ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG DÙNG ARDUINO

Ngoài ra, nếu tự tin với tay nghề và có định hướng làm chủ, bạn hoàntoàn có thể đầu tư kinh doanh làm giàu với nghề làm bánh.“ Việt Nam – thị trường bánh kẹo đầy tiềm năng ” Đó là nhận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ

Sinh viên : Trần Đỗ Hoàng Long - 101180117

Nguyễn Trung Hiếu - 101180101

Lớp : 18C1B

Nhóm : 18.02A

GVHD : TS Trần Ngọc Hải

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.2 Cơ hội và tiềm năng phát triển nghề làm bánh hiện nay

Bên cạnh nhiều nước châu Á khác thì Việt Nam là thị trường tiềm năng chongành F&B trong khu vực với tốc độ tăng trưởng dân số và thu nhập trung bìnhtăng cao Bên cạnh đó, làn sóng đầu tư nước ngoài cũng góp phần thúc đẩy tốc

độ tăng trưởng không hề nhỏ Vì thế, thị trường bánh kẹo tại Việt Nam hiện nayđang trên đà tăng trưởng ổn định Theo một nghiên cứu, thị trường bánh mì vàbánh nướng tại Việt Nam sẽ đạt 630 triệu USD trong năm 2019 Dự kiến tronggiai đoạn 2019 – 2023, sẽ có mức tăng trưởng khoảng 8,6% vào mỗi năm

Với xu thế phát triển mạnh của ngành Du lịch, Dịch vụ, NHKS, Ẩm thực đãtạo điều kiện cho nhiều thương hiệu, các dòng bánh nổi tiếng du nhập vào nước

ta Các NHKS không ngừng mở rộng thực đơn phục vụ đa dạng các loại bánh,đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của đông đảo thực khách Kéo theo đó, nhu cầunhân lực thợ làm bánh chuyên nghiệp đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, đặcbiệt là đội ngũ thợ làm bánh có tay nghề và được đào tạo bài bản, chuyên nghiệp Theo báo cáo của cục thống kê lao động, có khoảng 200.000 vị trí đầu bếpbánh ở Việt Nam và con số này ước tính tăng thêm 1% cho đến năm 2020 Đâychính là cơ hội nghề nghiệp hấp dẫn cho những ai đang theo học nghề làm bánh

hiện nay Ngoài ra, nếu tự tin với tay nghề và có định hướng làm chủ, bạn hoàntoàn có thể đầu tư kinh doanh làm giàu với nghề làm bánh.

“ Việt Nam – thị trường bánh kẹo đầy tiềm năng ”

Đó là nhận định của ông Perter Becker , chủ tịch hiệp hội các nhà sản xuấtbánh kẹo Cộng Hòa Liên Bang Đức trong buổi họp báo giới thiệu “ triển lãmquốc tế về bánh và các công nghệ sản xuất ( IBA ) diễn ra ở Dusselotf – Đức.Ông cho rằng , nền kinh tế Việt Nam là một trong những nền kinh tế có tốc độphát triển nhanh nhất thế giới Trong xu thế toàn cầu hóa , các sản phẩm của ViệtNam đã và đang xuất hiện ngày cáng nhiều trên thị trường thế giới , trong đó cóthực phẩm bánh kẹo.Thị trường bánh kẹo Việt Nam đang có tiềm năng trở thànhthị trường hàng đầu về bánh kẹo tại Đông Nam Á và trên thế giới Theo ước tínhcủa công ty tổ chức và phân phối IBA, sản lượng bánh kẹo tại Việt Nam năm

2019 vào khoảng 476.000 tấn, đến năm 2023 sẽ đạt 760.000 tấn; tổng giá trị bán

lẻ tại thị trường Việt Nam năm 2019 khoảng 600 triệu USD , năm 2023 sẽ là

1140 triệu USD

1.3 Tự động hóa trong công nghệ làm bánh

Hiện nay dây chuyền làm bánh là một công việc lặp đi lặp lại nên không thểtránh được sự nhàm chán trong công việc của người công nhân Ngày nay đểnâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sảnphẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thốngđiều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất

Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, conngười đã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránhđược sự nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ củacác lĩnh vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng vănminh hơn, an toàn hơn tron công việc.

Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh

tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực nhưchất lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tựđộng hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạotiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cáchnhanh chóng

1.4 Giới thiệu về đề tài

Trong thực tế hiện nay có rất nhiều cơ sở sản xuất bánh kẹo … Để đảm bảochất lượng nhằm đáp ứng cung cấp cho thị trường trong nước cũng như xuấtkhẩu

Máy làm bánh tự động thực hiện có thể làm tang năng suất giảm sức lao độngcủa công nhân, cũng như đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, một vấn đề màhiện nay người tiêu dùng quan tâm hang đầu Đề tài trên nếu kết hợp thêmquátrình cấp phôi tự động, sẽ tạo thành một dây chuyền sản xuất khép kín và sự xuấthiện của con người trong sản xuất là rất ít Có thể tăng năng suất lên nhiều lầnhơn ta dùng sức người để đóng dấu lên phôi, lúc đó trong một chu kỳ đóng dấu

sẽ tạo ra được nhiều sản phẩm hơn Hình dạng mẫu mả con dấu đa dạng,nên ta

có thể áp dụng cùng nguyên lý trên để áp dụng cho các công đoạn khác như: inhạn sử dụng lên sản phẩm,ngày sản xuất ,…

Vì vậy việc ứng dụng máy như thế này vào sản xuất là có khả năng rất cao,

và đem lại hiệu quả lớn

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ

MÁY

2.1 Phương án đưa phôi vào vị trí công tác của xilanh A

2.1.1 Phương án 1: sử dụng băng tải

Hình 2.1 Băng tải

 Ưu điểm

+ Kết cấu đơn giản

+ Ít gây tiếng ồn

+ Năng suất tiêu hao nhỏ

+ Có khả năng vận chuyển vật lệu với khoảng cách lớn

 Nhược điểm :

+ Vật liệu trong quá trình di chuyển dể bị rơi ra ngoài

+ Khi vận chuyển xa đòi hỏi phải có nhiều hệ thống kết hợp lại với nhau+ Chỉ mang được vật theo một phương

2.1.2: Phương án 2: sử dụng hệ thống gắp vật bằng arduino cách tay robot

Hình 2.2 Cánh tay Robot

 Ưu điểm :

+ Có thể mang vật ở nhiều vị trí khác nhau

+ Độ chính xác cao

 Nhược điểm:

+ Giá thành cao

+ Kết cấu phức tạp

+ Khó điều khiển

Kết luận : Ta lựa chọn phương án 1: vì

+ Kết cấu đơn giản,

+ Dể dàng điều khiển vì chỉ dùng động cơ với công suất không lớn + Giá thành phù hợp

2.2.Phương án tạo nguồn lực ép bánh

2.2.1: Phương án 1: sử dụng xilanh

Hình 2.3 Xilanh

 Ưu điểm:

+ Kết cấu phù hợp với lực vừa đủ

+ Dể dàng điều chỉnh được tốc độ thông qua thiết bị tiết lưu

 Nhược điểm:

+ Khí phải được làm sạch

+Thoát khí gây tiếng ồn

2.2.2: Phương án 2: Sử dụng bộ truyền bánh răng thanh răng

Hình 2.4 Bánh răng thanh răng

Kết luận :Ta lựa chọn phương án 1: vì

+ Việc sử dụng xilanh đơn giản

+ Lực xilanh vừa đủ để ép bánh

+ Gía thành phù hợp

2.3 Thiết kế động học :

Mô hình máy

 Nguyên lý hoạt động :

 Khi băng tải hoạt động, bánh được cấp vào băng tải

 Khi cảm biến phát hiện ra vật thì băng tải ngừng hoạt động đồng thờixilanh A đẩy bánh ra khỏi băng tải vào vị trí dập bánh

 Sau khi bánh được đẩy đến đúng vị trí thì xilanh B mang khuôn đi xuống

và dập khuôn lên bánh để tạo hình

 Sau khi dập xong thì xilanh A và B lùi về vị trí cũ đồng thời xilanh C tiến

ra đẩy bánh ra ngoài và lùi về ngay sau đó

 Kết thúc hành trình thì băng tải hoạt động trở lại và tiếp tục quá trình

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KẾT CẤU

3.1 Tính toán công suất

3.1.1 Tính chọn công suất động cơ :

Ta có công suất động cơ được tính theo công thức:

N đm ≥ ŋ2 N

Ta có : N = 0,004 (Kw) : Công suất làm việc của máy

η = 0,9 : hiệu suất bộ truyền đai

N = 0,5 [ Kw ]

Từ những tính toán như trên ta thấy công suất động cơ rất bé, ta có thể chọnđộng cơ một chiều điện áp 24V, tốc độ 100 (vòng/phút), công suất 35W có sẵntrên thị trường

3.1.2 Tính toán lựa chọn băng tải :

Chọn bề rộng băng tải b = 9 cm

Chiều dài băng tải là 55 cm

Thời gian phôi di chuyển hết băng tải là t = 5 s

3.1.3 Tính toán thiết kế xilanh khí nén

a,Xilanh A : Đẩy bánh vào vị trí ép

 Xilanh A đẩy chọn tải trọng đáp ứng F=80 (N) Ta xét ở chế độ làm việc

ổn định

 Chọn áp suất khí nén p= 3 (at)= 0,3 (N/mm^2)

 Lực tính theo công thức:

F= p.A (N) Với diện tích A= π.D2

 Xylanh B đẩy phôi và kẹp chặt, chọn tải trọng đáp ứng F=90 (N) Ta xét ở chế độ làm việc ổn định.

 Chọn áp suất khí nén p= 3 (at)= 0,3 (N/mm^2)

 Lực tính theo công thức:

F= p.A (N) Với diện tích A= π.D2

c, Xilanh C đẩy bánh ra sau khi ép xong :

 Xilanh C đẩy chọn tải trọng đáp ứng F=80 (N) Ta xét ở chế độ làm việc

ổn định

 Chọn áp suất khí nén p= 3 (at)= 0,3 (N/mm^2)

 Lực tính theo công thức:

F= p.A (N) Với diện tích A= π.D2

4

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển ứng dụng cho đề tài :

- Sử dụng hệ thống điều khiển Arduino nano

tácvới nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn

vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit

đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở

Hình 3.7 Arduino NanoCác thông số chủ yếu của arduino nano

 Một số lưu ý khi sử dụng Arduino Nano

Arduino NANO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào

Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồntrước khi cấp cho Arduino NANO Việc làm chập mạch nguồn vào của ArduinoNANO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùngnguồn từ cổng USB nếu có thể

 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra chocác thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồnsai vị trí có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyếnkhích

 Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino NANO với điện ápdưới 6V có thể làm hỏng board

 Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điềukhiển ATmega328

 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog củaArduino NANO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.

 Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của ArduinoNANO sẽ làm hỏng vi điều khiển

 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của ArduinoNANO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng

để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng

4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển :

4.2.1 Hệ thống điều khiển Arduino Nano

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngônngữ riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phầncứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số ngườigọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng mình thì gọi

nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như

vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất

dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trìnhArduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino,nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môitrường lập trình Arduino hay được gọi là Arduino IDE

Hình 4.2 Giao diện phần mền Arduino IDE

4.2.2 Các phần tử điều khiển khác

Các phần tử điều khiển:

- Van khí nén điện từ 5/2 hai tác dộng Van có cấu tạo gồm 2 nam cuộn cảmđóng vai trò là 2 nam châm điện ở hai đầu van Lúc bình thường chưacung cấp điện van sẽ ở trạng thái tự do Lúc cấp điện một trong hai cuộncảm biến thành nam châm điện hút lõi sắt gắn vào cửa của van, kéo van vềhai vị trí để mở hay đóng vị trí hiện tại của van nhằm cho khí nén đi quahay bị chặn lại

 Rơle điện từ 8 chân 24V tiếp điểm thường mở : rơ le gồm một nam châmđiện và hai cổng thường đóng và hai cổng thường mở Khi cấp tín hiệunam châm sẽ hút lá thép làm cho hai cổng thường đóng mở ra và hai cổngthường mở đóng lại cung cấp hoặc ngắt tín hiệu đầu ra cung cấp cho van.Nhằm mục đích điều khiển van

Các loại cảm biến :

 Sử dụng cảm biến hồng ngoại tiếp điểm thường mở 5V

 Cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để đóng ngắt tín hiệu Khi vật cản

đi qua mắt đọc cảm biến làm phản xạ lại tia hồng ngoại vào mắt thì khi đó

cảm biến sẽ cung cấp một tín hiệu vào arduino từ đó arduino giải mã vànhận tín hiệu nhằm điều khiển các quá trình sau đó.

 Role 8 chân

Hình 3.3 Role trung gian

Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếpđiểm Rơle trung gian còn gọi là rơ le kiếng là một công tắc chuyển đổi hoạtđộng bằng điện Gọi là một công tắc vì rơ le có hai trạng thái ON và OFF Rơ le

ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không

Nguyên lý hoạt động:

- Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bêntrong và tạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đònbẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làmthay đổi trạng thái của rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặcnhiều, tùy vào thiết kế

- Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động Một mạch là để điều khiển cuộndây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa làđiều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện

ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hayOFF của rơ le

 Cảm biến tiệm cận

Hình 3.4 Cảm biếnCảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại đểxác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sửdụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thểchỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạngcực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân Tín hiệu khi sử dụng

- Chất liệu sản phẩm: nhựa.

- Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L)

Sơ đồ chân:

1 Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC

2 Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC

3 Màu đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo

- Hiện nay trong hệ thống khí nén sẽ bao gồm rất nhiều những thiết bị, phần

tử cấu tạo nên hệ thống khí nén Việc nắm bắt rõ nguyên lý hoạt động củacác phần tử khí nén nói chung và của van điện từ khí nén nói riêng sẽ giúpcho việc thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống khí nén một cách dễ dàng, giảmchi phí phát sinh không đáng có và đặc biệt là giúp hệ thống hoạt động ổnđịnh và trôi chảy

 Khối nguồn

Hình 3.6 Biến áp Biến áp có vai trò cung cấp toàn bộ nguồn điện cho các các khối trong hệthống:

- Dùng máy biến áp thực hiện hạ áp và cách ly

- Dùng cầu chỉnh lưu thực hiện chỉnh lưu

- Dùng tụ điện (tụ hóa) có điện dung lớn thực hiện mạch lọc

 Các loại cảm biến :

 Sử dụng cảm biến hồng ngoại tiếp điểm thường mở 5V

 Cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để đóng ngắt tín hiệu Khi vật cản

đi qua mắt đọc cảm biến làm phản xạ lại tia hồng ngoại vào mắt thì khi đó cảm biến sẽ cung cấp một tín hiệu vào arduino từ đó arduino giải mã và nhận tín hiệu nhằm điều khiển các quá trình sau đó



4.2.3 Chương trình điều khiển

#define SENSOR 5

#define DONGCO 9

Sơ đồ xilanh

Sơ đồ mạch điện 4.3 Lựa chọn động cơ và các phần tử điều khiển :

Lựa chọn động cơ :

Với N=0.5 [ kW]

Từ những tính toán như trên ta thấy công suất động cơ rất bé, ta có thể chọnđộng cơ một chiều điện áp 24V, tốc độ 100 (vòng/phút), công suất 35W có sẵntrên thị trường

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[I] Phạm Đắp, Trần Xuân Tùy , “Điều khiển tự động trong các lĩnh vực cơ khí ”,NXB Giáo dục Hà Nội ,1998

[II] Trần Xuân Tùy, “Điều khiển tự động thủy lực ”, NXB Khoa học và kỹ thuật

Hà Nội , 2002

[III]Trần Ngọc Hải , Trần Xuân Tùy , “ Điều khiển thủy khí và lập trình PLC ” ,Trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng , 2010

MỤC LỤC