Đang tải... (xem toàn văn)
Từ thời xa xưa con người đã biết khuấy trộn nguyên liệu để phục vụ cho sinh hoạt cũng như phục vụ cho buôn bán, sinh hoạt. Nhưng những công đoạn khuấy trộn này còn thô sơ và dùng sức người là chính. Khi nền kinh tế phát triển cùng với khoa học kỹ thuật luôn phát triển trong tất cả các lĩnh vực, nhất là các ngành sản xuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Một trong những hệ thống đó là hệ thống khuấy trộn nguyên liệu tự động1. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả. Tuy nhiên với điều kiện ở Việt Nam, chi phí cho các hệ thống khuấy trộn nguyên liệu tự động khá lớn nên chỉ được áp dụng cho các hệ thống có yêu cầu khuấy trộn phức tạp, còn một lượng lớn các doanh nghiệp vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc. Ưu điểm vượt trội của phương pháp khuấy trộn tự động so với việc khuấy trộn thủ công là thời gian khuấy nhanh và độ chính xác cao. Cho đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về công nghệ và phương pháp khuấy trộn. Một số tài liệu về công nghệ khuấy trộn: 1. Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình và thiết bị khuấy trộn trong công nghệ, Nhà xuất bản Xây Dựng. 2. Nguyễn Quang Minh (2014), Các lọai máy khuấy trộn, < Arduino, http:arduino.cc>. 3. Nguyễn Tăng Cường (2016), Máy khuấy trộn nông sản thực phẩm, Mục đích chung của các công trình nghiên cứu này là tạo ra sản phẩm ứng dụng nhằm tự động hóa nâng cao năng suất lao động và hiệu quả trong sản xuất. Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ hoặc các thiết bị điện khác. Phần cứng của thiết bị đã tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thống thư viện vô cùng phong phú được chia sẻ miễn phí trên Internet. Chính vì thế mà Arduino đã và đang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới4.
1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Văn Quyết PHẦN A MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ thời xa xưa người biết khuấy trộn nguyên liệu để phục vụ cho sinh hoạt phục vụ cho buôn bán, sinh hoạt Nhưng công đoạn khuấy trộn thơ sơ dùng sức người Khi kinh tế phát triển với khoa học kỹ thuật phát triển tất lĩnh vực, ngành sản xuất Việc đòi hỏi cải tiến nâng cấp hệ thống sản xuất ưu tiên hàng đầu Một hệ thống hệ thống khuấy trộn nguyên liệu tự động[1] Hệ thống giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao hiệu Tuy nhiên với điều kiện Việt Nam, chi phí cho hệ thống khuấy trộn nguyên liệu tự động lớn nên áp dụng cho hệ thống có u cầu khuấy trộn phức tạp, lượng lớn doanh nghiệp sử dụng trực tiếp sức lực người để làm việc Ưu điểm vượt trội phương pháp khuấy trộn tự động so với việc khuấy trộn thủ công thời gian khuấy nhanh độ xác cao Cho đến có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ phương pháp khuấy trộn Một số tài liệu công nghệ khuấy trộn: [1] Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình thiết bị khuấy trộn công nghệ, Nhà xuất Xây Dựng [2] Nguyễn Quang Minh (2014), Các lọai máy khuấy trộn, < Arduino, http://arduino.cc> [3] Nguyễn Tăng Cường (2016), Máy khuấy trộn nông sản thực phẩm, Mục đích chung cơng trình nghiên cứu tạo sản phẩm ứng dụng nhằm tự động hóa nâng cao suất lao động hiệu sản xuất Arduino bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động hoặc thiết bị điện khác Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngơn ngữ lập trình Java lại vơ dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C hệ thống thư viện vô phong phú chia sẻ miễn phí Internet Chính mà Arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ toàn giới[4] Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình, ngồi lợi ích sau: Làm việc chắc chắn, liên tục, tuổi thọ cao, chịu môi trường khắc nghiệt Có thể làm việc nhiều điều kiện khác Sử dụng đơn giản, giá thành rẻ[4] Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa phân xưởng, nhà kho khu vực điều hành quản lý tiếp tục nâng cao với kiến thức học trường, Em nghiên cứu thực đề tài “ Thiết kế, chế tạo mơ hình máy khuấy trộn ” Đây phần nhỏ quy trình sản xuất, em mong với đề tài em củng cố kiến thức học trường ứng dụng phần nhỏ sản xuất Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế, chế tạo thành công mơ hình máy khuấy trộn Ý nghĩa khoa học đề tài - Tìm hiểu cơng nghệ khấy trộn công nghiệp: cấu tạo, nguyên lý làm việc hệ thống khuấy trộn - Tìm hiểu cách lắp đặt, kết nối, lập trình hệ thống khuấy trộn Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đã thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình máy khuấy trộn phát triển để ứng dụng thực tế sản xuất Đề tài giúp em trải nghiệm thực tế thi công hệ thống làm quen dần với việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế, thiết bị kỹ thuật PHẦN B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan phương pháp khuấy trộn Khuấy trộn trình học dùng nhiều trình sản xuất thực phẩm nhằm tăng cường trình truyền nhiệt hoặc để thu hỗn hợp đồng từ nhiều cấu tử trộn lại Ngồi khuấy trộn dùng nhiều để làm tan nhanh chất rắn lỏng hoặc tăng cường phản ứng hóa học hỗn hợp[1] Quá trình khuấy hệ lỏng thường gặp cơng nghiệp: cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng Q trình khuấy thực ống có chất lỏng chảy qua, bơm vận chuyển, đĩa tháp tinh luyện thiết bị khuấy hoạt động nhờ lượng học đưa vào qua cấu khuấy hoạt động nhờ lượng khí nén[1] Có thể chia phương pháp khuấy trộn làm hai loại: - Khuấy trộn thủ cơng q trình mà người trực tiếp tham gia vào công đoạn khuấy trộn - Khuấy trộn tự động trình mà thiết bị điều khiển tự động đóng vai trò chủ đạo Trong trình khuấy tự động chia thành nhiều phương pháp khác - Các phương pháp điều khiển khuấy trộn tự động: + Điều khiển sử dụng PLC + Điều khiển sử dụng vi điều khiển + Điều khiển sử dụng Arduino • Một số hệ thống khuấy trộn công nghiệp: Theo nguyên lý làm việc, hệ thống khuấy chia làm hai loại: liên tục gián đoạn Loại làm việc liên tục gồm loại sau: - Máy trộn vít tải nằm ngang trục, hai trục - Máy trộn ly tâm Loại làm việc gián đoạn gồm loại sau: - Máy khuấy thùng quay hình trụ nằm ngang, thẳng đứng, trục chéo, hình lục giác nằm ngang, chữ V - Máy khuấy nằm ngang trục, hai trục - Máy khuấy vít tải thẳng đứng - Máy khuấy lớp sơi có cánh đảo 1.2.Nhiệm vụ, phân loại máy khuấy trộn a Nhiệm vụ: - Khuấy trộn thành phần nguyên liệu định sẵn thành hỗn hợp đồng - Tăng cường q trình hóa sinh học trình chế biến thực phẩm - Tăng cường trình trao đổi nhiệt chế biến thực phẩm - Hòa tan chất vào chất khác (hồ tan muối, đường với chất khác) Ba loại trình điển hình thực với loại đồng thể dị thể khác hệ lỏng-lỏng, lỏng-khí, lỏng-rắn b Phân loại Có nhiều cách để phân loại máy khuấy trộn phân loại theo nguyên lý cấu tạo, theo bố trí phận trộn, theo số phận trộn, theo cách làm việc, theo tính chất sản phẩm đầu ra…v.v Phân loại theo nguyên lý cấu tạo: - Máy trộn có phận trộn quay: + Máy trộn kiểu vít + Máy trộn kiểu cánh quạt + Máy trộn kiểu hành tinh + Máy trộn kiểu cánh gạt - Máy trộn thùng quay: + Máy trộn kiểu trống + Máy trộn kiểu côn - Máy trộn - định mức phối hợp 10 Phân loại theo cách bố trí phận trộn: - Máy trộn kiểu vít hay cánh gạt ngang - Máy trộn kiểu vít hay cánh gạt đứng - Máy trộn kiểu vít nghiêng Phân loại theo số phận trộn: - Máy trộn kiểu đơn, kép - Máy trộn kiểu thùng, đơn, kép Phân loại theo cách làm việc: - Máy trộn liên tục - Máy trộn gián đoạn Phân loại theo tính chất sản phẩm: - Máy trộn khô - Máy trộn nước - Máy trộn ướt 1.4.Yêu cầu kỹ thuật máy khuấy trộn - Đảm bảo chất lượng trộn cao (đặc trưng độ đồng đều), trộn hỗn hợp có thành phần với tỉ lệ Độ trộn đồng có ý nghĩa lớn việc bảo đảm phẩm chất, giá trị sản phẩm đầu - Có khả trộn hỗn hợp lỏng - Có suất cao chi phí lượng dùng thấp 1.5.Các loại máy khuấy a Khuấy trộn khí Các cánh khuấy có hình dạng khác nhau, lắp đặt máy Khi máy hoạt động cánh khuấy tạo xáo trộn dòng chất lỏng Cánh khuấy thường sử dụng bể khuấy trộn phương tiện để trộn chất lỏng huyền phù Cánh khuấy thông thường sử dụng thiết kế mở gắn với trục trung tâm đặt trung tâm bể[3] 47 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối với arduino a Phương pháp thi công hệ thống khí: Hệ thống khí thi cơng dựa theo vẽ nguyên lý, thiết kế cách sử dụng cơng cụ, máy móc chun dụng, vật liệu chọn làm mơ hình kính, gỗ Các loại vật liệu sử dụng gồm: - Kính mm: Sử dụng làm bể khuấy cho mơ hình - Silicon để dán kính - Gỗ dùng làm giá đỡ điều khiển Các loại máy móc, thiết bị sử dụng để chế tạo mơ hình máy khuấy: - Máy cắt kính: Để cắt kính 48 - Máy cưa bàn cắt gỗ: Để cắt gỗ Hình 2.23 Máy cưa bàn cắt gỗ - Máy khoan: Được sử dụng để khoan kính, gỗ - Máy mài: Dùng để mài nhẵn chi tiết bề mặt vật liệu - Máy cưa lọng cắt gỗ: Dùng để đục lỗ rỗng gỗ - Máy cưa đĩa cắt gỗ: Được dùng để cắt gỗ 49 Hình 2.24.Máy cưa đĩa cắt gỗ máy khoan b Phương pháp thi công hệ thống điều khiển Phần cứng thi công dựa theo vẽ nguyên lý, thiết kế cách sử dụng công cụ, máy móc chuyên dụng, thiết bị điều khiển, thiết bị phản hồi đấu nối, lắp ghép với vật liệu dẫn điện, cách điện cố định theo sơ đồ nguyên lý, thiết kế Các loại vật liệu, vật tư bao gồm: - Kính: Được dùng làm bể khuấy - Silicon : Được dùng để gắn mảnh kính tạo thành bể khuấy - Gỗ: Được dùng làm giá đỡ điều khiển - Dây điện: Dùng để dẫn điện, dẫn tín hiệu - Phích cắm điện đực cái: Dùng để lắp ghép, dẫn điện thiết bị điện - Băng dính đen: Dùng để quấn mối nối dây điện - Dây thít, ốc, vít: Dùng để cố định dây điện, thiết bị điện Các dụng cụ, máy móc sử dụng bao gồm: - Máy khoan: Dùng để khoan tủ điều khiển tủ điện - Các dụng cụ khác như: Dao, kéo, kìm, tuốc nơ vít dùng để cắt, vặn chi tiết, ốc, vít 50 Hình 2.25 Một số dụng cụ dùng lắp ghép tủ điện • Phương pháp thi cơng phần mềm hệ thống điều khiển: Phần mềm hệ thống điều khiển lập trình dựa theo lưu đồ thuật tốn xây dựng với mục đích đáp ứng u cầu cơng nghệ đặt • u cầu cơng nghệ vận hành mơ hình: Q trình khuấy bắt đầu cắm điện, bắt đầu cắm điện cảm biến siêu âm kiểm tra mức nước bể khuấy ( h >= 53cm) sai mở van xả, cho bơm bơm chạy Cảm biến siêu âm kiểm tra mức nước bể khuấy ( h = 55 cm) sai tiếp tục xả van, đóng van xả kết thúc q trình khuấy • Xác định cơng cụ, phương tiện cho việc lập trình phần mềm: - Sử dụng chương trình Arduino IDE để lập trình phần mềm hệ thống - Sử dụng máy tính có cài đặt chương trình Arduino IDE làm phương tiện giao tiếp người lập trình chương trình Arduino IDE 51 Hình 2.26 Máy tính có cài đặt Arduino IDE 2.3.5 Phương pháp nghiên cứu nội dung 4: Hoàn thiện, chạy thử đánh giá ổn định hệ thống: - Lắp ghép phận, hệ thống thi công riêng lẻ thành hệ thống hoàn chỉnh - Kiểm tra lại phần cứng chỗ đấu nối, hệ thống cấp nguồn cho xác, an tồn - Kiểm tra lại phần mềm điều khiển chương trình lập trình - Cho mơ hình khuấy hoạt động nhiều lần, để kiểm tra ổn định cảm biến, động 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC 3.1 Kết gia cơng, chế tạo hệ thống khí mơ hình máy khuấy Để đảm bảo tính thẩm mỹ, tránh rò rỉ nước mơ hình bể chứa, em thi cơng thiết kế mơ hình bể chứa làm từ kính có chất lượng cao, mơ hình gồm bể ghép liền với Bể bể gắn máy bơm động 12V-5A, có chức bơm nước từ đáy bể lên bể Bể gắn ống có chứa cảm biến siêu âm HCR04 có chức cảnh báo nước đạt đến yêu cầu công nghệ đặt ra, động khuấy có chức khuấy trộn hai chất lỏng với Hình 3.1 Cơ khí bể khuấy Giá đỡ điều khiển thiết kế có dạng hình vng, chất liệu làm gỗ, có kích thước 25x25x1,3 cm Bên có khoan lỗ để đặt động khuấy cảm biến siêu âm 53 Hình 3.2 Gá đỡ điều khiển 3.2 Kết thi công, chế tạo hệ thống điều khiển + Kết thi cơng, chế tạo phần cứng Hình 3.3 Bộ điều khiển + Kết chế tạo phần mềm sử dụng phần mềm Arduino IDE Chương trình điều khiển máy khuấy trình bày phần mục lục 54 Hình 3.4 Kết phần mềm 3.3 Lắp đặt chạy thử Để nạp chương trình tiến hành chạy thử em sử dụng kết nối trực tiếp vào chân USB máy tính nạp chương trình vào Arduino Ảnh hồn thiện mơ hình Khi hồn thành đầy đủ khối phần điều khiển khí em bắt đầu tiến hành ghép nối chạy thử Hình 3.5 Mơ hình hoàn thiện 55 Hệ thống phần cứng phần mềm sau hoàn chỉnh tiến hành cho chạy thử, kiểm nghiệm cho thấy mơ hình tực tế “Máy khuấy trộn” hoạt động xác theo u cầu cơng nghệ đặt Sử dụng nguyên liệu khuấy trộn hai chất lỏng có màu xanh lam màu xanh lục để tạo màu xanh lơ Yêu cầu: Lượng màu bơm bơm vào bể khuấy: 30cm Lượng màu ra: 25cm Thời gian khuấy: phút Bảng 3.1 Bảng tiêu đánh giá máy khuấy trộn Số lần thử Lượng màu (cm) 30 Lượng màu ( cm) 25 Thời gian Sai số(%) khuấy ( s) 120 28 23 125 0,2 29 23 120 0.3 30 25 120 26 21 110 0,4 Ghi Sai số nhỏ Sai số nhỏ Sai số lớn 56 PHẦN C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ trình bắt đầu nghiên cứu, thiết kế, thi công đến giai đoạn chạy thử, kiểm nghiệm hoàn thiện hệ thống mơ hình máy khuấy trộn, khóa luận thành cơng việc hoàn thành mục tiêu nghiên cứu rút số kết luận sau: - Đã thành công việc thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống khí sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp điện điều khiển cho mơ hình máy khuấy trộn - Chế tạo thành công phận khí phận điều khiển mơ hình máy khuấy trộn phần cứng lẫn phần mềm - Lắp ráp, kết nối phận tạo thành mơ hình máy khuấy trộn hồn chỉnh Mơ hình máy khuấy trộn hoạt động theo yêu cầu công nghệ đặt Đề tài bổ sung cung cấp thêm lựa chọn việc thiết kế, sử dụng thiết bị điều khiển Arduino cho hệ thống điều khiển tự động, cụ thể việc thiết kế, chế tạo mơ hình máy khuấy trộn Việc sử dụng điều khiển Arduino làm giảm giá thành chế tạo mơ hình Hạn chế, tồn Hệ thống khuấy trộn sau hoàn thành bên cạnh ưu điểm, hiệu kiểm nghiệm tồn số hạn chế sau: - Độ bền bể khuấy chưa cao sử dụng kính - Thời gian xả van hệ thống lớn 3.Kiến nghị đề xuất giải pháp 3.1 Kiến nghị Do khả tài hạn hẹp nên nhiều phận, thiết bị tạo thành hệ thống cho chất lượng chưa cao Kính mong lãnh đạo khoa Kỹ Thuật Cơng Nghệ có phương án hỗ trợ mặt kinh phí, giúp cho đề tài có thêm lực tài để giải mặt hạn chế tồn 57 3.2 Đề xuất giải pháp - Để khắc phục độ bền bể khuấy cần sử dụng nhựa suốt làm bể khuấy, nhựa có độ bền cao - Sử dụng van xả có lưu lượng chảy lớn để giảm thời gian xả 58 PHẦN D TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình thiết bị khuấy trộn công nghệ, Nhà xuất Xây Dựng [2] Nguyễn Tăng Cường (2016), Máy khuấy trộn nông sản thực phẩm, [3] Nguyễn Quang Minh (2014), Các lọai máy khuấy trộn, [ 4] Arduino, http://arduino.cc 59 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển mơ hình máy khuấy // KET NOI CHAN const int trig = 2; // chân trig HC-SR04 const int echo = 3; // chân echo HC-SR04 const int bom1, bơm = 4; // chân rơle bơm 1,2 const int khuay = 8; // chân đieu khien bom khuay const int van = 10; // chân đieu khien van dien tu // KHAI BAO CHAN ARDUINO void setup() { Serial.begin(9600); // giao tiếp Serial với baudrate 9600 pinMode(trig, OUTPUT); // Chan Trig cua cb sieu am pinMode(echo, INPUT); // Chan Echo cua cb sieu am pinMode(bom12, OUTPUT); pinMode(khuay, OUTPUT); pinMode(van, OUTPUT); // Chan dieu khien relay bom 1,2 // Chan dieu khien quay khuay // Chan dieu khien dong mo van relay pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // Chan den bao loi } // CHUONG TRINH CHINH void loop() { /* Gan bien gia tri*/ unsigned long thoigianfx; // bien thoi gian phat xung int dosau; // bien luu khoang cach /* In kết Serial Monitor */ Serial.print(dosau); Serial.println("cm"); 60 delay(200); /* Phát xung từ chân trig */ digitalWrite(trig,0); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig,0); /* Tính tốn thời gian */ // Đo độ rộng xung HIGH chân echo thoigianfx = pulseIn(echo,HIGH); // Tính khoảng cách đến vật dosau = int(thoigianfx /2/29.412); /* Dieu khien qua trinh bom nguyen lieu*/ if (dosau 10 ) { digitalWrite (8,HIGH); digitalWrite (4,LOW); digitalWrite (6,LOW); digitalWrite (10,LOW); 61 delay (20000); digitalWrite (8,LOW); digitalWrite (4,LOW); digitalWrite (6,LOW); digitalWrite (10,HIGH); digitalWrite (8,LOW); digitalWrite (4,LOW); digitalWrite (6,LOW); } ... dung 1: Cơ sở thiết kế mơ hình trình khuấy trộn Nội dung 2: Thiết kế mơ hình máy khuấy trộn Nội dung 3: Chế tạo mơ hình máy khuấy trộn Nôi dung 4: Chạy thử đánh giá kết hoạt động mơ hình 2.3 Phương... máy khuấy a Khuấy trộn khí Các cánh khuấy có hình dạng khác nhau, lắp đặt máy Khi máy hoạt động cánh khuấy tạo xáo trộn dòng chất lỏng Cánh khuấy thường sử dụng bể khuấy trộn phương tiện để trộn. .. hành tinh + Máy trộn kiểu cánh gạt - Máy trộn thùng quay: + Máy trộn kiểu trống + Máy trộn kiểu côn - Máy trộn - định mức phối hợp 10 Phân loại theo cách bố trí phận trộn: - Máy trộn kiểu vít