NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ TÍNH KHỐI LƯỢNG ,GỖ KEO THÂN TRỤ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Đề Tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ TÍNH KHỐI LƯỢNG GỖ KEO THÂN TRỤ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TÍNH KHỐI LƯỢNG GỖ KEO THÂN TRỤ..............................................................................................3 1.1 TÍNH KHẢ THI VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG.......................3 1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN...................................................................7 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU,THỰC HIỆN..................................7 1.4 GIỚI HẠN, PHẠM VI NGHIÊN CỨU...............................................8 1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN.......................................................................8 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................................................9 2.1 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ TÍNH KHỐI LƯỢNG GỖ 9 2.1.1 Kết cấu khung, giá đỡ.....................................................................9 2.1.2 Hệ thống truyền động...................................................................13 2.1.3 Các thiết bị gá, thiết bị an toàn cơ khí..........................................13 2.2 Hệ thống điện điều khiển....................................................................13 2.2.1 Động cơ........................................................................................13 2.2.2 Cảm biến.......................................................................................13 2.2.3 Nguồn điện và mạch công suất.....................................................13 2.2.4 Các thiết bị điện............................................................................13 2.3 Bô điều khiển logic PLC.....................................................................13 2.4 Hệ thống giám sát sử dụng WinCC....................................................13 3 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG...........13 3.1 Mô hình hóa hệ thống.........................................................................13 3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí.....................................................13 3.2.1 Thiết kế, tính toán kết cấu khung.................................................13 3.2.2 Tính toán, thiết kế bộ truyền, con lăn, băng tải............................13 3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển..............................................13 3.3.1 Hệ thống điện công suất...............................................................13 3.3.2 Hệ thống cảm biến và điều khiển.................................................13 3.3.3 Hệ thống kết nối và hiển thị.........................................................13

KHỐI LƯỢNG GỖ KEO THÂN TRỤ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1], Gỗ Keo [Online]

https://homeoffice.com.vn/go-keo-la-gi-go-keo-co-tot-khong.html

[2], Nguyên liệu giấy [Online]

http://www.sovi.com.vn/ban-tin/nguyen-lieu-nganh-giay-chay-qua-che-bien-go-1095.html

[3], Kết Cấu Khung

https://bangtaicongnghiep.com.vn/kich-thuoc-nhom-dinh-hinh-va-nhung-loai-thong-dung [Online]

[4], Băng tải con lăn

https://bangtai-vn.vn/bang-tai-con-lan/tinh-toan-che-tao/ [Online]

[5], TCVN về con lăn

http://hethongphapluatvietnam.net/tieu-chuan-quoc-gia-tcvn-5191-1990-ve-bang-con-lan-yeu-cau-ky-thuat-chung.html [Online]

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Hình ảnh rừng keo lai được trồng 5

Hình 2: Pallet làm từ gỗ keo 6

Hình 3: Đồ nội thất làm từ gỗ keo 6

Hình 4: Kết cấu khung 9

Hình 5: Thanh nhôm định hình 10

Hình 6: Kích thước nhôm định hình 10

Hình 7: Băng tải con lăn 11

Hình 8: Con lăn trên băng tải 11

Hình 9: Bạc lót ở 2 đầu con lăn 12

Hình 10: Bánh xích gắn với trục con lăn khớp vào xích để truyền động 12

MỤC LỤC

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TÍNH KHỐI LƯỢNG GỖ

KEO THÂN TRỤ 3

1.1 TÍNH KHẢ THI VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG 3

1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN 7

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU,THỰC HIỆN 7

1.4 GIỚI HẠN, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 8

1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 8

2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ TÍNH KHỐI LƯỢNG GỖ 9 2.1.1 Kết cấu khung, giá đỡ 9

2.1.2 Hệ thống truyền động 13

2.1.3 Các thiết bị gá, thiết bị an toàn cơ khí 13

2.2 Hệ thống điện điều khiển 13

2.2.1 Động cơ 13

2.2.2 Cảm biến 13

2.2.3 Nguồn điện và mạch công suất 13

2.2.4 Các thiết bị điện 13

2.3 Bô điều khiển logic PLC 13

2.4 Hệ thống giám sát sử dụng WinCC 13

3 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 13

3.1 Mô hình hóa hệ thống 13

3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí 13

3.2.1 Thiết kế, tính toán kết cấu khung 13

3.2.2 Tính toán, thiết kế bộ truyền, con lăn, băng tải 13

3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển 13

3.3.1 Hệ thống điện công suất 13

3.3.2 Hệ thống cảm biến và điều khiển 13

3.3.3 Hệ thống kết nối và hiển thị 13

1.1 TÍNH KHẢ THI VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG

 Đã từ lâu ngành công nghiệp chế biến gỗ vẫn luôn phổ biến và ngày mộtphát triển mạnh mẽ hơn Khối lượng gỗ con người sử dụng ngày càng nhiều

và nó tỉ lệ thuận với sự phát triển của con người Lí do là bởi vì con người

sử dụng gỗ trong hầu hết các ngành với các chức năng khác nhau trong cácngành khác nhau như:

 Trong công nghiệp: Gỗ được sử dụng làm chất đốt, nguyên liệusản xuất giấy, sản xuất pallet, sản xuất đồ nội thất…

chuồng trại, đốt gỗ để sưởi ấm vật nuôi, làm dàn cho những cây leo,…

 Trong giao thông vận tải: trước đây xe được làm bằng gỗ rấtnhiều nhưng hiện nay đã không còn nữa

 Trong kiến trúc: Gỗ được sử dụng để làm sàn gỗ, trần gỗ, nhà gỗ,xây dựng mô hình thiết kế,…

 Xây dựng Trước đây việc đổ bê tông đều cần đến gỗ nhưng hiệnnay đã dần thay thế bằng các khung sắt thép,

 Ngoài ra tàu phà, thuyền bè, dụng cụ học sinh, nhạc cụ,…

 Keo là cây gỗ thẳng, thuộc nhóm III, màu vàng trắng có vân, có giác lõi

phân biệt, gỗ có tác dụng nhiều mặt Cho nên gỗ keo lai rất phù hợp với các

dự án lâm nghiệp thương mại Cây keo là một chi của một số loài cây thânbụi và thân gỗ có nguồn gốc tại đại lục cổ Gondwana, thuộc về phân họTrinh nữ (Mimosoideae) thuộc họ Đậu (Fabaceae) Trong tiếng Anh, cácloài ở Australia gọi chung là wattle (cây keo Úc), còn các loài châu Phi vàchâu Mỹ gọi chung là acacia (cây keo).[CITATION Gỗk \l 1033 ]

 Cây keo chủ yếu được nước ta sử dụng đó là cây keo lai với khả năng sinh

trưởng cực tốt, đem lại chất lượng cao và ổn định, có thể chống chịu sâu

bệnh tốt, thích ứng với thời tiết khô hạn Vì thế, keo lai được trồng nhiều

KHỐI LƯỢNG GỖ KEO THÂN TRỤ

trên địa bàn Bình Phước và các tỉnh Nam Bộ.

Hình 1: Hình ảnh rừng keo lai được trồng.

 Gỗ keo lai được ứng dụng rất nhiều trong đời sống con người:

 Làm giấy: Cây keo lai là nguyên liệu chủ yếu cho ngành sản xuất giấy từtrước đến nay Tuy nhiên một số năm gần đây nó đang chuyển dần sang làmnguyên liệu sản xuất Pallet và đồ gỗ nội thất do người ta đã biết cách xử líloại gỗ này Vì vậy ngành giấy đang trờ nên thiếu hụt nguyên liệu gỗ vàphải nhập khẩu bột giấy với mức giá cao đã làm những doanh nghiệp sảnxuất giấy trở nên lao đao.[CITATION Ngu \l 1033 ]

 Làm viên nén gỗ: Có nhưng rất ít, nếu sử dụng thì chỉ sử dụng vỏthân cây và những phần gỗ cắt thừa

 Làm Pallet chở hàng: Pallet làm từ gỗ keo đang rất được ưachuộng và dần thay thế Pallet gỗ thông bởi đặc tính không thua kém màmức giá thì lại hấp dẫn hơn hẳn Ảnh minh họa Pallet hình bên dưới:

Hình 2: Pallet làm từ gỗ keo

 Làm đồ nội thất: Gỗ keo hiện nay được ứng dụng rất nhiều trong nội thấtgiá đình, trong xây dựng và rất nhiều lĩnh vực khác, người ta đã dần thấyđược hết những giá trị kinh tế mà gỗ keo mang lại Không giống như trướcđây gỗ keo thường chỉ được xem là nguyên liệu chính trong ngành giấy thìhiện nay nhờ sự tiến bộ của công nghệ mà những vật dụng được sản xuất từ

gỗ keo như bàn, ghế, tủ, kệ, sàn nhà, v.v Gỗ keo được khách hàng rất ưachuộng và tin dùng, bởi chất lượng sản phẩm ổn định, mẫu mã đa dạng đẹpmắt mà giá thành thì hết sức hợp lỹ so với các loại gỗ tự nhiên khác

Hình 3: Đồ nội thất làm từ gỗ keo

 Từ những dữ liệu trên ta thấy được tầm quan trọng của gỗ

keo ngày càng nâng cao và có tiềm năng phát triển trong tương lai Đặc biệt là công nghệ chế tạo giấy từ gỗ keo nghiền đang thiếu hụt nguyên liệu đòi hỏi đặt ra một bài toán tiết kiệm và tính toán sử dụng một cách hợp lí chính xác nguyên liệu sẽ giảm được hao tổn không cần thiết và góp phần bảo vệ tự nhiên bảo vệ môi trường Hơn hết là việc tính toán để tiến hành tiết kiệm gỗ keo sẽ giảm được lượng bột giấy nhập khẩu và đảm bảo ổn định được doanh thu của các doanh nghiệp sản xuất giấy.

 Để thực hiện được vấn đề cấp thiết trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu,thiết kế hệ thống băng tải và tínhkhối lượng gỗ keo thân trụ Để người sửdụng có thể biết được lượng gỗ keo đã đi qua băng tải để vào hệ thốngnghiền

 Hệ thống của chúng tôi bao gồm những bộ phận chính như sau:

 Máy tính khối lượng gỗ keo thân trụ có khả năng kiểm đếm khốilượng thân cây gỗ đi trên băng tải trước khi đưa vào nghiền bột gỗ

 Máy có hệ thống cảm biến để đo đường kính thân gỗ đi qua tạinhiều điểm sau đó tính toán ra khối lượng gỗ thực tế

 Máy phải có chế độ hiển thị số lượng thân cây đi qua, đườngkính thân cây, tổng khối lượng gỗ đã đi qua và lưu vào bộ nhớ

 Ngoài ra máy cần có hệ thống gá đặt với băng tải một cách chắcchắn và phù hợp

 Nghiên cứu, tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống

 Nghiên cứu về nguyên lí làm việc của chiếc máy

 Nghiên cứu điều khiển hệ thống cơ khí dựa vào nguyên lí

 Tìm hiểu qua báo công nghệ, internet, xem video và đọc ebook, … về

những sản phẩm tương tự để hiểu, chắt lọc và học hỏi.

 Tham khảo thực tế những trạm phân loại sản phẩm, trạm đo đạc và xử líthông số sử dụng PLC để điều khiển

 Tìm hiểu kĩ về cách sử dụng các loại cảm biến cần dùng trong hệ thống

 Tìm hiểu về điều khiển các động cơ cần dùng và chọn động cơ cho hệthống

 Sử dụng phần mềm Solidworks để vẽ cơ cấu cơ khí

 Sử dụng phần mềm lập trình và mô phỏng của PLC để viết chương trìnhđiều khiển và mô phỏng quá trình điều khiển trên WinCC

 Giới hạn thiết kế trên phần mềm, cụ thể là phần mềm Solidworks

 Tính toán kết cấu trong phạm vi những kiến thức đã học, cụ thể là kíchthước của những chi tiết để đảm bảo nó phù hợp với mục đích để tiến hànhviệc chọn động cơ

 Hệ thống điện trên máy được thiết kế và vẽ trên phần mềm, cụ thể là mộtbản vẽ tổng thể hệ thống đấu dây trong máy

 Phần điều khiển chỉ viết và mô phỏng trên phần mềm lập trình

1.6 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ TÍNH KHỐI LƯỢNG GỖ

1.6.1 Kết cấu khung, giá đỡ

Hình 4: Kết cấu khung.

 Bao gồm:

 4 chân bằng nhôm định hình

 2 thanh nhôm định hình dọc theo chiều dài

 2 thanh nhôm định hình chiều rộng

 Các ke góc nổi tại các vị trí nối nhôm định hình

 Bạc lót con lăn

 Bánh xích gắn vào trục con lăn

 Xích truyền chuyển động cho hệ con lăn

Hình 7: Con lăn trên băng tải

Hình 11: Trục vít.

Hình 12: Bánh vít.

1.6.3 Các thiết bị gá, thiết bị an toàn cơ khí

 Thiết bị gá là một giá với 2 hình chữ Y với vật liệu chắc chắn và được đẩy

lên nhờ động cơ và trục vít-bánh vít.

Hình 13: Thanh gá chữ Y

nhận biết cây gỗ đi vào đặt ở đầubăng tải

 Cảm biến quang khuếch tánnhận biết cây gỗ vào đúng vị tríđo

 2 cảm biến điện cảm làm côngtắc hành trình cho bộ phận nâng

hạ bộ gá

 2 Cảm biến khoảng cách radar

laser GY-530 VL53L0X ToF đểtính ra đường kính cây gỗ.

 1 cảm biến ở cuối băng tải đểnhận biết khúc gỗ đã ra khỏibăng tải

Động cơ

 Băng tải sử dụng động cơ khôngđồng bộ 3 pha xoay chiều

 Nâng hạ bộ gá sử dụng động cơbước

 Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt

với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơđồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điệnrời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển độngcủa rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

 Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ:ĐỘng cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suấtnhỏ

 Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từngbước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việcnhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theothứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với sốlần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc

vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

Hình 14: Động cơ bước

 Khái quát chung về cấu tạo, động cơ máy điện không đồng bộ 3 pha gồm

có:

 Phần tĩnh (STATOR): Gồm khung, sắt từ và dây quấn;

 Lõi thép Stator gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhautạo thành khối Dây quấn được đặt vào rãnh của lõi sắt và cách điệnđóng vai trò quan trọng trong việc trực tiếp tham gia vào quá trình biếnđổi năng lượng điện năng thành cơ năng và ngược lại

 Phần quay (ROTOR): Gồm Rotor, trục và bạc đạn

 Lõi sắt của Rotor bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như củaStator, điểm khác biệt là giữa các lá thép không cách điện Chúng được

ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy Mặt ngoài lõithép được dập rãnh để hấp thụ từ và ở giữa có dập lỗ để lắp trục

 Trục mang Rotor quay trong lòng Stator có thể được cấu tạo từthép cacbon từ 5 đến 45, trên trục có lõi thép, bạc đạn và quạt gió

Hình 15: Động cơ điện xoay chiều 3 pha rô-to lồng sóc

1.7.2 Cảm biến

Hình 16: Cảm biến quang khuyếch tán E3F3_D11 2M

 Cảm biến quang khuếch tán E3F3-D11 2M.

 Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra, cấp nguồn ngược cực

 Nhiệt độ làm việc: -25oC ~ 55oC

 Cảm biến đo độ dài để tính ra đường kính cây gỗ:

Hình 17: Cảm biến khoảng cách radar laser GY-530 VL53L0X ToF

 Dòng sử dụng trung bình: lúc hoạt động 20mA, lúc nghỉ 6uA

 Phương pháp đo khoảng cách: Tia Laser

 Khoảng cách đo trung bình:

 Tối thiểu: 2cm

 Trong nhà: Nền màu trắng: 200cm+, các màu khác: 80cm

 Ngoài trời: Nền màu trắng: 80cm, các màu khác: 50cm

 Dạng tín hiệu trả về: I2C mức TTL 3.3~5VDC

 Kích thước: 10.5 x 13.3 mm

 Cảm biến tiệm cận điện cảm thay cho công tắc hành trình:

Hình 18: Cảm Biến Tiệm Cận Omron - TC0mron09

 Cảm Biến Tiệm Cận Omron - TC0mron09

 Cảm biến tiệm cận omron dùng để phát hiện sắt trong khoảngcách 1cm Dùng cùng bộ đếm sản phẩm hoặc dùng trong việc điềuchỉnh các thiết bị

 Dòng điện 1 chiều 24V sử dụng cho bộ điều khiển

 Dòng điện xoay chiều 220V sử dụng cho động cơ không đồng bộ 3 phaxoay chiều

bước nâng hạ hệ thống gá quay chiều thuận hay chiều nghịch để nâng hay

hạ hệ thống gá

 Máy tính: Nhận kết quả đường kính đo được từ cảm biến đo chiều dài vàtính toán ra thể tích và khối lượng gỗ và hiển thị số lượng cây gỗ đã đi qua

 PLC viết tắc là Programmable Logic Controller: là thiết bị điều khiển lậptrình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình đểthực hiện một loạt trình tự các sự kiện

Hình 19: PLC S7-1200

 Ưu điểm:

 Kích thước vật lý rất gọn, điều khiển nhanh

 Khả năng chống nhiễu và thích nghi với môi trường tốt

Bảng So sánh các phương án chọn bộ điều khiển:

và lắp đặt

Tốn thờigian thiết kế

Tốnnhiều thờigian lập trình

Lậptrình và lắpđặt đơn giản

Kém-Kém-cónhiều mạch

chuyên dùng

Tốt- cácmodule đượctiêu chuẩnhóa

 Bộ xử lý trung tâm CPU 1214C AC/DC/RLY :

và TCP/IP

 Danh sách các module sử dụng:

Hình 21: Danh sách module

 Module truyền thông CM 1241 (RS485): để giao tiếp giữa PLC

và máy tính chứa SCADA

 Module truyền thông CM 1241 (RS232): để giao tiếp giữa PLC

và màn hình HMI

1.9 LƯU ĐỒ TIẾN TRÌNH

start

Phát hiện phôi

Băng tải chạy

Phôi đến thùng chứa

Dừng băng tải Kết thúc

Hình 22: Bản địa chỉ PLC

1.10 CHƯƠNG TRÌNH

Hình 23: Start và điều khiển động cơ băng tải

Hình 24: Đếm số lượng và delay đưa gá đi lên

Hình 25: Điều khiển gá đi lên và delay 5 s để đo

Hình 26: Điều khiển gá đi xuống và delay 2s để bật băng tải chạy tiếp

Hình 27: Băng tải chạy tiếp 4 s

1.11 GIỚI THIỆU VỀ MÀN HÌNH HMI TP700-COMFORT:

Hình 28: Màn hình HMI thực tế.

 HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếpgiữa người điều hành và máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứcách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giaodiện thì đó là một HMI

 HMI là giao diện giữa người và máy là một hệ thống dùng để người dùnggiao tiếp,thông tin qua lại với hệ thống điều khiển thông qua bất kỳ mọihình thức HMI cho phép người dùng theo dõi, ra lệnh điều khiển toàn bộ

hệ thống HMI có giao diện đồ họa, giúp cho người dùng có cái nhìn trựcquan về tình trạng của hệ thống

 Màn hình TP700 Comfort:

Hình 29: Màn hình TP700 Comfort

 Để nạp chương trình cho HMI-TP700 Comfort, cần phải có cáp thích hợp.

Vì TP700- Comfort hỗ trợ nạp qua cổng RS232 nên sử dụng cổng này để

nạp chương trình và cáp nạp được làm theo sơ đồ sau :

Hình 30: Sơ đồ nối cáp.

Hình 31: Giao diện thiết kế HMI của TIA POTAL

 Giao diện của phần mềm giao diện cho màn hình TP700: TIA PORTAL

 1 : Thanh công cụ hỗ trợ thiết kế

 2 : Cửa sổ quản lý các đối tưởng thiết kế

 3 : Khu vực thể hiện màn hình HMI



1.12 HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỬ DỤNG WINCC

1.12.1Giới thiệu về Wincc

 Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xâydựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục

vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (SupervisoryControl And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa

1.12.2Mô phỏng hệ thống

Hình 32: Cửa sổ design

Hình 33: Hệ thống khi chưa có phôi

Hình 34: Khi có phôi ở đầu băng tải

Hình 35: Băng tải chạy

Hình 36: Phôi đến vị trí đo

Hình 37: Phôi được đẩy lên

Hình 38: Phôi được hạ xuống

Hình 39: Phôi tiếp tục được chuyển đi

Hình 40: Phôi được đưa vào thùng và băng tải dừng hoạt động

Hình 41: Hệ thống tiếp tục khi có phôi tiếp theo

Hình 42: Ấn nút stop dừng hệ thống và reset lại bộ đếm