poly (methyl methacrylate)

- HMI: Human-Machine-Interface

ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu tổng quan về bánh in

1.1.1 Bánh in

Bánh in là một loại bánh có xuất xứ từ Huế, được làm từ bột năng, bột nếp, đậuxanh, đường, các nguyên liệu khác và được ép, đúc thành khuôn mặt đáy của bánh khókhắc các hình chữ Thọ, Phúc, Lộc và gói trong giấy ngũ sắc Do giá trị rẻ nên được rấtnhiều người ưa chuộng.Đây là biến thể của món bánh khảo và phẩm oản (oản bột) củangười miền Bắc

Bánh in thường được thờ trên bàn thờ tổ tiên ngày cúng Tất niên hay để trong cáchộp mứt mời khách ngày Tết, bánh tháp được kết từ nhiều bánh in nhỏ dùng thờcúng Phật, bánh nếp có khắc hình hoa sen ăn thơm, dẻo thường được đặt trên các bàncúng tối 30 Tết, bánh măng mắc nhất nên đặc biệt được dùng để đãi khách sang, bạn

1.1.2 Công đoạn sản xuất bánh in thủ công

Bước 1: Nấu nước đường

- Đặt một nồi nước lên bếp, không cho quá nhiều nước

- Sau đó cho đường vào Dùng thìa hòa tan hết đường bên trong cùng vớinước lọc

- Đun đến khi đường hơi cô lại, đường kéo chỉ thì nhấc nồi xuống, mở nắp

để cho đường nguội

Hình1.2: Nấu nước đườngBước 2: Trộn bột

- Trộn hỗn hợp bột năng và bột nếp với nước đường

- Bạn đeo găng tay trộn đều các nguyên liệu đến khi bột đã ngấm hết nướcđường

Hình1.3: Trộn bộtBước 3: Đóng khuôn bánh

- Phủ một lớp bột áo lên khuôn bánh

- Sau đó cho hỗn hợp bột cùng với nước đường cho vào khuôn, nén cho chặt tay

để tạo hình bánh

- Chú ý không được di chuyển bánh trong vòng thời gian là 15 phút để bột bánhbên trong được cố định, tránh bị vỡ hay mềm quá

Bước 4: Sấy bánh

Đưa bánh vào lò sấy và sau 10 phút thì bạn có thể lấy bánh ra

Hình1.5: Bánh sau khi sấy

1.1.3 Hạn chế của sản xuất bánh in thủ công

- Bánh in ra không được sắc cạnh

- Tốn kém nhiều thời gian

- Nhiệt độ sấy không chuẩn

- Mất nhiều công sức để nén 1 cái bánh

1.2 Tự động hóa và vai trò của tự động hóa

1.2.1 Tự động hóa

Tự động hóa (trong công nghiệp sản xuất, chế tạo và lắp ráp)-automationsolution, automation assembly…Được hiểu đơn giản là công nghệ trong đó một quytrình hoặc công đoạn được thực hiện với sự tham gia tối đa của máy móc tự động vàcần sự trợ giúp tối thiểu của con người

Khái niệm “Tự động hóa” (Automation) đã khá thân thuộc với những người làm

về kỹ thuật Bắt nguồn từ “Tự động” (Automatic) và dần trở nên phổ biến từ năm

1947, khi tập đoàn General Motors của Mỹ thành lập Bộ phận Tự động hóa Đây cũng

là lúc các ngành công nghiệp bắt đầu ứng dụng cơ chế điều khiển phản hồi (Feedbackcontroller) một cách mạnh mẽ, mặc dù công nghệ này đã được phát minh từ nhữngnăm 1930

Và một kỷ nguyên tự động hóa ra đời với sự thay thế ngày càng áp đảo của máymóc, robot công nghiệp và trí tuệ nhân tạo đảm nhiệm vai trò lao động chân tay củacon người

 Các thành phần của hệ thống tự động hóa hiện nay thường bao gồm:

- Robot công nghiệp (ABB, UNIVERSAL, YASKAWA…)

- Servo, Biến tần, Drive (Mitsubishi, Delta, Yaskawa, Panasonic…)

- PLC – HMI (ABB, Siemens, Rockwell, Omron, Panasonic, Schneider,Mitsubishi, Detal, Keyence

Ngoài ra , các đầu đo nhiệt độ, cảm biến áp suất, hành trình, mức, nồng độ ,camera chụp tự động, các cơ cấu chấp hành như động cơ, van, xylanh thủy lực khí nén,thiết bị đóng cắt , các thiết bị chỉ báo như bảng LED, LCD…

Các bộ điều khiển được tích hợp thêm các bộ vi xử lý và trí tuệ nhân tạo đangngày càng tinh vi và có những đột phá công nghệ không ngừng

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

3

Nguyễn Minh Quang

 Ứng dụng của tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất

Tự động hóa đã đạt được nhiều thành tựu và được ứng dụng trong hầu hết cáclĩnh vực khác nhau Bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, y tế, nông nghiệp, điện, điện tử

và máy tính, hoặc thường là kết hợp nhiều lĩnh vực trong một

Chẳng hạn như điều khiển tự động các hệ thống xylanh thủy lực, xy lanh kẹpquay trong các đồ gá chuyên dụng để phục vụ gia công, lắp ráp Các hệ thống phức tạptrong các nhà máy sản xuất và lắp ráp hiện đại thường sử dụng tất cả các kỹ thuật kếthợp này

1.2.2 Vai trò của tự động hóa

- Tự động hóa giúp tăng năng suất lao động Một điều dễ nhận thấy rằng các dâychuyền tự động hóa có khả năng hoạt động liên tục 24/24 mà không cần hoặc cầnrất ít sự can thiệp của con người đến quá trình vận hành Nên sẽ giúp tối ưu hóanăng suất lao động và hiệu quả sản xuất từ dây chuyền

- Tự động hóa sẽ giúp tăng chất lượng sản phẩm Các thiết bị máy tính, dây chuyềnsản xuất tự động sử dụng các thuật toán để tính toán và đưa ra những thao tác vậnhành với độ sai số cực thấp so với thao tác của công nhân Từ đó giúp nâng caochất lượng sản phẩm, tối ưu hóa chi phí vận hành, giúp nhà máy, doanh nghiệpsản xuất công nghiệp tạo lợi thế cạnh tranh vô cùng lớn

- Tự động hóa giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí, dễ thích hơn với những biếnđộng khác nhau của nền kinh tế Một điều chắc chắn rằng, để kiểm soát toàn bộthiết bị vận hành trong phân xưởng bạn chỉ cần 1 đến 2 máy chủ, tuy nhiên đểthực hiện quản lý một phân xưởng với hàng trăm thậm chí hàng nghìn công nhânthì đó là điều không hề đơn giản

Với sự phát triển mạnh mẽ của cuộc cách mạng số 4.0 các thiết bị điều khiển quátrình tự động hóa đang ngày càng thông minh hơn, không chỉ có khả năng thực hiệntheo những gì đã được lập trình sẵn mà còn có thể tính toán đưa ra những hành độngđiều khiển bất ngờ mang tính dự đoán rất cao

Tự động hóa có vai trò vô cùng quan trọng trong các nhà máy sản xuất côngnghiệp nói chung và trong “nhà máy thông minh” nói riêng Khi ứng dụng hệ thống tựđộng hóa vào dây chuyền sản xuất nó sẽ mang đến những giá trị rất lớn

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

4

Nguyễn Minh Quang

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

5

Nguyễn Minh Quang

1.3 Tính cấp thiết phải thay thế hình thức sản xuất thủ công sang tự động

Từ vai trò ở trên, ta thấy được những lợi ích của việc ứng dụng tự động hóa vàoviệc sản xuất bánh in Toàn bộ hệ thống là một dây chuyền để hoàn thành các côngđoạn ra thành sản phẩm Các khâu trong dây chuyền được tự động hóa cao, conngười chỉ tác động vào vận hành, đầu vào và đầu ra Kết quả mang lại những ưuđiểm:

+ Nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành: Tổng sản phẩm đầu ra đạtnăng suất cao hơn so với hoạt động bằng tay tương ứng Hệ thống có thể sản xuấthàng nghìn bánh mỗi ngày

+ Giảm số lượng và chi phí nhân công: Hệ chống bánh in đã hoạt động mộtcách tự động dẫn đến công việc ít hơn và đơn giản hơn cho phép cần ít công nhânhơn

+ Sự an toàn: Bằng việc tự động hóa các hoạt động và chuyển người vận hànhmáy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn.+ Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống bánh in không những sản xuất vớitốc độ nhanh hơn thủ công, mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chínhxác đối với các yêu cầu khắt khe của sản phẩm

Tuy nhiên hệ thống bánh in có chi phí đầu tư cao: việc chuyển từ sử dụngnhân công con người sang dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư banđầu rất cao Ngoài ra, cũng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành cácloại thiết bị, máy móc hiện đại và phức tạp

1.4 Mục tiêu đề tài

1.4.1 Mục tiêu đề tài

Hiện tại trên thị trường bánh in thường được làm chủ yếu bằng thủ công với năngsuất thấp, độ chính xác không cao và tốn quá nhiều nhân công để làm bánh Vì thế nên

nhóm em đã lên ý tưởng và chọn đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống sản xuất

bánh in tự động” Máy có các chức năng cơ bản như sau:

- Tự động cấp bột có khối lượng 30g vào khuôn có đường kính Ø38mm

- Thực hiện quá trình nén bánh

- Đưa bánh đã nén hoàn thiện vào khay chứa

- Đếm số lượng bánh trên khay chứa

- Đưa các khay bánh vào lò sấy

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

6

Nguyễn Minh Quang

1.4.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

 Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống sản xuấtbánh in tự động Hệ thống bao gồm những phần chính như: cơ cấu cấp bột, mâmxoay, cơ cấu nén bánh, cơ cấu đẩy bánh, băng tải

 Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cấp bột tự động vào khuôn có khối lượngbánh là 30g vào khuôn có đường kính Ø38mm Năng suất sản xuất của hệ thống là

400 cái/giờ Hệ thống điều khiển bởi bộ điều khiển PLC Mitsubishi dòng FX1S30MT

 Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm sản xuất và lập trình điều khiển

- Nguyên liệu: Chuẩn bị nguyên liệu và trộn bột cho vào phễu

- Cấp bột: Cấp bột (sau khi đã trộn) tự động từ phễu vào khuôn chứa bột

- Nén bột: Tiến hành quá trình nén bột và tạo hình dạng cho bánh

- Đẩy bánh ra khỏi khuôn: Đưa bánh ra khỏi khuôn và đẩy bánh qua băng tải

- Đưa bánh vào khay: Băng tải đưa bánh đến vị trí khay chứa

- Lò sấy: Băng tải đưa khay chứa bánh vào lò sấy

- Thành phẩm: Bánh được hoàn thành và lấy bánh ra khỏi lò sấy

1.5.2 Các khâu tự động hóa ứng dụng vào trong hệ thống

- Cấp bột tự động: Xilanh đẩy bột từ phễu chứa bột vào khuôn

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

7

Nguyễn Minh Quang

- Quá trình nén bột: Xilanh tự động thực hiện quá trình nén bột.

- Đẩy bánh ra khỏi khuôn: Xilanh đưa bánh ra khỏi khuôn và đẩy bánh quabăng tải

- Đưa bánh vào khay: Băng tải di chuyển bánh đến khay

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG

+ Thiết kế đảm bảo an toàn, thân thiện

+ Băng tải có kích thước hợp lí, gọn gàng, phù hợp với không gian

+ Các bánh được đẩy đúng vào vị trí khay (2 cái/khays)

+ Năng suất sau khi in bánh là 400 cái/giờ

+ Giảm thiểu tối đa sai số trong quá trình hoạt động

- Các vấn đề người thiết kế cần nắm:

 Tính toán được các thông số động cơ băng tải, động cơ mâm quay, cácloại cảm biến phù hợp, thông số xilanh…

 Chọn vị trí phù hợp để lắp đặt các thiết bị

 Xác định được thông số và kích thước bánh

 Các thiết bị điều khiển như PLC, các relay …

 Ngân sách dành cho việc mua thiết bị

 Dự tính được số lượng vật tư như sắt, thép, inox…

 Biết sử dụng các phần mềm thiết kế, phần mềm lập trình liên quan

Với những yêu cầu đặt ra, nhóm em thiết kế mô hình hệ thống như sau:

+ Cơ cấu đẩy bánh

+ Cơ cấu băng tải

+ Cơ cấu đếm số lượng bánh

Nguyên lý hoạt động:

Ban đầu bột sẽ được trộn sẵn đủ các nguyên vật liệu cần thiết, khâu này

được tách biệt Sau đây là quy trình hoạt động của máy làm bánh

Đầu tiên bột sẽ được đưa vào phễu bột chờ sẵn Khi nhấn nút Start, mâm

xoay được điều khiển bằng động cơ sẽ quay, khi cảm biến từ có tín hiệu thì

động cơ mâm dừng lại (vị trí Home) và đếm couter (Dem++), đồng thời băng

tải 1 và băng tải 2 hoạt động Nếu Dem++ >1 thì thực hiện kích xilanh 1 cấp

bột (2s), xilanh 2 nén bánh (6s), xilanh 3 đẩy bánh lên hết hành trình (3s) và

giữ lại trong 1s và sau 3s thì xilanh 4 đẩy bánh qua băng tải(1s), sau đó ON

động cơ mâm quay Ngược lại thì thực hiện kích xilanh 1 cấp bột vào khuôn

(2s), sau đó ON động cơ mâm quay

Băng tải 2 dừng khi cảm biến đặt trên băng tải 2 nhận được tín hiệu từ khay chứabánh Bánh di chuyển trên băng tải 1, tới gặp cảm biến trên băng tải 1 và bộ couterđếm bánh Cảm biến trên băng tải 1 nhận tín hiệu 2 bánh trên khay sẽ kích băng tải 2chạy tới khay tiếp theo Khi nhấn nút Stop thì hệ thống dừng lại Nhấn nút reset thìreset hệ thống Kết thúc quá trình làm bánh

Trên cơ sở đó, nhóm chúng em tiến hành bố trí và chức năng của các cơ cấutrong hệ thống

Hình2.8: Các cơ cấu trong hệ thống

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

11

Nguyễn Minh Quang

Khung

hệ thống

Khung hệ thống: Bố trí các cơ cấu trên hệ thống.

 Phễu chứa bột: Chứa bột sau khi đã trộn

 Cơ cấu cấp bột: Cấp bột vào khuôn theo đúng khối lượng 30g đã quy định

 Cơ cấu nén bánh: Nén bột sau khi cấp bột vào khuôn

 Cơ cấu đẩy bánh: Đẩy bánh trong khuôn sau khi nén bánh

 Động cơ mâm xoay: Quay mâm đến đúng vị trị khuôn

 Động cơ băng tải: Quay băng tải

 Tủ điện: Chứa các thiết bị điện và điều khiển hệ thống

Hình2.9: Các cơ cấu trong hệ thống+ Cơ cấu mâm xoay: Đưa các khuôn đến các vị trí để thực hiện các chứcnăng cấp bột, nén bánh, đẩy bánh sang băng tải

+ Cơ cấu băng tải: Di chuyển bánh đến vị trí khay và di chuyển khaychứa bánh

+ Cảm biến đếm số lượng bánh: Đếm đủ số lượng bánh vào khay

 Cảm biến dừng khay: Dừng khay trên băng tải 2 đúng vị trí bánh từbăng tải 1 đi vào

 Cảm biến từ: Nhận biết vị trí home

Hình2.10: Khung hệ thống

 Sắt V lỗ:

- Sắt V lỗ đa năng hay còn gọi là thép V lỗ đa năng là thanh thép có hình chữ Vđược đục lỗ dọc thân thanh thép, bạn có thể sử dụng những lỗ này để bắt ốc và lắp ráptạo thành những chiếc kệ sắt với nhiều kích thước khác nhau, phù hợp và tiện dụngcho người sử dụng

Hình2.11: Sắt V lỗĐặc điểm nổi bật:

- Sắt V lỗ có khả năng chịu lực tốt, bền bỉ theo thời gian từ 15 – 20 năm vì chúngđược cấu tạo chắc chắn, cứng cáp, dễ dàng bảo quản và lau chùi, vệ sinh khi bị bámbụi

- Vì chúng được sản xuất với công nghệ sơn tĩnh điện 2 lớp, cho nên sản phẩmnày còn có tác dụng chống ăn mòn, hoen gỉ do tác động của môi trường hoặc theo thờigian

- Trong nhiều trường hợp, bạn có thể linh động, tự mình tăng giảm kích thướccủa thanh sắt một cách dễ dàng

- Các thanh sắt được di chuyển một cách dễ dàng, gọn nhẹ, không bị hư hỏng kể

cả khi bạn di chuyển dưới trời mưa, bởi vì sản phẩm này có khả năng chống chịu nướctuyệt đối

- Sắt V lỗ có những quy cách tiêu chuẩn như sau:

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

13

Nguyễn Minh Quang

+ Mâm xoay có 2 tầng giúp cố định lúc di chuyển.

+ Đảm bảo số lượng vị trí dừng cho các cơ cấu hoạt động một cách hiệuquả

+ Điều khiển đơn giản

+ Kích thước nhỏ gọn, dễ lắp ráp và chế tạo

Thông số dự kiến ban đầu:

- Bánh có khối lượng 30g, đường kính bánh: db= 38mm

- Khoảng cách từ tâm của mâm đến tâm của khuôn: l AB=140(mm)

2.3.3 Động cơ mâm

* Khối lượng mâm quay:

- Khối lượng 1 bánh 30g, tối đa trên mâm có 3 bánh: m1=0.03 ×3=0.09(kg)

- Vật liệu bằng gỗ ép dày, có khối lượng riêng p=600 kg/m3

SVTH: Trần Thăng Thiên Thắng GVHD: Nguyễn Thị Ái Lành

15

Nguyễn Minh Quang