Nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống cân đóng bao bán tự động trong sản xuất thức ăn thủy sản

Luận văn trình bày nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống cân đóng bao bán tự động trong sản xuất thức ăn thủy sản.. với sự cồng kềnh và độ chính xác không cao Ngày nay, các hệ thống

Em xin cảm ơn tới thầy Võ Anh Huy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô khoa Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đã tận tâm giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tập tại trường

Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, các bạn chung nhóm luận văn đã luôn động viên và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 05 năm 2017

Trần Đức Thắng

Luận văn trình bày nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống cân đóng bao bán tự động trong sản xuất thức ăn thủy sản Máy thiết kế với năng suất cân từ 300 - 400 bao/giờ, trọng lượng cân trong khoảng 10 - 50 Kg với sai số 0,1 Kg

Nội dung của đề tài được trình bày trong 5 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Lựa chọn phương án

Chương 3: Thiết kế cơ khí

Chương 4: Thiết kế hệ thống điện và điều khiển

Chương 5: Tổng kết và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng tĩnh 1

1.2 Cân đóng bao trong sản xuất thức ăn chăn nuôi 2

1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài 4

1.3.1 Mục tiêu 4

1.3.2 Nhiệm vụ 4

1.3.3 Phạm vi đề tài 4

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 5

2.1 Bồn chứa nguyên liệu 5

2.1.1 Lựa chọn phương án cửa tháo liệu 5

2.1.2 Lựa chọn chế độ dòng chảy 6

2.2 Lựa chọn cánh khuấy 9

2.2.1 Cánh khuấy turbin 9

2.2.2 Cánh khuấy mái chèo 9

2.2.3 Cánh khuấy dạng mỏ neo 10

2.2.4 Lựa chọn cánh khuấy 11

2.3 Lựa chọn cảm biến Load cell 12

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 12

2.3.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản 13

2.3.3 Phân loại 14

2.4 Phương án đọc tín hiệu từ loadcell 16

2.4.1 Đọc tín hiệu Analog trực tiếp từ loadcell 16

2.4.2 Các module chuyển đổi, khuếch đại tín hiệu 16

2.4.3 Đầu cân 17

2.5 Phân tích lựa chọn thiết bị điều khiển 17

2.5.1 So sánh thiết bị điều khiển 17

2.5.2 Nhận xét và lựa chọn thiết bị điều khiển 19

2.6 Lựa chọn thiết bị vận hành giữa con người và máy 19

3.1.1 Lựa chọn các thông số cơ bản 23

3.1.2 Tính toán lựa chọn động cơ 23

3.2 Tính toán thiết kế phễu chứa 26

3.2.1 Tính toán áp suất 26

3.2.2 Tính toán tốc độ xả vật liệu 28

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN. 32

4.1 Cấu hình hệ thống điện của hệ thống 32

4.1.1 Thiết bị chấp hành 32

4.1.2 Đầu cân 33

4.1.3 Loadcell 35

4.1.4 PLC 35

4.1.5 Các thiết bị khác 38

4.2 Thiết kế mạch điện cho hệ thống 39

4.2.1 Sơ đồ mạch động lực cho hệ thống cân 39

4.2.2 Sơ đồ mạch khí nén cho hệ thống cân 40

4.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển cho hệ thống cân 40

4.3 Lưu đồ giải thuật 41

4.4 Lập trình cho hệ thống cân trên TIA PORTAL 42

4.4.1 Chương trình chính 42

4.4.2 Giao thức MODBUS RTU 44

4.4.3 Giao tiếp RS485 với đầu cân 45

4.5 Thiết kế giao diện HMI vận hành hệ thống cân trên Tia Portal 49

4.5.1 Chế độ auto 51

4.5.2 Chế độ manual 53

CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Định hướng phát triển đề tài 55

PHỤ LỤC TRONG CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH TRONG TIA PORTAL 57

Hình 1.1: Một số hệ thống hệ thống cân thường dùng 2

Hình 1.2: Mô hình cân đóng bao bán tự động 3

Hình 1.3: Một số hình ảnh cân thực tế trên thị trường 3

Hình 2.1: Cửa tháo dạng hình nêm và hình nón 5

Hình 2.2: Các dạng dòng chảy vật liệu dạng hạt trong bồn chứa 6

Hình 2.3: Biểu đồ dự đoán chế độ đòng chảy 8

Hình 2.4: Các dạng cánh khuấy turbin 9

Hình 2.5: Cánh khuấy dạng mái chèo 10

Hình 2.6: Cánh khuấy dạng mỏ neo 11

Hình 2.7: Cánh khuấy cho hệ thống cân 11

Hình 2.8: Cấu tạo của một loadcell dạng thanh 12

Hình 2.9: Mạch cầu Wheastone 13

Hình 2.10: Mốt số loại loadcell trên thị trường 15

Hình 2.11: Vị trí load cell 15

Hình 2.12: LCD va HMI Keypad 19

Hình 2.13: HMI proface 20

Hình 2.14: HMI monitor 21

Hình 3.1: Kích thước của động cơ và hộp số 26

Hình 3.2: Đường đặc tính của áp suất 28

Hình 3.3: Mô hình đáy cửa xả 30

Hình 3.4: Hệ thống cân hoàn thiện 31

Hình 4.1: Động cơ và hộp số băng tải 32

Hình 4.3: Đầu cân W100 34

Hình 4.4: Loadcell CB14-100K 35

Hình 4.5: PLC S7-1214-DC/DC/DC 36

Hình 4.6: Module RS485 CM 1241 37

Hình 4.7: Màn hình HMI KTP1000 Basic PN 37

Hình 4.8: sơ đồ mạch động lực 39

Hình 4.9: Sơ đồ mạch khí nén 40

Hình 4.10: Sơ đồ mạch điều khiển 40

Hình 4.11: Sơ đồ giải thuật điều khiển 41

Hình 4.12: Chương trình chính cho hệ thống cân 43

Hình 4.13: Một khung truyền của giao thức Modbus RTU 44

Hình 4.14: Funtion cài đặt các thông số cho giao tiếp RS485 modbus RTU 46

Hình 4.15: Đọc tín hiệu khối lượng bằng giao tiếp RS495 modbus RTU 46

Hình 4.16: Cài đặt điểm “zero point” cho khối lượng cân qua giao tiếp RS485 modbus RTU 47

Hình 4.17: Chương trình điều khiển các thiết bị chấp hành 48

Hình 4.18: Màn hình điều khiển chính 50

Hình 4.19: Màn hình auto 51

Hình 4.20: Màn hình “setting” cho chế độ auto 52

Hình 4.21: Màn hình manual 53

Bảng 2.1: Tính chất vật lý của một số vật liệu dạng hạt[3] 8

Bảng 2.2: So sánh Vi điều khiển và PLC 18

Bảng 3.1: Tra thông số động cơ và hộp số trên phần mềm Cat4cad 25

Bảng 3.2: Thông số các cấp mở cửa thoát liệu 30

Bảng 4.1: Thông số động cơ 3AWAR 63-06F-TH-TF 32

Bảng 4.2: Thông số hộp số 2 cấp SUA 506B 32

Bảng 4.3: Thông số van SY7120-5LZD-02 33

Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật đầu cân 34

Bảng 4.5: Thông số loadcell CB14-100K 35

Bảng 4.6: Thông số PLC 36

Bảng 4.7: Thông số màn hình HMI KTP1000 Basic PN 37

Bảng 4.8: Địa chỉ thanh ghi của đầu cân[10] 45

Bảng 4.9: Thanh ghi Status register (40007) 45

Bảng 4.10: Ký hiệu, chức năng cơ bản của các nút trên HMI 49

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương này trình bày việc ứng dụng cân tĩnh định lượng để xác định khối lượng sản phẩm đầu ra trong lĩnh vực sản xuất nói chung và sản xuất thức ăn chăn thủy sản nói riêng Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại cân tĩnh trên thị trường

1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng tĩnh

Việc đo lường, kiểm soát các khối lượng trong các nhà máy, xí nghiệp rất quan trọng Trong nhiều quá trình, việc đo lường tốt giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục, năng suất cao và tạo ra những sản phẩm tốt Trước đây để định lượng nguyên vật liệu trong bồn chứa, phễu chứa trong dây chuyền sản xuất, người ta sử dụng các sử phương pháp đo lường như đo bằng thể tích, đo mức, đo bằng lưu lượng, đo bằng cân

cơ học với sự cồng kềnh và độ chính xác không cao

Ngày nay, các hệ thống hiện đại đòi hỏi các hệ thống phải có độ chính xác cao và năng suất lớn, được kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất đã cho ra đời các hệ thống cân điện tử đo lường sử dụng loadcell Qua đó tiết kiệm chi phí tiêu hao nguyên liệu, tăng năng suất, quản lý được chi phí sản xuất

Các hệ thống cân sử dụng loadcell thường dùng như: Cân bồn, cân phễu, cân băng tải, cân dạng cơ,

a Hệ thống cân bồn b Hệ thống cân phễu

Hình 1.1: Một số hệ thống hệ thống cân thường dùng[1]

1.2 Cân đóng bao trong sản xuất thức ăn chăn nuôi

Thức ăn chăn nuôi là một nhân tố quan trọng trong phát triển chăn nuôi Ở nước ta hiện nay đã và đang sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống Thức ăn công nghiệp được sản xuất tại các nhà máy thức ăn nuôi với quy mô lớn với hệ thống tự động hóa

Một hệ thống cân đóng bao bán tự động gồm các thành phần như hình dưới:

Hình 1.2: Mô hình cân đóng bao bán tự động Nguyên liệu (cám thành phẩm, gạo, ) được cho vào bồn chứa nguyên liệu Bồn chứa có cơ cấu đóng mở đáy bồn được điều khiển để xả nguyên liệu cần cân vào cụm cân Bao được kẹp sẵn dưới nhờ xilanh khí nén Khi cân đủ bồn chứa sẽ đóng ngưng cho nguyên liệu xả xuống tiếp Nguyên liệu đã được cân trong cụm cân được xả vào bao, bao được thả rơi xuống băng tải và được khâu lại bằng máy khâu bao cầm tay

Hình 1.3: Một số hình ảnh cân thực tế trên thị trường

1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài

1.3.1 Mục tiêu

Nghiên cứu thiết kế, điều khiển hệ thống cân bán tự động trong cân thức ăn thủy sản

1.3.2 Nhiệm vụ

 Tìm hiểu tổng quát về hệ thống cân định lượng

 Nghiên cứu thiết kế hệ thống cân đóng bao bán tự động trong cân thức ăn thủy sản

 Nghiên cứu bộ điều khiển cho hệ thống

 Mô phỏng, thực nghiệm kiểm chứng ( nếu có điều kiện)

1.3.3 Phạm vi đề tài

 Thiết kế hệ thống cân đóng bao bán tự động với công suất 300-400 giờ

 Khối lượng cân từ 10 - 50Kg

 Sai số cân 0,1 Kg

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Chương này trình bày lựa chọn , chọn loadcell, đầu cân, bộ điều khiển

2.1 Bồn chứa nguyên liệu

2.1.1 Lựa chọn phương án cửa tháo liệu

Có hai phương án thường được sử dụng để tháo nguyên liệu từ trong bồn chứa, đó

là cửa tháo dạng hình nón và cửa thảo dạng hình nêm

Hình 2.1: Cửa tháo dạng hình nêm và hình nón Cửa thảo hình nón

 Các van xả không thích hợp đóng mở nhiều lần

 Điều khiển lưu lượng đáp ứng chậm

Cửa tháo hình nêm

 Ưu điểm

 Thường được sử dụng các cơ cấu cân

 Điều khiển mở khí nén, đáp ứng nhanh

 Nhược điểm

 Ít được hỗ trợ thiết bị sẵn trên thị trường

Kết luận: Lựa chọn cửa xả dạng hình nêm, kết hợp với cơ cấu đóng mở điều khiển bằng xilanh khí nén Độ mở của cơ cấu xả được chia làm 3 cấp, độ mở giảm dần để tăng tốc độ cân lẫn độ chính xác

2.1.2 Lựa chọn chế độ dòng chảy

Các hạt chất rắn do sự tác động của nội ma sát giữa các hạt sẽ tạo ra các chế độ dòng chảy khác nhau khi thoát ra khỏi bồn chứa Có hai loại dòng chảy phổ biến là mass flow và funnel flow Ngoài ra còn một trường hợp đặc biệt kêt hợp từ hai loại trên được gọi là expanded flow

Tên của các dạng dòng này đặc trưng cho cách mà chất rắn di chuyển trong bồn chứa qua cửa thoát liệu Với chế độ mass flow tất cả vật liệu sẽ cùng chuyển động trong bồn chứa mặc dù có thể không cùng vận tốc Funnel flow thì chỉ phần vật liệu giữa bồn chứa nằm phía trên cửa thoát liệu di chuyển Còn funnel flow là sự kết hợp của hai dạng trên

Hình 2.2: Các dạng dòng chảy vật liệu dạng hạt trong bồn chứa

Mass flow

 Ưu điểm:

 Dòng lưu lượng ổn định hơn

 Có thể dự đoán được trạng thái ứng suất tại thành bồn chứa

 Có sức chứa tốt hơn do tận dụng tối da thể tích

 Vật liệu vào trước sẽ cho ra trước

 Nhược điểm

 Gây mòn vách bồn đối với vật liệu mài mòn

 Ứng suất cao trên thành bồn

 Tạo rung lắc cho bồn khi vật liệu rơi

 Vật liệu được cho vào trước ra sau cùng

 Không tận dụng hết dung lượng lưu trữ

 Gây mất cân bằng bồn chứa

Vì vậy trong thiết kế bồn chứa người ta thường sử dụng thiết kế sao cho luôn tạo dòng mass flow Có thể tham khảo biểu đồ của Jenike[2] để dự đoán lựa chọn chế độ lưu lượng trong thiết kế ở sơ đồ hình 2.3 Biểu đồ dự đoán lưu lượng dạng mass flow hay funnel flow phụ thuộc vào các giá trị dốc của cửa thoát và góc vật liệu với tường do tạo bởi ma sát  '

Hình 2.3: Biểu đồ dự đoán chế độ đòng chảy Giá trị  ' được đo bằng thực nghiệm hoặc bằng 2 /3 giá trị trong bảng

Bảng 2.1: Tính chất vật lý của một số vật liệu dạng hạt[3]

Lựa chọn giá trị trong cột Gains(small) ta được giá trị góc ' 2.30 / 320o

Tra với biểu đồ trong hình 2.3 ta lựa chọn giá trị đáy cửa xả bằng 16o

2.2 Lựa chọn cánh khuấy[4]

Cánh khuấy thường được sử dụng trong các bồn trộn công nghiệp, về công dụng chung cánh khuấy được sử dụng để khuấy, trộn, đảo hỗn hợp chất rắn, chất lỏng, dung dịch hòa tan, Ngoài ra đối với cánh khuấy được sử dụng cho hệ thống cân có tác dụng đánh tan nguyên liệu vón cục, làm ổn định quá trình xả đáy trong khi cân Có nhiều loại cánh khuấy như: Khuấy turbin, khuấy mái chèo, khuấy mỏ neo,

2.2.1 Cánh khuấy turbin

Cánh tua-bin được sử dụng chủ yếu khuấy ở tốc độ trung bình và cao, để khuấy trộn các loại dung dịch (chất lỏng) có độ nhớt cao, hoà tan các chất rắn nhanh, khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn Tùy vào mục đích khuấy trộn mà cánh turbin có thể thẳng, nghiêng hay cong

 Dùng động cơ công suất lớn

2.2.2 Cánh khuấy mái chèo

Cánh khuấy dạng máy chèo có 2 cánh Do mái chèo phát sinh ra dòng phản xạ nên

Thích hợp với những chất lỏng (dung dịch ) có độ nhớt,, hay độ đậm đặc cao

Hình 2.5: Cánh khuấy dạng mái chèo

Hình 2.7: Cánh khuấy cho hệ thống cân

2.3 Lựa chọn cảm biến Load cell

Load cell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Load cell kiểu điện trở: Load cell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực - trở kháng Khi một tải trọng, lực, lực căng tác động lên cảm biến, trở kháng của nó thay đổi

Sự thay đổi trở kháng này sẽ đẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi một điện áp đầu vào được cấp

Load cell kiểu điện dung: Load cell kiểu điện dung làm việc dựa trên sự thay đổi của dung kháng Đối với tụ điện phẳng gồm 2 bản cực phẳng song song điện dung tỉ lệ thuận với tiết diện bản cực và hằng số điện môi của chất điện môi nằm giữa 2 bản cực

và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 bản cực

Trong thực tế phổ biến nhất là các loadcell kiểu điện trở và được sử dụng trong hệ thống cân này Vì thế ở đây, ta sẽ nói về loadcell sử dụng điện trở (strain gauge)

Cấu tạo loadcell sử dụng điện trở: Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 được dán vào bề mặt của thân loadcell Strain Gauge là một điện trở đặc biệt có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, Strain gauge được dán chết lên thân loadcell để chịu tải

Hình 2.8: Cấu tạo của một loadcell dạng thanh

Nguyên lý hoạt động: Các điện trở gauge strain được mắc thành mạch cầu Wheatstone Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều

đó dẫn tới sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra

Hình 2.9: Mạch cầu Wheastone 2.3.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản[5]

 Độ chính xác: Cho biết phần trăm chính xác trong phép đo Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp

 Công suất định mức: Giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được

 Dải bù nhiệt độ: Là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra

 Cấp bảo vệ: Được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi)

 Điện áp: Giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất

và giá trị nhỏ nhất 5 – 15 V)

 Độ trễ: Hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng

 Trở kháng đầu vào: Trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải

 Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V Giá trị cách điện giữa lớp

vỏ kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện

 Phá hủy cơ học: Giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng

 Giá trị ra: Kết quả đo được (đơn vị: mV)

 Trở kháng đầu ra: Cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải

 Quá tải an toàn: Là tải trọng mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% tải trọng)

 Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất của Load cell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt

dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%)

 Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: Giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải

2.3.3 Phân loại

Có thể phân loại loadcells như sau:

 Phân loại theo lực tác động: Chịu kéo (shear loadcell), chịu nén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (tension loadcell)

 Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu,dạng chữ S

 Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn

Hình 2.10: Mốt số loại loadcell trên thị trường 2.2.4 Lựa chọn loadcell

Loadcell dạng thanh được chọn cho hệ thống cân Loadcell dạng thanh với kết cấu đơn giản, giá thành rẻ và được sử dụng phổ biến

Hệ thống cân được trang bị hai loadcell dạng thanh và được bố trí như hình 2.11

Hình 2.11: Vị trí load cell

2.4 Phương án đọc tín hiệu từ loadcell

Tín hiệu của tất cả các loadcell là tín hiệu áp mV/V có giá trị 1mv/V , 2mV/V , 4 mV/V , 8 mV/V , 16 mV/V 32mV/V … tất cả các tín hiệu này đều rất nhỏ Chỉ cần truyền đi một khoảng cách rất ngắn là đã bị suy giảm tín hiệu và khả năng bị nhiễu rất cao Trên thực tế một số ứng dụng không cần độ chính xác cao, bộ điều khiển vẫn có thể đọc tín hiệu điện áp loadcell trực tiếp

2.4.1 Đọc tín hiệu Analog trực tiếp từ loadcell

2.4.3 Đầu cân

 Ưu điểm

 Thường dùng trong hệ thống cân công nghiê ̣p : cân xe tải, cân đóng bao, cân phểu, hệ thống tự đô ̣ng…

 Độ chính xác cao, có màn hình hiển thị trực tiếp khối lượng

 Tích hợp chuyển đổi mA, mV, ADC

 Hỗ trợ truyền thống: RS232, RS485, mạng internet,

 Hỗ trợ cân khối lượng tịnh, khối lượng tổng, tự động set “zero point”

 Các tính năng phụ: In, đếm số lượng, tính tiền,

 Nhược điểm

 Đầu cân có giá thành cao tùy thuộc vào tính năng của đầu cân

 Kích thước lớn so với module

Kết luận: Dựa vào các yêu cầu về độ chính xác và khả năng kết nối với các thành phần trong hệ thống (PLC, Scada) ta chọn sử dụng đầu cân Cụ thể là đầu cân Laumass

- W100

2.5 Phân tích lựa chọn thiết bị điều khiển

2.5.1 So sánh thiết bị điều khiển

 Độ ổn định còn phụ thuộc khả năng người thiết kế, lập trình

PLC

 Ưu điểm

 Dễ lập trình chủ yếu theo ngôn ngữ ladder

 Bền, ổn định, hỗ trợ chuẩn hóa thích hợp cho các hoạt động sản xuất

 Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/đầu ra khi thêm vào các khối chức năng vào/ra

 Nhược điểm

 Do được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp nên giá thành cao

 Các dòng PLC luôn được nâng cấp nên quá trình tiếp cận và cập nhập khó khăn Bảng 2.2: So sánh Vi điều khiển và PLC

Lắp đặt Tốn nhiều thời gian thiết kế Tốn ít thời gian

2.5.2 Nhận xét và lựa chọn thiết bị điều khiển

Vi điều khiển khả năng chống nhiễu không tốt, không phù hợp với làm việc trong môi trường công nghiệp

PLC là phương án thích hợp cho hệ thống cân đóng bao với các yêu cầu ổn định, chính xác, kết nối được với hệ thống Scada của nhà máy Cụ thể là lựa chọn PLC Simens S7-1200

Kết luận: với yêu cầu ổn định, chính xác, kết nối được với đầu cân và hệ thống Scada của nhà máy ta chọn PLC Cụ thể là dòng PLC Simens S7-1200

2.6 Lựa chọn thiết bị vận hành giữa con người và máy

Đánh giá các thiết bị HMI

Về thiết bị vận hành giữa con người và máy sấy có ba dạng thường được sử dụng

đó là LCD và HMI Keypad ; HMI Proface ; HMI Monitor

LCD và HMI Keypad

Hình 2.12: LCD va HMI Keypad

 Ưu điểm:

 Nhược điểm:

 Độ tin cậy, độ ổn định thấp

 Khó thiết kế giao diện

 Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp cao và rất khó mở rộng

HMI Proface

Hình 2.13: HMI proface

 Ưu điểm:

 Dễ cài đặt, nâng cấp, mở rộng sửa chữa

 Có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

 Độ phân giải cao, giao diện thiết kế sắc nét, rõ ràng

 Nhược điểm:

 Dùng nhiều trong các hệ thống lớn hoặc là giao diện chính để điểu khiển các phần, khu vực từ xa

 Giá thành cao

HMI Monitor

Hình 2.14: HMI monitor

 Ưu điểm:

 Dễ cài đặt, nâng cấp, mở rộng sửa chữa

 Có khả năng giao tiếp tốt với PLC

 Có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức

 Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp

 Nhược điểm:

 Giá thành cao

2.6.2 Lựa chọn thiết bị HMI

Yêu cầu HMI trong hệ thống

 Môi trường hoa ̣t động: khả năng chịu nhiệt, va cha ̣m tốt

 Khả năng hiển thị và lưu trữ dữ liệu

 Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp

 Dễ dàng thao tác, nhập các thông số

KL: Chọn HMI monitor

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

3.1 Thiết kế băng tải bao

3.1.1 Lựa chọn các thông số cơ bản

Lựa chọn băng cao su cốt vải cho băng tải chuyển gạo sau khi cân

Đối với thức ăn thủy sản thường được sử dụng 2 loại bao dệt để chứa với kích thước: 60x100cm (25kg) và 70 x 130cm (40kg) Do vậy lựa chọn kích thước rộng của băng B = 300 mm sẽ đáp ứng được yêu cầu

Lựa chọn vận tốc băng tải bằng với vận tốc máy khâu bao Newlong NP-7A là

v = 10m/phút = 0.17m/s

Tải trọng trên một mét dài[6], khi vận chuyển vật dạng kiện với khối lượng G (kg) nằm cách nhau một khoảng a = 1.5m

50 33,33( / ) 1.5

3.1.2 Tính toán lựa chọn động cơ

Tính toán công suất chủ yếu trên động cơ phụ thuộc vào những công thức để thắng những mất mát chính theo công thức[4]: ( băng tải đi lên +, đi xuống dấu “-”)

Q - Năng suất băng tải, Q = 13,60 (Tấn/giờ)

L - Chiều dài tang, lựa chọn L = 2,5 m để 2 người làm việc

H - Chênh lệch độ cao giữa tang đầu và tang cuối Do băng tải nằm ngang nên

tg

v

N P

Đối với tang dẫn động k = 125 khi i 2 6[4]

Vậy D125.3375mm

So sánh với đường kính tang tiêu chuẩn chọn D = 400mm

Số vòng quay của tang (puly)[6] là:

8, 28 0,98 .0, 4

v n

Bảng 3.1: Tra thông số động cơ và hộp số trên phần mềm Cat4cad

Sử dụng phần mềm Cat4cad lựa chọn động cơ và hộp số Lựa chọn động cơ có ký hiệu S 506B 3A 63-06F

Hình 3.1: Kích thước của động cơ và hộp số

3.2 Tính toán thiết kế phễu chứa

Áp suất theo phương thẳng đứng theo Walker được

trình bày theo công thức (3.6):

11

B n



sin sin 2( ) sin 31.sin 2(15 30,81)

q - Áp suất lên điểm trên phễu Giả sử khi cân chiều cao lớn nhất của vật liệu chứa

(cám viên) 3m Khi đó áp suất q = 14112Pa o

Vậy áp suất ngay tại cửa xả

Áp suất lên vách và áp suất theo phương thẳng đứng có đặc tính như hình 3.2

Hình 3.2: Đường đặc tính của áp suất

Áp suất lên vách và áp suất theo phương thẳng đứng lớn nhất khi h = ho, khi đó

5/2 0

k - Hệ số thực nghiệm, 1<k<2 ngoại trừ cát k=2,9[7] Chọn k=1,6

pb - Khối lượng riêng Kg/m3 Pb=480kg/m3 cho cám viên có độ ẩm 8 10%

g - Gia tốc trọng trường g=9,8m/s2

p

d - Đường kình của hạt lựa chọn đường kính trung bình cảm viên d p  3 103m

d0 - Đường kính cửa xả theo đơn vị m (nếu cửa xả không có dạng hình tròn, sử dụng đường kính biểu kiến bằng 4 lần diện tích / chu vi)

Từ công thức (3.8) suy ra:

2 2/5

Vậy cửa thoát liệu được thiết kế 3 cấp với thông số như sau:

Bảng 3.2: Thông số các cấp mở cửa thoát liệu

Cấp tốc độ Lưu lượng

(Kg/s)

Đường kính biểu kiến (m)

Hình dạng thực

tế

Kích thước (cm)

Hình 3.4: Hệ thống cân hoàn thiện