Đồ án thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp và dán nhãn tự động PLC

Tổng hợp đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lưu Đức Mạnh ngành Tự động hóa lớp K54TDH04. Tài liệu học tập chuyên ngành kỹ thuật điều khiển chi tiết và hữu ích.

• Tác giả: Lưu Đức Mạnh
• Người hướng dẫn: Nguyễn Thị Chinh
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn tự động dùng PLC
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan đề tài DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145 K54TDH04OK

Đồ án tốt nghiệp DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145 K54TDH04OK được thực hiện tại Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thị Chinh. Đề tài tập trung giải quyết bài toán tự động hóa hoàn toàn quy trình đóng gói sản phẩm lỏng. Các khâu chính bao gồm chiết định lượng, dập siết nắp chai và dán nhãn tự động. Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, việc chuyển đổi từ sản xuất thủ công sang dây chuyền tự động giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất đáng kể. Nghiên cứu cung cấp một cái nhìn toàn diện từ khâu khảo sát công nghệ, lựa chọn thiết bị phần cứng đến xây dựng thuật toán điều khiển. Hệ thống ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC làm trung tâm xử lý dữ liệu. Toàn bộ chu trình vận hành được thiết kế khép kín trên băng chuyền công nghiệp. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng ứng dụng thiết thực cho các nhà máy sản xuất thực phẩm, đồ uống và dược phẩm hiện đại.

1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Đề tài hướng tới việc làm chủ công nghệ điều khiển tự động trong dây chuyền đóng gói chất lỏng. Nhiệm vụ trọng tâm gồm phân tích các nguyên lý chiết rót, thiết kế cơ cấu cơ khí băng tải và tính toán công suất động cơ. Nghiên cứu thực hiện chọn lựa các dòng cảm biến công nghiệp đạt độ chính xác cao. Cảm biến quang học hỗ trợ phát hiện chai, cảm biến màu kiểm tra vị trí nhãn dán. Ngoài ra, tác giả xây dựng lưu đồ thuật toán Grafcet để tối ưu hóa trình tự hoạt động. Giao diện điều khiển HMI và phần mềm SCADA WinCC được tích hợp đồng bộ để giám sát thông số thời gian thực.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn trong tự động hóa công nghiệp

Dây chuyền tự động hóa giúp giải phóng sức lao động thủ công trong môi trường làm việc độc hại hoặc lặp tải cao. Hệ thống giảm thiểu sai số chiết rót xuống mức tối đa và loại bỏ hoàn toàn các lỗi dán nhãn lệch. Thời gian hoàn thành mỗi chu kỳ sản phẩm được rút ngắn chỉ còn vài giây. Doanh nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công và tối ưu chi phí vận hành bảo trì. Thiết kế module hóa cho phép dễ dàng mở rộng quy mô sản xuất khi có nhu cầu. Bản thiết kế cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật giá trị cho sinh viên ngành tự động hóa.

II. Phân tích công nghệ trong DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145

Nghiên cứu DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145 K54TDH04OK đi sâu vào phân tích các công đoạn công nghệ phức tạp trong sản xuất chất lỏng. Quy trình chiết rót yêu cầu độ chính xác định lượng cao nhằm tránh thất thoát nguyên liệu và đảm bảo định mức. Cơ cấu dập nắp chai đòi hỏi lực ép đều đặn để không làm biến dạng miệng chai nhựa hoặc thủy tinh. Khâu dán nhãn yêu cầu đồng bộ tốc độ tiếp nhãn với vận tốc di chuyển của băng tải. Nếu tốc độ không khớp, nhãn dán sẽ bị nhăn, rách hoặc lệch vị trí chuẩn. Bên cạnh đó, môi trường sản xuất công nghiệp luôn phát sinh bụi bẩn và rung lắc cơ khí. Yếu tố này dễ gây nhiễu tín hiệu truyền thông giữa cảm biến và bộ điều khiển. Việc phân tích rõ ràng các yêu cầu kỹ thuật giúp tác giả xác định cấu trúc phần cứng tối ưu, hạn chế tối đa thời gian dừng máy và nâng cao tính ổn định của toàn hệ thống.

2.1. Yêu cầu công nghệ chiết rót và đóng nắp

Công đoạn chiết rót đòi hỏi van điện từ mở chính xác theo thời gian hoặc mức thể tích định sẵn. Tốc độ dòng chảy phải được kiểm soát bằng van tiết lưu để tránh tạo bọt khí và tràn dung dịch. Cơ cấu kẹp giữ chai phải giữ chặt vỏ chai ngay dưới đầu vòi chiết. Sau khi hoàn tất chiết rót, chai di chuyển đến trạm cấp và siết nắp. Xylanh khí nén tác động lực dập nắp vừa đủ theo tiêu chuẩn cơ học. Mọi thao tác đều liên kết chặt chẽ với tín hiệu phản hồi từ cảm biến tiệm cận Fotek PL-05N để tránh va chạm cơ khí.

2.2. Thách thức kỹ thuật trong công đoạn dán nhãn

Dán nhãn tự động là khâu đòi hỏi độ chính xác cao về mặt cơ điện tử. Cảm biến nhận diện màu Keyence CZ-V21A chịu trách nhiệm phát hiện vạch dấu trên cuộn nhãn dán. Động cơ bước điều khiển cuộn nhãn cần tăng tốc và dừng chuẩn xác theo từng xung điều khiển. Nếu quán tính động cơ quá lớn, nhãn dán sẽ bị trượt và sai lệch cự ly. Tác giả đã phân tích cơ chế giảm dòng hãm động cơ sau khi dừng phát xung để giảm 36% nhiệt độ tỏa ra. Điều này giúp nâng cao tuổi thọ của bộ điều khiển driver và động cơ bước.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống DATN Lưu Đức Mạnh K54TDH04OK

Để giải quyết triệt để các yêu cầu công nghệ đặt ra, DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145 K54TDH04OK đề xuất giải pháp tích hợp toàn diện phần cứng và phần mềm. Bộ điều khiển lập trình PLC đóng vai trò là cơ quan đầu não điều phối mọi tác vụ logic. Tác giả lựa chọn động cơ bước đi kèm driver công nghiệp để dẫn động cơ cấu dán nhãn chính xác. Các thiết bị ngoại vi gồm cảm biến quang OMDHON E3F-DS30C4, rơ le trung gian 24VDC và nguồn tổ ong 24V 5A được bố trí khoa học trong tủ điện. Hệ thống khí nén sử dụng van điện từ và van tiết lưu để kiểm soát các chuyển động tịnh tiến. Về mặt phần mềm, thuật toán điều khiển được mô hình hóa bằng sơ đồ Grafcet trực quan trước khi chuyển đổi sang mã lệnh PLC. Màn hình HMI Weintek 8071iP cùng phần mềm SCADA WinCC giúp người vận hành theo dõi trực quan, phát hiện lỗi kịp thời và điều chỉnh linh hoạt các thông số vận hành của dây chuyền.

3.1. Thiết kế phần cứng và lựa chọn thiết bị

Tác giả đã tính chọn cẩn thận từng thiết bị trong sơ đồ nguyên lý mạch điện. Động cơ băng tải được tính toán công suất phù hợp với tải trọng làm việc liên tục. Cảm biến quang OMDHON E3F-DS30C4 hoạt động ở dải nguồn 6-36VDC với ngõ ra NPN transistor cực thu hở phát hiện vật cản trong cự ly 30cm. Nguồn tổ ong 24V 5A cung cấp điện áp ổn định cho toàn bộ mạch điều khiển. Rơ le trung gian cách ly an toàn giữa mạch điều khiển tín hiệu nhỏ và mạch động lực công suất lớn, chống nhiễu hiệu quả.

3.2. Lập trình PLC và giao diện giám sát HMI WinCC

Chương trình PLC được cấu trúc hóa theo các khối chức năng riêng biệt tương ứng với từng trạm làm việc. Hàm logic xử lý tín hiệu đầu vào liên tục theo thời gian thực với chu kỳ quét chỉ vài mili-giây. Màn hình HMI Weintek 8071iP hiển thị trạng thái hoạt động của van, động cơ và cảm biến. Giao diện WinCC trên máy tính hỗ trợ người quản lý thu thập dữ liệu sản lượng, cài đặt thời gian chiết rót và kích hoạt chế độ chạy tay hoặc tự động. Hệ thống có chức năng tự chẩn đoán lỗi giúp bảo trì nhanh chóng.

IV. Kết luận và ứng dụng từ DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145

Đồ án tốt nghiệp DATN Lưu Đức Mạnh K185520216145 K54TDH04OK đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu và thiết kế ban đầu. Bản thuyết minh và 03 bản vẽ kỹ thuật khổ A0 thể hiện đầy đủ sơ đồ nguyên lý, cấu trúc phần cứng và lưu đồ giải thuật. Mô hình thử nghiệm hoạt động ổn định, đạt độ chính xác cao ở cả ba công đoạn chiết rót, đóng nắp và dán nhãn. Việc ứng dụng PLC làm giảm tới 80% số lượng dây nối so với mạch rơ le truyền thống. Hệ thống tiêu thụ ít điện năng, độ tin cậy vận hành cao và cho phép chỉnh sửa chương trình linh hoạt mà không cần thay đổi phần cứng. Mặc dù vẫn còn một số điểm cần cải tiến về tốc độ dập nắp cơ khí, đề tài đã khẳng định tính khả thi cao khi ứng dụng vào thực tế sản xuất. Đây là tài liệu học thuật giá trị, đóng góp tích cực vào nguồn tài nguyên nghiên cứu tự động hóa tại các trường đại học kỹ thuật.

4.1. Đánh giá kết quả đạt được và ưu điểm

Hệ thống chứng minh tính ưu việt vượt trội trong việc đồng bộ hóa chuỗi quy trình sản xuất liên tục. Các cảm biến nhận diện chính xác vị trí phôi chai, loại bỏ hiện tượng tràn chất lỏng hoặc dán lệch nhãn. Giao diện giám sát đồ họa trực quan giúp kỹ thuật viên dễ dàng làm chủ quy trình mà không cần đào tạo phức tạp. Dung lượng bộ nhớ PLC cho phép lưu trữ nhiều kịch bản vận hành khác nhau. Thời gian bảo trì và xử lý sự cố được rút ngắn nhờ chức năng cảnh báo lỗi hiển thị rõ ràng trên màn hình.

4.2. Khả năng nhân rộng và phát triển đề tài

Mô hình có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp chế biến đồ uống, nước tinh khiết, hóa mỹ phẩm và dược phẩm. Trong giai đoạn phát triển tiếp theo, hệ thống có thể tích hợp thêm camera công nghiệp để kiểm tra dị vật và chất lượng nắp chai. Việc kết nối giao thức truyền thông IoT công nghiệp sẽ cho phép giám sát dữ liệu sản xuất từ xa qua đám mây. Đề tài mở ra hướng nghiên cứu kết hợp cánh tay robot phân loại và đóng thùng carton tự động ở cuối dây chuyền.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển của khoa học và công nghệ phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành tự động hóa xí nghiệp công nghiệp đóng vai trò then chốt nhằm tối ưu hóa năng suất và giải phóng sức lao động thủ công. Tại các doanh nghiệp chế biến và đóng gói chất lỏng (như nước khoáng, nước giải khát có ga, nước tương, dầu ăn, mỹ phẩm và dược phẩm), nhu cầu xây dựng dây chuyền khép kín đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh của Bộ Y tế là một đòi hỏi thực tế. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn tự động dùng PLC" do sinh viên Lưu Đức Mạnh (lớp 54TĐH.04, Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên) thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Chinh vào năm 2023, xuất phát từ bối cảnh cần hoàn thiện một giải pháp kỹ thuật tự động hóa liên hoàn cho khâu đóng gói sản phẩm chai tròn.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Phân tích yêu cầu công nghệ của dây chuyền đóng gói chất lỏng gồm 3 công đoạn liên hoàn: chiết rót định lượng dung dịch vào chai (hỗ trợ chai PET, nhựa, thủy tinh), cấp và đóng/xoáy nắp chai, dán nhãn thân chai bằng decal cuộn.
2. Tính toán và lựa chọn toàn bộ thiết bị phần cứng cho hệ thống, bao gồm bộ điều khiển lập trình (PLC), động cơ bước điều khiển vị trí mâm xoay, động cơ kéo băng tải, cơ cấu chấp hành khí nén (xylanh, van điện từ, van tiết lưu), thiết bị đóng cắt - bảo vệ, nguồn cấp và hệ thống cảm biến công nghiệp (cảm biến tiệm cận, cảm biến quang điện, cảm biến màu nhận diện mức chất lỏng).
3. Mô tả hệ thống bằng lưu đồ logic GRAFCET, lập bảng phân phối biến vào/ra (I/O), thiết kế thuật toán và chương trình điều khiển PLC.
4. Xây dựng giao diện điều khiển, giám sát trên màn hình cảm ứng HMI Weintek và thiết kế hệ thống mô phỏng vận hành SCADA/WinCC.
5. Thuyết minh nguyên lý hoạt động tổng thể của toàn bộ dây chuyền và đánh giá kết quả thực hiện đồ án.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cơ điện tử tự động hóa dây chuyền chiết rót 3 đầu vòi, mâm xoay chia độ phục vụ cấp/dập nắp chai và cơ cấu dán nhãn tự động cho vỏ chai tròn; đối tượng xử lý là các loại chai thể tích cài đặt tiêu chuẩn 1,5 lít (có thể tùy chỉnh) với sai số thể tích chiết rót thiết kế $\le 5\text{ ml}$.
• Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế kỹ thuật phần cứng, giải thuật điều khiển và mô phỏng hệ thống tự động hóa tại Bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên; hồ sơ thuyết minh kèm theo 03 bản vẽ kỹ thuật khổ A0.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng tổng hợp các cơ sở lý thuyết chuyên ngành về điều khiển tự động và kỹ thuật truyền động cơ điện:

• Lý thuyết chiết rót chất lỏng công nghiệp: Phân tích các nguyên lý chiết rót áp suất thường (dựa trên chênh lệch độ cao), chiết rót chân không (tạo độ chênh áp hút chất lỏng) và chiết rót đẳng áp (nạp cân bằng áp suất khí $\text{CO}_2$ cho đồ uống có ga). Tác giả so sánh 3 phương pháp định lượng: chiết rót theo thời gian, chiết rót theo khối lượng và chiết rót theo mức nước; từ đó lựa chọn phương pháp chiết rót theo mức nhờ cảm biến màu vì mang lại độ chính xác cao và dễ thực hiện hơn chiết rót định lượng theo cân.
• Lý thuyết công nghệ đóng nắp và dán nhãn: Cơ chế đóng nắp kiểu bàn xoay kết hợp xylanh khí nén dập nắp; cơ chế cấp và bóc nhãn decal tự động dạng cuộn thông qua cụm con lăn ma sát, lực ép lò xo và cảm biến phát hiện khe nhãn.
• Lý thuyết điều khiển vị trí và động cơ điện: Cơ sở toán học và đặc tính cơ của động cơ bước (Step Motor), động cơ Servo (DC/AC). Phân tích ưu thế của động cơ bước: điều khiển vị trí theo vòng hở không cần encoder phản hồi, duy trì mô-men giữ lớn ở dải tốc độ thấp, vận hành không chổi than, phù hợp với đối tượng mâm xoay tải trọng nhẹ.
• Lý thuyết điều khiển logic khả trình (PLC): Cấu trúc phần cứng vi xử lý (CPU), các phân vùng bộ nhớ (ROM, RAM, EPROM, EEPROM), chu kỳ quét tín hiệu (Scan Cycle), các khối giao tiếp đầu vào/đầu ra số (DI/DO).
• Phương pháp mô tả hệ thống tuần tự: Ứng dụng mô hình Grafcet để mô tả trình tự chuyển trạng thái điều khiển công nghệ.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai:

• Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính chọn lực và kích thước nòng xylanh khí nén dựa trên công thức cơ học lưu chất $F = P \cdot A$; tính chọn thông số động cơ bước dựa trên mô-men xoắn yêu cầu ($12\text{ Nm}$); tính toán công suất động cơ giảm tốc kéo băng tải.
• Phương pháp lập trình và tích hợp hệ thống: Lập bảng phân bổ địa chỉ I/O; lập trình điều khiển theo ngôn ngữ hình thang (Ladder Diagram - LAD); cấu hình tham số Driver vi bước DM542; thiết lập các chế độ hiệu chuẩn độ nhạy (1 điểm, 2 điểm, tinh chỉnh ngưỡng) cho cảm biến màu Keyence CZ-V21A.
• Phương pháp mô phỏng và kiểm chứng: Thiết kế giao diện giám sát vận hành trên HMI Weintek 8071iP và phần mềm WinCC để trực quan hóa quá trình chiết rót, đóng nắp và dán nhãn.

Nguồn dữ liệu tham chiếu trong đồ án gồm các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết bị điện công nghiệp (IEC 60898, IEC 60947), thông số kỹ thuật (Datasheet) của các hãng sản xuất: Siemens, Weintek, Keyence, Leadshine, Airtac, SMC, Fotek, Samwon.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển tập trung, phối hợp liên động giữa PLC, các cảm biến đầu vào, cụm chấp hành truyền động điện và cơ cấu khí nén.

Nhóm thiết bị	Tên thiết bị / Mã hiệu	Thông số kỹ thuật chính	Vai trò trong hệ thống
Bộ điều khiển trung tâm	PLC (họ Siemens S7)	Ngôn ngữ LAD, giao tiếp mạng truyền thông công nghiệp	Xử lý logic toàn bộ dây chuyền, nhận tín hiệu cảm biến và kích hoạt cơ cấu chấp hành
Động cơ truyền động mâm xoay	Động cơ bước NEMA 34 (86HS156 / 86BYGH450C)	Mặt bích $86 \times 86\text{ mm}$, dài $150\text{ mm}$, trục $14\text{ mm}$, dòng $6\text{ A}$, mô-men xoắn $12\text{ Nm}$, 4 dây, góc bước $1{,}8^\circ \pm 5%$	Quay mâm xoay định vị các góc $90^\circ$ đưa chai đến các vị trí cấp nắp, dập nắp và ra tải
Bộ điều khiển động cơ bước	Driver Leadshine DM542	Nguồn $20\text{--}50\text{ VDC}$, dòng ngõ ra tối đa $4{,}2\text{ A}$, xung PULSE/DIR, vi bước lên đến $25.000\text{ steps/rev}$, tích hợp gạt SW4 giảm dòng tự động	Nhận xung điều khiển từ bộ phát xung/PLC để điều khiển vị trí và tốc độ động cơ bước
Cảm biến báo mức chất lỏng	Cảm biến màu Keyence CZ-V21A	Ngõ ra 4 kênh NPN cực thu hở ($30\text{ VDC}, 100\text{ mA}$), thời gian đáp ứng $200,\mu\text{s}\text{--}8\text{ ms}$, nguồn $24\text{ VDC}$	Nhận diện màu sắc/mức nước dâng lên trong chai tại vị trí chiết rót để ngắt van xả
Cảm biến phát hiện vật cản	Cảm biến quang điện OMDHON E3F-DS30C4	3 dây NPN NO, nguồn $6\text{--}36\text{ VDC}$, khoảng cách phát hiện $0\text{--}30\text{ cm}$, góc chiếu $3\text{--}5^\circ$, dòng tải $< 300\text{ mA}$	Phát hiện chai trên băng chuyền và nhận diện khe nhãn dán
Cảm biến vị trí cơ khí	Cảm biến tiệm cận Fotek PL-05N	Cảm biến kim loại loại NPN NO, dải áp $10\text{--}30\text{ VDC}$, khoảng cách phát hiện $5\text{ mm}$	Xác định vị trí dừng của chai tại trạm chiết rót, mâm xoay và trạm dán nhãn
Cơ cấu chấp hành khí nén	Xylanh tác động kép CXSM10-50	Đường kính nòng $10\text{ mm}$, hành trình $50\text{ mm}$, áp suất làm việc $6\text{ bar}$ ($6{,}1183\text{ kg/cm}^2$), thời gian tác động $0{,}5\text{ s}$	Thực hiện kẹp giữ, dập nắp (P2), giữ chai (P3) và chặn chai (P4)
Van điều khiển khí nén	Van điện từ khí nén AIRTAC 4V120-M5	Van $5/2$ (5 cổng 2 vị trí), ren cổng M5, điện áp cuộn hút $24\text{ VDC}$, tần suất tối đa 5 chu kỳ/giây	Đảo chiều luồng khí nén cấp vào các khoang xylanh CXSM10-50
Van điều chỉnh tốc độ khí	Van tiết lưu SMCT-AS2001F-06-V2	Cỡ ren M5, dải áp hoạt động $0\text{--}1{,}0\text{ MPa}$, kiểu tiết lưu đầu vào/ra	Điều chỉnh lưu lượng khí nén để ổn định tốc độ tiến/lùi của xylanh
Động cơ kéo băng tải	Động cơ giảm tốc 775 XD-42GA775	Nguồn $24\text{ VDC}$, công suất $\le 25\text{ W}$, tốc độ $100\text{ RPM}$, tỷ số truyền 50, mô-men cực đại $60\text{ kgf}\cdot\text{cm}$, tải kéo $\sim 50\text{ kg}$	Truyền động trực tiếp cho 02 tuyến băng tải PVC cấp phôi chai và đưa chai thành phẩm
Băng tải vận chuyển	Băng tải dây PVC	Độ dày $1\text{--}5\text{ mm}$, chịu nhiệt $-10^\circ\text{C}\text{--}80^\circ\text{C}$, bề mặt trơn láng/carô chống thấm	Vận chuyển chai giữa các trạm chức năng
Giao diện vận hành tại chỗ	Màn hình cảm ứng HMI Weintek 8071iP	Màn hình $7\text{ inch}$ TFT LCD độ phân giải $800 \times 480$, cổng RS-485 COM2 kết nối PLC S7-300, Ethernet Modbus TCP/IP kết nối S7-1200	Cài đặt thông số dung tích, giám sát trạng thái cảm biến và cảnh báo lỗi
Thiết bị phụ trợ điện	Nguồn tổ ong Kacon 24V 5A, Relay Samwon R4T-16P-S, Aptomat NXB 16A	Nguồn xung đầu vào $110/220\text{ VAC}$, đầu ra $24\text{ VDC}$; Rơ le 4 cặp tiếp điểm 5A; Aptomat 2P tiêu chuẩn IEC 60898	Cấp nguồn một chiều, đệm cách ly tín hiệu điều khiển và bảo vệ ngắn mạch toàn hệ

Nội dung chính theo từng phần của đồ án

Phần I. Phân tích yêu cầu công nghệ, chọn phương án và cấu trúc điều khiển

Phần này trình bày tổng quan về dây chuyền chiết rót, đóng nắp và dán nhãn tự động khép kín. Tác giả khảo sát các dòng máy hiện có trên thị trường: máy chiết rót thủ công ($8\text{--}12$ vòi, năng suất từ $3.500\text{ chai/giờ}$), máy chiết rót bán tự động ($2\text{--}6$ vòi, công suất $800\text{--}1.000\text{ chai/giờ}$) và hệ thống tự động hoàn toàn. Về kết cấu công nghệ, tác giả lựa chọn giải pháp:

• Công đoạn chiết rót: Chọn phương pháp chiết rót theo mức nước với cụm 03 vòi chiết, liên kết với bồn chứa nguyên liệu bằng inox 304.
• Công đoạn đóng nắp: So sánh máy xoáy nắp trục trượt, máy dập nắp chai thủy tinh và máy đóng nắp kiểu bàn xoay. Tác giả chọn phương án bàn xoay chia độ kết hợp cơ cấu dập/xoáy nắp bằng khí nén.
• Công đoạn dán nhãn: Chọn công nghệ dán nhãn decal cuộn (băng một mặt). Chai chạy qua khe giữa con lăn di động và con lăn cố định, nhãn được bóc tách nhờ góc gập đột ngột và dán chặt lên thân chai bằng lực ép ma sát và lò xo.
• Lựa chọn thiết bị điều khiển và truyền động: So sánh vi điều khiển với PLC, tác giả chọn PLC do tính ổn định cao và khả năng chống nhiễu trong môi trường công nghiệp. So sánh giữa động cơ Servo và động cơ bước, tác giả chọn động cơ bước NEMA 34 để xoay mâm vì đối tượng vỏ chai có tải trọng nhẹ, động cơ bước có mô-men giữ lớn ở tốc độ thấp, điều khiển vòng hở đơn giản và tối ưu chi phí.

Phần II: Tính chọn thiết bị, thiết kế hệ thống

Tác giả tiến hành tính toán chi tiết từng thiết bị thành phần:

• Tính toán cơ cấu khí nén: Với giả thiết khối lượng sản phẩm $0{,}5\text{ kg}$, hành trình di chuyển $50\text{ mm}$, áp suất khí nén cấp $p = 6\text{ bar} = 6{,}1183\text{ kg/cm}^2$, thời gian dẫn động $T = 0{,}5\text{ s}$, công thức tính toán đường kính xy lanh yêu cầu đưa ra kết quả chọn đường kính nòng xylanh $D_{xl} = 10\text{ mm}$, tương ứng dòng xylanh tác động kép CXSM10-50.
• Tính chọn van và phụ kiện khí nén: Chọn van điện từ Airtac 4V120-M5 (loại $5/2$, ren M5, cuộn coil 24VDC) và van tiết lưu SMCT-AS2001F-06-V2 để kiểm soát lưu lượng xả khí.
• Tính chọn truyền động và cảm biến: Chọn động cơ bước 86HS156 ($12\text{ Nm}, 6\text{ A}$) đi kèm Driver Leadshine DM542 (có chức năng tự động giảm $50%$ dòng điện khi nghỉ qua gạt SW4 giúp giảm nhiệt $36%$); cảm biến quang điện OMDHON E3F-DS30C4; cảm biến tiệm cận kim loại Fotek PL-05N (khoảng cách $5\text{ mm}$); cảm biến màu Keyence CZ-V21A.
• Quy trình hiệu chuẩn cảm biến màu Keyence CZ-V21A: Tác giả trình bày phương pháp cài đặt giá trị ngưỡng: hiệu chuẩn 1 điểm (đặt mẫu chuẩn rồi nhấn phím SET), hiệu chuẩn 2 điểm (lấy mẫu màu nền và màu chất lỏng để phân biệt độ tương phản), hiệu chuẩn tinh chỉnh tăng/giảm ngưỡng nhạy (UP/DOWN) và chức năng khóa giá trị cài đặt cố định "F".
• Tính chọn băng tải và nguồn: Chọn 02 tuyến băng tải dây PVC truyền động bởi động cơ giảm tốc DC 775 XD-42GA775 ($24\text{ VDC}, 25\text{ W}, 100\text{ RPM}$, mô-men kéo $60\text{ kgf}\cdot\text{cm}$); nguồn xung tổ ong Kacon $24\text{ VDC } 5\text{ A}$; Aptomat 2 cực NXB 16A; Relay Samwon R4T-16P-S.

Phần III: Mô tả hệ thống và thiết kế hàm logic

Phần này xây dựng cấu trúc điều khiển giải thuật cho dây chuyền:

• Phân tích biến vào/ra (I/O): Xác định các tín hiệu đầu vào gồm nút bấm START, STOP, các cảm biến tiệm cận tại các vị trí chiết rót, mâm xoay, dán nhãn, cảm biến quang đọc khe nhãn và tín hiệu báo mức từ cảm biến màu Keyence. Tín hiệu đầu ra gồm các cuộn hút van điện từ xả chất lỏng (Van 1, 2, 3), tín hiệu điều khiển van cấp khí cho xylanh dập nắp (P2), xylanh giữ chai (P3), xylanh chặn chai (P4), tín hiệu phát xung cho Driver DM542 quay mâm xoay, động cơ cuộn nhãn M3 và động cơ dán nhãn M4.
• Mô tả bằng lưu đồ GRAFCET: Xây dựng chu trình tuần tự gồm các bước:
  1. Nhấn nút START: Khởi động Băng tải 1 và Băng tải 2.
  2. Băng tải 1 đưa chai đến trạm chiết: Cảm biến tiệm cận kích hoạt $\rightarrow$ Băng tải 1 dừng $\rightarrow$ Mở 3 van xả chất lỏng. Khi cảm biến màu Keyence CZ-V21A phát hiện dung dịch đạt mức 1,5 lít thì đóng van.
  3. Chuyển chai vào mâm xoay: Băng tải 1 chuyển chai đã chiết vào mâm xoay $\rightarrow$ Cảm biến phát hiện chai $\rightarrow$ Động cơ bước quay mâm $90^\circ$ đưa chai đến trạm cấp nắp $\rightarrow$ Động cơ bước quay tiếp $90^\circ$ đưa chai đến vị trí dập nắp.
  4. Dập nắp: Xylanh khí nén P2 giãn ra để dập ép nắp chai vào cổ chai $\rightarrow$ Xylanh P2 co về $\rightarrow$ Động cơ bước quay tiếp $90^\circ$ đưa chai sang Băng tải 2.
  5. Dán nhãn: Băng tải 2 đưa chai đến trạm dán nhãn $\rightarrow$ Cảm biến tiệm cận kích hoạt $\rightarrow$ Xylanh P3 tiến ra giữ chai, xylanh P4 tiến ra chặn chai $\rightarrow$ Động cơ M3 quay kéo cuộn nhãn dán, khi cảm biến hồng ngoại phát hiện khe giữa 2 nhãn thì M3 dừng $\rightarrow$ Động cơ dán nhãn M4 quay trong $10\text{ s}$ để miết nhãn $\rightarrow$ Xylanh P3 và P4 thu về để giải phóng chai thành phẩm ra ngoài.

Phần IV: Lập trình điều khiển

Tác giả thực hiện cấu hình phần cứng và lập trình trên máy tính:

• Gán địa chỉ bộ nhớ: Thiết lập bảng Symbol Table ánh xạ toàn bộ cổng I/O vật lý và các biến nhớ trung gian (Bit Merker, Timer, Counter).
• Lập trình điều khiển: Viết chương trình bằng ngôn ngữ LAD theo từng khối chức năng (chế độ Manual, Auto, xử lý ngắt khẩn cấp, phát xung điều khiển bước).
• Thiết kế giao diện vận hành HMI Weintek: Thiết kế các màn hình điều khiển gồm: màn hình tổng quan hệ thống, màn hình cài đặt tham số thời gian/thể tích, màn hình hiển thị trạng thái I/O và màn hình cảnh báo sự cố.
• Mô phỏng WinCC: Xây dựng giao diện SCADA trên nền tảng WinCC để mô phỏng động học các thiết bị (băng tải chạy, mức dung dịch dâng lên trong chai, mâm xoay đổi góc, xylanh dịch chuyển).

Phần V: Thuyết minh nguyên lý của hệ thống

Trình bày tổng kết nguyên lý hoạt động phối hợp đồng bộ giữa cơ cấu chấp hành điện và khí nén theo thời gian thực. Đánh giá chu trình làm việc tự động liên tục, độ chính xác của các vị trí dừng và tính năng an toàn ngắt mạch khi có sự cố.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

• Hoàn thành đầy đủ bộ thuyết minh thiết kế và 03 bản vẽ kỹ thuật khổ A0 thể hiện sơ đồ công nghệ, sơ đồ nguyên lý đấu nối điện và lưu đồ điều khiển hệ thống.
• Lựa chọn và tính toán phối bộ thành công các thiết bị phần cứng công nghiệp tương thích: Động cơ bước NEMA 34 86HS156 ($12\text{ Nm}$) kết hợp Driver Leadshine DM542, cụm xylanh khí nén đôi CXSM10-50, hệ thống cảm biến quang điện OMDHON và cảm biến màu chuyên dụng Keyence CZ-V21A có thời gian đáp ứng nhanh ($200,\mu\text{s}\text{--}8\text{ ms}$).
• Xây dựng thành công thuật toán logic GRAFCET và chương trình điều khiển PLC giải quyết trọn vẹn chu trình tự động hóa tích hợp 3 trong 1: chiết rót theo mức (sai số $\le 5\text{ ml}$), mâm xoay dập nắp chia độ $90^\circ$ và dán nhãn decal miết trục trong $10\text{ s}$.
• Thiết kế giao diện HMI Weintek 8071iP và mô phỏng WinCC hỗ trợ giám sát trực quan quá trình vận hành, cho phép người vận hành thay đổi dung tích chiết rót linh hoạt ngay trên màn hình.

Đóng góp của tác giả:

• Đề xuất giải pháp sử dụng cảm biến màu Keyence CZ-V21A để xác định mức chất lỏng, khắc phục nhược điểm sai lệch thể tích của phương pháp định lượng thuần túy theo thời gian khi áp lực bồn chứa thay đổi.
• Ứng dụng công nghệ giảm dòng tự động ($50%$) trên Driver DM542 ở trạng thái nghỉ, giúp giảm $36%$ nhiệt độ phát sinh trên cuộn dây động cơ bước, nâng cao độ bền cho cơ cấu truyền động mâm xoay.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận trong đồ án:

• Hệ thống truyền động mâm xoay sử dụng động cơ bước điều khiển vòng hở (Open Loop), chưa có thiết bị phản hồi vị trí góc quay (Encoder), do đó vẫn tồn tại rủi ro trượt bước nếu cơ cấu cơ khí bị kẹt hoặc quá tải đột ngột.
• Khâu cấp nắp chai trong đồ án mới dừng lại ở nguyên lý dẫn nắp trọng lực cơ bản, chưa tích hợp cụm phễu rung phân loại nắp tự động công nghiệp.
• Lực dập nắp bằng khí nén của xylanh P2 phụ thuộc vào áp suất nguồn cấp, cần tinh chỉnh van tiết lưu thủ công để tránh nguy cơ biến dạng hoặc vỡ cổ chai nhựa/thủy tinh.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

• Nâng cấp hệ truyền động mâm xoay sang động cơ Servo AC hoặc hệ thống Step-Servo có phản hồi encoder vòng kín để kiểm soát tuyệt đối vị trí góc quay.
• Thiết kế bổ sung cụm cấp nắp tự động dạng mâm rung phân loại (Bowl Feeder) định hướng nắp tự động trước khi cấp vào mâm xoay.
• Tích hợp thêm cảm biến áp suất số để kiểm soát lực dập nắp chính xác theo từng loại vật liệu chai.
• Mở rộng mạng truyền thông công nghiệp (Profinet/Modbus TCP) để kết nối hệ thống vào mạng quản lý sản xuất toàn nhà máy (MES).

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật thực tiễn đối với:

• Sinh viên và giảng viên ngành Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điều khiển: Tham khảo phương pháp tính chọn công suất cơ cấu khí nén, động cơ bước và thiết bị đóng cắt bảo vệ; quy trình lập trình GRAFCET và kỹ thuật điều khiển tuần tự bằng PLC.
• Người làm đề tài về máy đóng gói tự động: Tham khảo sơ đồ đấu nối mạch động lực, mạch điều khiển, cách cấu hình vi bước Driver Leadshine DM542 và quy trình hiệu chuẩn cảm biến màu nhận diện mức Keyence CZ-V21A.
• Kỹ sư triển khai HMI/SCADA: Tham khảo cách xây dựng giao diện điều khiển giám sát trên màn hình cảm ứng HMI Weintek và cấu hình truyền thông với PLC.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp chiết rót theo mức nước bằng cảm biến màu thay vì chiết rót theo thời gian hay khối lượng?
Trả lời: Trong văn bản đồ án, phương pháp chiết rót theo thời gian có nhược điểm là độ chính xác không cao do phụ thuộc vào áp lực chất lỏng thay đổi khi bồn chứa cạn dần; phương pháp chiết rót theo khối lượng đòi hỏi hệ thống cân loadcell phức tạp. Phương pháp chiết rót theo mức sử dụng cảm biến màu Keyence CZ-V21A nhận biết chính xác mặt thoáng chất lỏng dâng lên trong chai trong suốt/bán trong suốt, có độ chính xác cao (sai số $\le 5\text{ ml}$) và dễ thực hiện lắp đặt trên dây chuyền.

2. Động cơ bước NEMA 34 mã 86HS156 được chọn có thông số kỹ thuật nào đáp ứng yêu cầu mâm xoay?
Trả lời: Động cơ bước NEMA 34 mã 86HS156 (tương đương 86BYGH450C) có kích thước mặt bích $86 \times 86\text{ mm}$, chiều dài thân $150\text{ mm}$, đường kính trục $14\text{ mm}$, dòng chịu tải $6\text{ A}$, mô-men xoắn giữ $12\text{ Nm}$, 4 đầu dây ra, góc bước $1{,}8^\circ \pm 5%$. Mô-men xoắn $12\text{ Nm}$ đủ lớn để định vị chính xác góc quay $90^\circ$ của mâm xoay mang tải chai mà không bị trượt bước ở dải vận tốc thấp.

3. Công nghệ giảm dòng trên Driver DM542 mang lại lợi ích gì cho hệ thống?
Trả lời: Driver Leadshine DM542 trang bị công tắc gạt SW4 cho phép kích hoạt chế độ tự động giảm nửa dòng điện ($50%$) khi động cơ ở trạng thái dừng nghỉ sau $0{,}4\text{ s}$. Chế độ này giúp giảm $36%$ nhiệt độ phát sinh trên thân động cơ bước, giảm tiếng ồn, tiết kiệm điện năng và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

4. Trình tự công đoạn dán nhãn tại Băng tải 2 được điều khiển phối hợp như thế nào?
Trả lời: Khi cảm biến tiệm cận phát hiện chai vào vị trí dán nhãn trên Băng tải 2, xylanh P3 duỗi ra để giữ chai và xylanh P4 duỗi ra để chặn chai. Động cơ M3 quay kéo cuộn nhãn decal; khi cảm biến quang hồng ngoại phát hiện khe hở giữa 2 tem nhãn thì M3 dừng lại. Sau đó, động cơ dán nhãn M4 quay trong $10\text{ s}$ để miết nhãn dính chặt vào thân chai nhờ ma sát của con lăn. Hoàn thành $10\text{ s}$, xylanh P3 và P4 đồng thời thu về để Băng tải 2 đưa chai thành phẩm ra ngoài.

5. Màn hình HMI Weintek 8071iP được tích hợp vào hệ thống qua các cổng truyền thông nào?
Trả lời: Màn hình HMI Weintek 8071iP ($7\text{ inch}$, độ phân giải $800 \times 480$) được trang bị cổng COM2 chuẩn RS-485 2 dây hỗ trợ giao thức MPI $187{,}5\text{K}$ (kết nối với PLC Siemens S7-300) và cổng Ethernet hỗ trợ giao thức Modbus TCP/IP (kết nối trực tiếp với PLC Siemens S7-1200).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lưu Đức Mạnh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống tự động hóa dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC. Bằng việc kết hợp tính toán cơ - điện tử chặt chẽ từ xylanh khí nén, động cơ bước NEMA 34 đến các cảm biến quang, tiệm cận và cảm biến màu Keyence CZ-V21A, hệ thống đảm bảo vận hành nhịp nhàng theo lưu đồ GRAFCET. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật thực tiễn cao cho sinh viên ngành Tự động hóa trong việc nghiên cứu và triển khai các dây chuyền đóng gói công nghiệp khép kín.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN -------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN TỰ ĐỘNG DÙNG PLC Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Chinh Sinh viên thiết kế : Lưu Đức Mạnh MSSV : K185520216145 Lớp : 54TĐH.04 Thái Nguyên, Năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KTCN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA ĐIỆN …… BỘ MÔN: TĐH ĐỀ TÀI THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: Lưu Đức Mạnh Lớp: 54TDH.04 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Chinh Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành: I: Tên đề tài Thiết kế hệ thồng chiết rót ,đóng nắp chai và dán nhãn tự động dùng PLC. II: Chuyên đề: Không III: Số lượng và kích thước bản vẽ: bản vẽ khổ A0 Bản vẽ 1: Bản vẽ 2: Bản vẽ 3: Thái Nguyên, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Thị Chinh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KTCN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA ĐIỆN …… BỘ MÔN: TĐH THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I. Tên đề tài: Thiết kế hệ thồng chiết rót,đóng nắp chai và dán nhãn tự động dùng PLC. Chuyên đề: không III.

Nội dung thuyết minh: Phần I: Phân tích yêu cầu công nghệ , chọn phương án và cấu trúc điều khiển Phần II: Tính chọn thiết bị ,thiết kế hệ thống Phần III: Mô tả hệ thống,thiết kế hàm logic Phần IV: Lập trình điều khiển Phần V: Thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống IV Bản vẽ: 03 bản A0 Bản vẽ 1: Bản vẽ 2: Bản vẽ 3: Bản thuyết minh được thông qua ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Thị Chinh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN. Ngày tháng năm 2023 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC: PHẦN I. PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN .1 GIỚI THIỆU CHUNG .2 Công đoạn chiết rót và đóng nắp .3 Công đoạn dán nhãn. PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ.

Sơ đồ mô tả công nghệ .2 Bài toán công nghệ .3 CHỌN PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN .4 CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU KHIỂN .13 PHẦN II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ, THIẾT KẾ HỆ THỐNG .TÍNH CHỌN THIẾT BỊ .1 Chọn động cơ bước .3 Van điện từ.5 Chọn van tiết lưu.7 Rơ le trung gian 24VDC .8 Nguồn tổ ong 24V 5A.10 Màn hình HMI Weintek 8071iP.11 Cảm biến màu Keyence CZ-V21A .12 Chọn băng tải .2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG. MÔ TẢ HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ HÀM LOGIC .1 PHÂN TÍCH BIẾN VÀO RA. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ HỆ THỐNG .3 MÔ TẢ BẰNG GRAFCET .2 Xử lý đóng nắp. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.

ĐẶT ĐỊA CHỈ. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN. Cấu hình cho PLC. Chương trình.

THIẾT KẾ MÀN HÌNH HMI. Giới thiệu về màn hình HMI. Thiết kế HMI cho đề tài .MÔ PHỎNG HỆ THỐNG.1 Giới thiệu về WinCC. Thiết kế WinCC cho đề tài.

82 PHẦN V: THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG. Kết quả đạt được. Hạn chế và phương pháp giải quyết.97 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

98 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học - Công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn mang lại sự tiện ích tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Góp phần vào sự phát triển đó thì ngành tự động hoá xí nghiệp công nghiệp đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Sau quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo em đã hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp. Chúng em đã vận dụng tất cả các kiến thức và năng lực đã tính luỹ trong suốt thời gian học ở nhà trường và nghiên cứu thêm về cảm biến để hoàn thành được đề tài “Thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn tự động” với đề tài này mong muốn sau khi hoàn thành sẽ có một kiến thức sâu sắc, thực tế hơn và góp phần vào sự phát triển của nền sản xuất tự động hóa của nước nhà.

Được sự hướng dẫn của cô, chúng em đã thực hiện đề tài:“Thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn tự động”. Đó là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn. Tuy nhiên, do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế và điều kiện không cho phép, nhóm em không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, cùng các thầy, cô trong Bộ môn Tự động hoá đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này.

Trong quá trình thực hiện và trình bày không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô và các bạn để sản phẩm của chúng em hoàn thiện hơn. Em chân thành cảm ơn! PHẦN I. PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ, CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. Giới thiệu chung về hệ thống triết rót đóng nắp chai và dán nhãn tự động Hệ thống chiết rót đóng nắp chai và dán nhãn tự động là một hệ thống các máy móc, thiết bị được liên kết với nhau.

Trong đó, là sự kết hợp tuyệt vời giữa thiết bị chiết rót, định lượng dung dịch với thiết bị đóng nắp tự động và dán nhãn tự động. Những thiết bị này nằm trong một dây chuyền khép kín, nhưng thực hiện một cách hài hòa với nhau đảm bảo hiệu quả sản xuất. Chung quy, cùng thực hiện những nhiệm vụ chính là chiết rót, đóng nắp tự động cho nhiều loại chai như chai pet, chai nhựa, chai thủy tinh,… và dán nhãn.1 Công đoạn chiết rót tự động Cơ chế vận hành của cấu tạo máy chiết rót hoàn toàn tự động. Không những chiết rót được nước khoáng, tinh khiết,.Máy còn được thiết kế ra để chiết rót, đóng nắp tự động các sản phẩm dầu ăn, nước tương,… 1.2 Công đoạn chiết rót và đóng nắp Cấu tạo máy chiết rót đóng nắp tự động là một sản phẩm vô cùng cần thiết đối với ngành đóng gói chất lỏng công nghiệp.

• Cấu tạo máy chiết rót là hoàn toàn vận hành tự động. Nên doanh nghiệp không cần phải bỏ ra quá nhiều tiền để thuê nhân công. 1 • Từ những sản phẩm chảy tự do đến những dung dịch có độ nhớt cao đều được tiến hành nhanh chóng nhờ cấu tạo máy chiết rót. • Thiết kế của máy theo dạng mở, nên có thể tháo lắp, sửa chữa dễ dàng.

• Mặc dù là vận hành tự động, nhưng vẫn đảm bảo được tất cả các quy trình diễn ra có hiệu quả, năng suất nhất. • Việc vận hành máy chiết rót đơn giản, thao tác rất dễ dàng. • Người dùng sẽ cài đặt được phần dung tích cho vào các chai trước khi đóng. • Đối với cấu tạo máy chiết rót, mọi quy trình đều được diễn ra công khai trên hệ thống.

• Ngoài ra, cấu tạo máy chiết rót sẽ được đảm bảo hoàn toàn hợp chuẩn vệ sinh. Sản phẩm được đóng ra đều đạt tiêu chuẩn của Bộ Y tế, sạch sẽ, an toàn với sức khỏe người tiêu dùng. Cấu tạo máy chiết rót Nhìn chung, cấu tạo máy chiết rót đóng nắp chai sẽ bao gồm các phần cơ bản như: • 03 đầu chiết rót. • Bồn chứa nguyên liệu.

• Bộ phận cung cấp nắp. • 01 đầu xiết nắp. • Ngoài ra, sẽ có các thiết bị máy móc hỗ trợ kèm theo. Nhằm giúp cho quá trình được diễn ra suôn sẻ, trơn tru hơn.

Tính năng vốn có của máy chiết rót • Chiết rót cho các dòng sản phẩm đồ uống dạng lỏng hoặc dạng ga, nước mắm,… • Mức sai sót ước tính của máy chiết rót chỉ ở khoảng ≤5ml. • Cấu tạo máy chiết rót uy tín, chất lượng được sản xuất bởi đội ngũ chuyên gia có kinh nghiệm. Trải qua nhiều quá trình khác nhau, kiểm tra kỹ lưỡng mới được cho xuất xưởng và bán trên thị trường. • Được cấu tạo bởi thép không gỉ 304 nên rất bền theo thời gian.

Không những thế, còn có khả năng chống chịu tốt, quá trình làm sạch rất dễ dàng. • Ngoài ra, máy chiết rót còn có màn hình cảm ứng, mọi thao tác được thực hiện dễ dàng. Nhắc đến máy chiết rót trên thị trường hiện nay thường sẽ có 03 dạng phổ biến: Máy chiết rót thủ công, máy chiết rót bán tự động và máy chiết rót tự động – đóng nắp chai. • Máy chiết rót thủ công: Đây là dòng máy thường được sử dụng trong dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Máy này sẽ có 8-12 vòi chiết rót, công suất hoạt động từ 3.500 chai/giờ, đây là số lượng mà máy này có thể đáp ứng. • Máy chiết rót bán tự động: Có cấu tạo gồm 2-6 vòi, công suất đạt được là 800 – 1. Được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm, viện thẩm mỹ. Thường thì dòng máy này sẽ có mặt ở những nơi có quy mô nhỏ, chiết rót các sản phẩm đã có mức định lượng có sẵn.

Nhưng ngày nay, máy chiết rót tự động – đóng nắp sẽ được người dùng ưu ái sử dụng nhiều hơn. Vì chúng đáp ứng được đại đa số phần lớn công suất, thiết kế theo nhu cầu người dùng. Nguyên lý hoạt động của máy chiết rót này như sau: 2 Chiết rót áp suất thường Nguyên lý hoạt động của chiết rót áp suất thường như sau: Dựa vào sự chênh lệch về độ cao của vòi chiết và chai đựng từ nguyên tắc chất lỏng tự chảy vào bên trong chai. Các chất lỏng như dầu ăn, dầu gội sẽ được đưa vào chai một cách hoàn hảo.

Chiết rót chân không Những sản phẩm chai sau khi đã được sục rửa sẽ được đưa đến hệ thống hút chân không. Nhờ sự chênh lệch áp suất giữa chai và thùng chứa, các dung dịch sẽ chảy vào bên trong chai, cho ra sản phẩm. Chiết rót đẳng áp Nguyên lý này sử dụng khi bạn muốn chiết rót dung dịch các loại nước có ga. Quy trình này sẽ được sử dụng bằng cách nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất chai cân bằng với áp suất bình chứa.

Để dung dịch chảy vào trong chai nhờ tận dụng độ cao. Cấu tạo máy chiết rót sẽ được sản xuất phù hợp với nhu cầu của người sử dụng. Có thể điểm qua những máy chiết rót sau: • Máy chiết rót bằng bơm bánh răng. • Máy chiết rót bằng bơm trục vít.

• Máy chiết rót kiểu đối lưu. • Máy chiết rót bằng lưu lượng kế.