báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy phân loại sản phẩm nhóm 7

báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy phân loại sản phẩm. thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy phân loại sản phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

MÔN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Trường

Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Hạnh – 2020601877 Nguyễn Phú Quân – 2020600422 Nguyễn Ngọc Quyết – 2020601580 Lớp – Khoá: Cơ điện tử 1 – K15

Hà Nội – 2023

Mục lục

Mục lục 2

Danh mục hình ảnh 3

Danh mục bảng biểu 5

Lời nói đầu 6

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế 7

1.1 Yêu cầu thị trường, công ty, môi trường 7

1.2 Cấu tạo chung của hệ thống phân loại sản phẩm 13

1.3 Lập kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ 18

1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu 19

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ 24

2.1 Xác định các vấn đề cơ bản 24

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng 25

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 28

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 30

Nội dung 3: Thiết kế cụ thể 35

3.1 Thiết kế sơ bộ 35

3.2 Phát triển các layout sơ bộ 39

3.3 Giải pháp cho những chức năng phụ trợ 52

3.4 Một số lỗi điều hành có thể xảy ra 55

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1 Số lượng và giá trị xuất khẩu cà phê Việt Nam trong giai đoạn 2010 - 2018 7

Hình 1.2 Tỉ lệ phần trăm hình thức làm việc mong muốn 8

Hình 1.3 Nhu cầu về tự động hóa trong quá trình sản xuất 8

Hình 1.4 Nhu cầu đáp ứng máy phân loại sản phẩm hiện nay 9

Hình 1.5 Số lượng máy tự động trong sản xuất xuất khẩu hạt cafe 9

Hình 1.6 Các loại máy phân loại hạt cafe đã từng sử dụng 10

Hình 1.7 Các tiêu chí đánh giá máy phân loại sản phẩm 10

Hình 1.8 Các tiêu chí đánh giá máy phân loại sản phẩm 11

Hình 1.9 Các tiêu chí đánh giá máy phân loại sản phẩm 11

Hình 1.10 Kết quả khảo sát thị trường về nhu cầu khách hàng 11

Hình 1.11 Sơ đồ tổng quát hoạt động của máy phân loại sản phẩm theo màu sắc 13

Hình 1.12 Phễu cấp nguyên liệu 14

Hình 1.13 Cơ cấu rung trong máy phân loại sản phẩm 15

Hình 1.14 Băng tải định hướng 16

Hình 3.1 Quy trình chế tạo máy phân loại hạt cà phê 39

Hình 3.2 Phễu chứa nguyên liệu 39

Hình 3.13 Sơ đồ khối tổng thể 48

Hình 3.14 Sơ đồ nối dây tổng thể 49

Hình 3.15 Sơ đồ đấu dây PLC 49

Hình 3.16 Sơ đồ đấu driver và động cơ 50

Hình 3.17 Sơ đồ đấu dây và động cơ 50

Hình 3.18 Sơ đồ kết nối 51

Hình 3.19 Cổng chuyển đổi 52

Hình 3.20 Tổng thể hệ thống máy phân loại sản phẩm 58

Hình 3.21 Tổng thể hệ thống máy phân loại sản phẩm 59

Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1 Kế hoạch phát triển hệ thống phân loại hạt cà phê theo màu sắc 19

Bảng 1.2 Danh sách yêu cầu cho hệ thống 23

Bảng 2.1 Lựa chọn cấu trúc làm việc máy phân loại sản phẩm theo màu sắc 34

Bảng 3.1 Bảng nhiệm vụ các nhóm 38

Bảng 3.2 Các giải pháp thiết kế 54

Bảng 3.3 Các lỗi thường gặp và biện pháp khắc phục 55

Bảng 3.4 Bảng checklist sản phẩm 57

Lời nói đầu

Ngày nay, hệ thống điều khiển, giảm sát tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống con người Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một nghành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người

Những ứng dụng trong công nghiệp cũng như tiêu dùng ngày nay thì phân loại sản phẩm đã và đang được sử dụng một cách rộng rãi, được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa, cơ điện tử Việc hiểu và ứng dụng sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người Để góp phần nhỏ vào việc này, nhóm em đã thực hiện đề tài thiết kế concept “Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc”

Thông qua đề tài này nhóm em sẽ có nhứng điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu bỏ sung vào hành trang của mình trên con đướng đã chọn Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Trường để hoàn thành bài tập lớn này

Trong quá trình thực hiện đề tài này có nhiều sai sót hi vọng quý thầy cô thông cảm và chỉ dạy cho chúng em, xin chân thành cảm ơm quý thầy cô

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế 1.1 Yêu cầu thị trường, công ty, môi trường

1.1.1 Nhu cầu thị trường

Theo Cục Trồng trọt, diện tích cà phê Việt Nam đạt trên 664.000 ha, sản lượng cà phê đạt trên 1,5 triệu tấn nhân/năm; cà phê Robusta chiếm diện tích lớn (93%), còn lại là cà phê Arabica Cà phê Việt Nam được xuất khẩu sang trên 80 quốc gia và vùng lãnh thổ Năm 2018, Tổng cục Hải quan Việt Nam đã công bố nước ta xuất khẩu hơn 1,8 triệu tấn với kim ngạch xuất khẩu đạt 3,5 tỷ USD, chiếm 14% thị phần và hơn 10% giá trị cà phê nhân xuất khẩu toàn cầu, đứng thứ 2 sau Brazil

Hình 1.1 Số lượng và giá trị xuất khẩu cà phê Việt Nam trong giai đoạn 2010 - 2018

Theo VICOFA, trong thời điểm này diện tích và sản lượng cà phê không có biến động mạnh, cả nước có trên 140 doanh nghiệp xuất khẩu, trong đó có khoảng 20 doanh nghiệp nước ngoài có máy móc hoặc cơ quan đại diện ở Việt Nam và khoảng 4 doanh nghiệp hàng đầu cà phê ở Việt Nam là TCT Cà phê Việt Nam, Cà phê 2/9, XNK Intimex, và Tập đoàn Thái Hòa

Với số lượng máy móc hạn chế kéo theo chi phí sản xuất tăng lên cụ thể trong việc phân loại sản phẩm đã chiếm tới 10% tổng chi phí tương đương 350 triệu USD

Chính vì vấn đề đó chúng ta đang rất cần các loại máy móc nông nghiệp nói chung và máy phân loại sản phẩm nói riêng

Với vấn đề này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát trên 100 công ty, doanh nghiệp trong lĩnh vực sản xuất, xuất khẩu sản phẩm nông nghiệp và đã cho ra kết quả như sau:

Khi đặt câu hỏi về việc lựa chọn phương thức làm việc trong quá trình sản xuất phân loại sản phẩm, kết quả thu được khá khả quan khi các doanh nghiệp hướng tới việc áp dụng máy móc vào sản xuất với 76.5% lựa chọn phương thức làm việc tự động

Hình 1.2 Tỉ lệ phần trăm hình thức làm việc mong muốn

Trong số đó, có tới 73.5% doanh nghiệp bày tỏ đang rất cần áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất của họ

Hình 1.3 Nhu cầu về tự động hóa trong quá trình sản xuất

Đặt vấn đề về việc liệu hiện nay các máy móc phân loại sản phẩm đã đáp ứng đủ nhu cầu hay chưa thì câu trả lời khá khiêm tốn với 61.8% cho biết chỉ mới đạt được 1 phần nhỏ

Hình 1.4 Nhu cầu đáp ứng máy phân loại sản phẩm hiện nay

Trong thời điểm này diện tích và sản lượng cà phê không có biến động mạnh, cả nước có trên 140 doanh nghiệp xuất khẩu, trong đó chỉ chiếm thành phần khá thấp là khoảng 20 doanh nghiệp nước ngoài có máy móc hoặc cơ quan đại diện ở Việt Nam tức 20% thị phần cho thấy sự cần thiết của ý tưởng thiết kế hệ thống phân loại hạt cà phê theo màu sắc đối với ngành xuất khẩu nói chung và các nhà mày chế biến xuất khẩu hạt cà phê nói riêng

Hình 1.5 Số lượng máy tự động trong sản xuất xuất khẩu hạt cafe

Trong đó khi hỏi về máy phân loại hạt cà phê thì đã biết đến các máy móc phân loại tự động, hiệu suất cao đã và đang có mặt trên thị trường Chiếm thị phần nhiều bao gồm các sản phẩm phân loại cà phê theo màu sắc và kích thước

Điều này cho thấy sự cạnh tranh cao trong thị trường khi sản phầm của công ty đưa vào sản xuất đại trà và yêu cầu cải tiến, hoàn thiện và tối ưu sản phẩm của công ty về các tiêu chí yêu cầu của khách hàng kết hợp với các phương thức marketing hiệu quả để có thể cạnh tranh công bằng, thậm chí tạo lợi thế trước những mẫu mã tên tuổi trên thị trường

Hình 1.6 Các loại máy phân loại hạt cafe đã từng sử dụng

Với lợi thế về quy mô và sản lượng cafe đứng thứ 2 thế giới tuy nhiên lại thiếu hụt về trang thiết bị cụ thể là máy phân loại hạt cafe cùng với đó là nhu cầu lớn về mặt tự động hóa quá trình sản xuất, chế biến trong thời công nghệ 4.0 hiện nay

Vì vậy, việc phát triển và sản xuất máy phân loại hạt cafe theo màu sắc là rất cần thiết

1.1.2 Tìm kiếm và hình thành ý tưởng

Nhóm đã đặt ra các tiêu chí cụ thể và tiến hành khảo sát trên 100 doanh nghiệp vừa và nhỏ trên cả nước và nhiều chuyên gia phân tích thị trường với chuyên gia trong lĩnh vực sản xuất, chế biến nông- lâm sản với mục tiêu đưa ra định lượng về nhu cầu của thị trường về loại sản phẩm này và các tiêu chí, đánh giá của họ về thiết bị Quá trình khảo sát thực tế cho ra kết quả như sau:

Về tiêu chí, yêu cầu của thị trường và mức đánh giá của họ về hệ thống phân loại hạt cà phê theo màu sắc

Hình 1.7 Các tiêu chí đánh giá máy phân loại sản phẩm

Hình 1.8 Các tiêu chí đánh giá máy phân loại sản phẩm

Hình 1.9 Các tiêu chí đánh giá máy phân loại sản phẩm

Theo đó, ta có thể thấy các tiêu chí được các doanh nghiệp quan tâm nhất lần lượt đó là:

• Chất lượng • Năng suất • Giá thành • Độ an toàn • Tuổi thọ • Tính ổn định • Bảo trì, sửa chữa

Hình 1.10 Kết quả khảo sát thị trường về nhu cầu khách hàng

Với các tiêu chí đánh giá nhóm nghiên cứu và phát triển đặt ra đã thu được kết quả mức độ nhu cầu của thị trường đối với sản phẩm máy phân loại cà phê theo màu sắc với điều kiện thiết bị đáp ứng trên 70% tiêu chí đặt ra Cụ thể là 59% được cho là rất cần và 28.2% được cho là cần thiết

dụng phổ biến nhất, chiếm 63% thị phần máy phân loại cà phê trong nước độ chính xác là 99,99% với năng suất đạt trung bình 5 tấn/h

Độ chính xác của các máy trên thị trường gần như bão hòa vì vậy sẽ tập trung nghiên cứu phát triển về năng suất, độ ổn định, an toàn cho sản phẩm và giảm thiểu chi

Ý tưởng thiết kế hệ thống cỡ vừa và nhỏ phân loại hạt cà phê theo màu sắc: tập trung nghiên cứu tối ưu hóa năng suất trung bình cho các dòng sản phẩm đạt 5,5-6 tấn/h chất lượng ≥ 99,99%, sử dụng module đã được tối ưu hóa đồng thời cải tiến chế tạo các

Khả năng của công ty

• Khả năng của công ty: có thể sản xuất 6-8 sản phẩm trên ngày

• Nguồn nhân lực: Có 500 nhân viên trong đó có 350 kĩ sư cơ khí, điện tử và cơ điện tử

• Chi nhánh: Gồm 3 chi nhánh với quy mô mỗi nhà máy là 10.000 m2 • Tự chế tạo:

➢ Vỏ máy ➢ Băng chuyển ➢ Bàn máy

➢ Phễu nguyên liệu • Sử dụng module có sẵn:

➢ Thiêt bị nhận diện màu sắc ➢ Ốc vít, đai ốc

➢ Màn hình hiển thị ➢ Động cơ

➢ Thường xuyên cải tiến và tối ưu hóa hệ thống để người dung dễ dàng sử dụng và đạt hiệu quả cao

➢ Vòng đời của một sản phẩm là: 10 năm

➢ Cung cấp phiên bản cập nhật ra thị trường: 02 năm/1 phiên bản

1.2 Cấu tạo chung của hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm cần có những bộ phận sau: • Phễu nguyên liệu

• Bộ phận rung

• Máng dẫn định hướng • Thiết bị nhận biết màu sắc • Cơ cấu tách hạt phế phẩm s • Cụm thiết bị điều khiển • Cụm thiết bị xử lý

Các thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và được bố trí động bộ với nhau để đạt hiệu suất cao nhất Việc phân chia các thành phần như trên mang tính chất tương đối giúp chúng ta hình dung được sản phẩm

Hình 1.11 Sơ đồ tổng quát hoạt động của máy phân loại sản phẩm theo màu sắc

1.2.1 Phễu nguyên liệu

Phễu nguyên liệu có mục đích để chứa và dự trữ hạt cả phê nhằm sự hoạt động liên tục và ổn định của hệ thống đồng thời đóng vai trò định hướng nguyên liệu cấp I để cung cấp nguyên liệu cho máy rung

Hình 1.12 Phễu cấp nguyên liệu

Phễu là nơi chứa hạt cần xử lý Hạt được cung cấp vào phễu bằng băng chuyền từ khâu sản xuất thô trước đó và từ thành phẩm đã đươc phân loại lần 1 và lần 2 1.2.2 Bộ phận rung

Trong quá trình vận hành cần điều chỉnh lưu lượng đầu vào của nguyên liệu thì cần có bộ phận rung để làm điều đó Ngoài ra bộ phận rung giúp hạn chế sự cố tắc nghẽn của nguyên liệu đầu vào

Nguyên lí hoạt động: sử dụng động cơ tạo chuyển động tịnh tiến theo 2 phương đồng thời có màng lọc bụi và kết hợp với quạt gió để loại bỏ các vật nhẹ khác Lấy hạt từ phễu chuyển vào khâu tiếp theo

Ưu điểm: Tạo chuyển động ổn định, hỗ trợ giảm nhiễu cho hệ thống phát hiện và xử lý hình ảnh

Nhược điểm: tạo rung động, tiếng ồn, làm việc liên tục, động cơ phải điều chỉnh thích hợp với năng suất làm việc để tránh quá tải

Hình 1.13 Cơ cấu rung trong máy phân loại sản phẩm

1.2.3 Băng tải

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây tải sản xuất các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu

Ưu điểm:

• Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang và nằm nghiêng

• Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm Ngoài ra còn có hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) nằm dưới bộ phận kéo có tác dụng làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

• Ngoài ra còn có hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) nằm dưới bộ phận kéo có tác dụng làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

Cấu tạo của băng tải gồm: Một động cơ có giảm tốc và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ; một con lăn truyền trục chuyển động; hệ thống khung đỡ con lăn; hệ thống dây băng hoặc con lăn

Nguyên lý hoạt động: Động cơ được gắn vào một đầu của băng tải thông qua bộ truyền chuyển động hoặc bắt trực tiếp với con lăn dẫn động Khi động cơ quay sẽ truyền

chuyển động cho con lăn dẫn động và nhờ ma sát của bề mặt băng tải với con lăn sẽ làm cho băng tải chuyển động theo chiều chuyển động của con lăn

Băng tải được cố định nhờ khung băng tải và được kéo căng bởi con lăn băng tải Trong quá trình vận hành, băng tải luôn tì đè và tạo ra ma sát lên con lăn Làm việc nhờ lực ma sát giữa bề mặt đai và tang dẫn – con lăn

Hình 1.14 Băng tải định hướng

1.2.4 Cụm thiết bị điều khiển

Thiết bị điều khiển bao gồm các cổng kết nối truyền thông giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi như: camera, động cơ, đèn,… thông qua winform trên máy tính có thể điều khiển bật/ tắt, chế độ hoạt động, công suất, cài đặt hệ thống, hiển thị thông tin… màn hình điều khiển trực tiếp trên thiết bị có các chức năng như điều khiển và hiển thị như qua trên

Hình 1.15 Cụm điều khiển

1.2.5 Cơ cấu tách hạt phế phẩm

Dựa vào hoạt động nhận biết chính xác của thiết bị nhận biết màu sắc, tín hiệu được xử lí và gửi tới cơ cấu tách hạt nhắn tính toán và loại bỏ đúng hạt không đúng với yêu cầu

Hình 1.16 Cơ cấu tách hạt phế phẩm

1.2.6 Thiết bị xử lý trung tâm

Qua nghiên cứu, nhận định năng suất thiết bị là yếu tố quyết định sự thành công của dự án vì vậy thiết bị xử lý có vai trò quan trọng bởi nó như bộ não của cả hệ thống Dòng sản phẩm PLC S7-1200 (6ES7212-1AE40-0XB0) chứa CPU mạnh mẽ, phản ứng nhanh chóng với các sự kiện của quy trình, Ngắt giao tiếp cho phép trao đổi thông tin nhanh chóng và dễ dàng với các thiết bị ngoại vi với 1 cổng Ethernet, tốc độ thực thi

tính toán thực là 18 μs/lệnh, Tốc độ thực thi Boolean là 18 μs/lệnh thích hợp để xử lý dữ liệu lớn và nhanh như hình ảnh

Hình 1.17 PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC

1.3 Lập kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ

Dưới đây là Bảng kế hoạch làm rõ nhiệm vụ và mốc thời gian hoàn thành của nhóm vạch ra và làm theo nhằm đạt được hiểu quả cao nhất trong công việc

1 15/05/2023 - 01/06/2023 Tìm hiểu và phân tích thị trường 2 01/05/2023 - 08/06/2023 Lựa chọn ý tưởng

3 08/05/2023 - 15/06/2023 Lên kế hoạch và làm rõ nhiệm vụ 4 15/05/2023 - 22/06/2023 Thiết kế concept

5 22/04/2023 - 29/05/2023 Thiết kế cụ thể 6 29/04/2023 - 30/05/2023 Thử nghiệm tại công ty

7 30/05/2023 - 30/08/2023 Đưa ra vận hành thử nghiệm dòng sản phẩm alpha

8 30/08/2023 - 15/09/2023 Thu thập thông tin phản hồi từ người dùng thử nghiệm

9 15/09/2023 - 15/09/2023 Sửa chữa, khắc phục lỗi, cải tiến 10 15/02/2022 - 15/08/2023 Đưa ra thị trường dòng sản phẩm beta

11 15/05/2022 - 30/11/2023 Thu thập thông tin phản hồi và sửa chữa lỗi, tối ưu hóa thiết bị

12 01/02/2022 - 01/03/2023 Sản xuất số lượng lớn và các chiến dịch marketing

13 Từ 01/03/2024 Đưa ra thị trường dòng sản phẩm hoàn thiện và liên tục cập nhật thông tin phản hồi

Bảng 1.1 Kế hoạch phát triển hệ thống phân loại hạt cà phê theo màu sắc

1.4 Thiết lập danh sách yêu cầu

Ban hành ngày: 05/05/2023 Người

sử dụng

Danh sách yêu cầu cho dự án thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Phân loại Nhận

dạng Trang Những

thay đổi

nhiệm

H=1÷1.5m + Số chân: 8÷16 chân

D

D

D

D D D D D

W

D

D D

Súng hơi: tần số hoạt động cao khoảng 1500 lần/giây giúp bắn phế phẩm tốt mà vẫn tiêt kiệm hơi

+ Công nghệ cho phép phân loại sản phẩm theo biểu đồ màu sắc kỹ thuật số x-rite sg

+ Màn hình hiển thị đầy đủ rõ nét, làm việc tốt trong môi trường bụi và rung động

+ Bộ điều khiển xử lý nhanh chính xác tốc độ truyền 10/100 Mbits/s; có module truyền thông, bộ đếm tốc độ cao,

PWM,…

D D

D W

D

D D

+ Phân tách tối ưu, có thể điều chỉnh chất lượng, loại hạt, số lượng,…

AN TOÀN VÀ CÔNG THÁI HỌC

+ Vận hành sử dụng thiết bị dễ dàng

+ Màn hình cảm ứng có độ nhạy cao, trực quan

+ Nguyên tắc hoạt động an toàn, thân thiện với môi trường ( hạn chế tối đa tiếng ồn, mất cân bằng máy,…)

+ Thiết kế đáp ứng tính thẩm mĩ và hiệu quả cao + Có các Relay thời gian để tránh cháy nổ, chập điện + Có kính chắn trước và sau khoang máy

SẢN XUẤT VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

+ Sản xuất một lần tất cả các bộ phận

+ Chất lượng các linh kiện, bộ phận cơ khí đảm bảo tiêu chuẩn an toàn, ổn định, chính xác

Chi phí sản xuất < 3000USD

Bảng 1.2 Danh sách yêu cầu cho hệ thống

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ 2.1 Xác định các vấn đề cơ bản

2.1.1 Các vấn đề ảnh hường trực tiếp đến chức năng và những ràng buộc cần thiết - Năng suất yêu cầu: 450-500 Kg/giờ

- Có nhiều hạt có màu sắc pha trộn

- Rung động dễ gây nhiễu trong quá trình tách hạt

- yêu cầu độ nhạy và độ chính xác của cảm biến hình ảnh cao (sai số 0-0,2%) - giá cho công nghệ trong khoảng 2000-3000USD

- Vỏ máy cần đáp ứng được độ bền và tính ổn định khi làm việc thời gian dài ở công suất lớn

- Vỏ máy cần đảm bảo sự an toàn, tiết kiệm và tính thẩm mỹ - Linh kiện, bộ phận tiêu chuẩn, dễ dàng thay thế, sửa chữa

- Các thiết bị điện hoạt động ổn định nhưng sẽ giảm dần hiệu năng theo thời gian

- Yêu cầu sai số trong lắp ráp nhỏ (0,05 mm) và máy cần đạt cân bằng động để giảm rung động

- Yêu cầu tuổi thọ chưa chính xác do chịu tác động của các yếu tố khách quan

- Vi mạch bị ảnh hưởng trong quá trình hoạt động của thiết bị với sự rung động và các điều kiện khách quan

- Chi phí bảo trì để duy trì hiệu suất cao cho máy 2.1.2 Khái quát cho dữ liệu định tính về các vấn đề cơ bản

- Năng suất cao trên mức trung bình của các sản phẩm trên thị trường - Cà phê có nhiều hạt bị pha trộn màu ảnh hưởng đến tốc độ xử lý hình ảnh - Vỏ máy vừa đảm bảo an toàn, độ bền và thẩm mĩ

- Tiếng ồn, rung động, bụi mịn, nhiệt ảnh hưởng đến độ chính xác - Linh kiện tiêu chuẩn, dễ dàng sửa chữa, phát hiện lỗi

- Có nhiều công nghệ cao nên chi phí bảo trì lớn

- Năng suất cao nhưng giá thành theo yêu cầu thị trường thấp

2.1.3 Hình thành vấn đề

Thiết kế theo module đơn giản, an toàn, đạt tính thẩm mĩ với chức năng chính là Nhận dạng và phân loại được tất cả các loại hạt cà phê theo màu sắc với năng suất và chất lượng cao, không lỗi với chi phí sản xuất theo yêu cầu

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng

2.2.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống

Hình 2.1 Cấu trúc tổng thể hệ thống

2.2.2 Cấu trúc chức năng hệ thống

Hình 2.2 Cấu trúc chức năng hệ thống

2.2.3 Chức năng con Chức năng nhập số liệu:

Chức năng bảo vệ hệ thống:

Chức năng dẫn động:

Chức năng kiểm soát quá tải:

Chức năng dừng khẩn cấp:

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc

1 Kích thước vỏ máy

khâu xử lý)

Bộ rung+ máng trượt (70

kênh/ máng)

Băng tải Cần gạt

6

Công nghệ nhận diện màu sắc

Camera Cảm biến màu sắc

Camera

7 Công nghệ xử lý

màu sắc

Camera màu gắn chip cảm biến CCD

Vi mạch số Camera màu gắn chip cảm biến

CMOS

Chức năng con

Giải pháp

8 Công nghệ chiếu

sáng

Flash (khoảng cách xa)

Tản sáng (mờ bóng, tăng chiều

sâu)

Đèn led (tuổi thọ cao, ổn định)

9 Vệ sinh camera Thủ công (lau chùi định kỳ)

Tự động (cần gạt)

Tự động (phun dung dịch)

10 Công nghệ bắn

tách hạt

Súng hơi (xy lanh khí nén)

Cần gạt (động cơ)

Xy lanh thủy lực

11 Hệ thống cấp lực

bắn tách hạt

Khí nén Động cơ Dầu áp suất cao

12 Động cơ Động cơ điện Động cơ bước Động cơ Servo

13 Bàn máy

Bán di động (đế phẳng có con lăn hoặc bánh

xe)

Cố định (đế phẳng có chân)

Cố định (liên kết với sàn)

14

Bộ chuyển nhiên liệu (sau khâu

xử lý

Băng tải Máng trượt Ròng rọc

15 Lớp cách điện

Nhựa cứng 0,3mm

Sơn tĩnh điện 0,2 mm

Trần nối mass

16 Màn hình hiển thị

TFT- LCD (tái tạo màu tốt và

độ phân giải hình ảnh cao, góc nhìn hẹp)

AMOLED (có khả năng tái

tạo màu rõ nét và sống động, độ nét cao, độ tương phản cao và góc nhìn rộng

hơn)

OLED (màu sắc sống động, góc nhìn rộng hơn, cải thiện độ sáng và

hiệu quả năng lượng tốt hơn.)

17

Điều khiển Cảm ứng chạm App Nút vật lí

18 Bộ điều khiển

Vi xử lý STM32

PLC S7-1200 CPU 1212C

Vi xử lý arduino uno

19 Bộ rung (phụ trợ)

Tích hợp sàng lọc+ quạt

Tích hợp Quạt gió

Chỉ có tính năng di chuyển nguyên liệu

Các nguyên tắc làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng 2.2 Cụ thể nhưng nguyên tắc được ký hiệu sẽ tạo thành một biến thể Theo bảng 2.2 ta có thể thấy có ba biến thể khác nhau được chọn ra tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2), màu xanh (biến thể 3) Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra

Các giải pháp cho các chức năng con được chọn ra:

+ Giải pháp 1: 1.1, 2.1, 3.1, 4.2, 5.1, 6.1, 7.1, 8.1, 9.2, 10.1, 11.1, 12.1, 13.1, 14.1, 15.1, 16.1, 17.1, 18.1, 19.1, 20.1

+ Giải pháp 2: 1.2, 2.2, 3.2, 4.2, 5.2, 6.2, 7.2, 8.2, 9.2, 10.2, 11.2, 12.2, 13.2, 14.2, 15.2, 16.2, 17.2, 18.2, 19.1, 20.2

+ Giải pháp 3: 1.3, 2.3, 3.3, 4.2, 5.3, 6.3, 7.3, 8.3, 9.2, 10.3 11.3, 12.3 13.3, 14.3, 15.3, 16.3, 17.3, 18.3, 19.1, 20.3

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc

Giải pháp

Chức năng con

Điểm tiêu

lý)

0.05 0.018 0.02 0.012

Đảm bảo hướng và mật độ hạt

6

Công nghệ nhận diện màu

sắc

0.06 0.025 0.01 0.025

+ Công nghệ cho phép phân loại sản phẩm theo biểu đồ màu sắc kỹ thuật số x-rite sg

7 Công nghệ xử

lý màu sắc 0.1 0.02 0.04 0.04

+ Bộ điều khiển xử lí chính xác với tốc độ cao (độ trể ≤5ms) + Xử lý ≥10 triệu sản phẩm mỗi giờ với độ chính xác 0-0,2% + Cảm biến nhận dạng màu sắc sử dụng công nghệ cao ưu tiên độ chính xác

+ Công nghệ cho phép phân loại sản phẩm theo biểu đồ màu sắc kỹ thuật số x-rite sg

8 Công nghệ

chiếu sáng 0.05 0.018 0.02 0.012

+ Cảm biến nhận dạng màu sắc sử dụng công nghệ cao ưu tiên độ chính xác

9 Vệ sinh camera 0.03 0.01 0.01 0.01

+ Ánh sáng ổn định, tập chung, không ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị bắn màu

10 Công nghệ bắn

tách hạt 0.05 0.03 0.01 0.01

Chính xác, ít tiếng ồn, ít sản phẩm phụ phát sinh, không ảnh hưởng đến hạt, làm việc với công suất cao và mài mòn thấp