Đồ án: Thiết kế máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động bằng PLC S7-1200

Đồ án chi tiết thiết kế máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động. Trình bày đầy đủ về mô hình, phần cứng và chương trình điều khiển dùng PLC S7-1200.

• Tác giả: Nguyễn Thành Dư
• Người hướng dẫn: ThS. Đàm Xuân Đông
• Trường học: Trường Đại Học Điện Lực
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Mô Hình Máy Dán Nhãn Phẳng Và Dập Nắp Tự Động Sử Dụng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Graduation Project
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Máy Dán Nhãn Tự Động

Máy dán nhãn tự động đã trở thành một giải pháp không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hiện đại. Hệ thống này được thiết kế để dán nhãn phẳng và dập nắp trên các sản phẩm một cách nhanh chóng, chính xác và hàng loạt. Sự phát triển của công nghệ tự động hóa sản xuất đã giúp các doanh nghiệp nâng cao năng suất, giảm chi phí lao động và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng PLC S7-1200 trong hệ thống này cho phép điều khiển các thiết bị một cách linh hoạt, đáng tin cậy và dễ dàng bảo trì. Đồ án máy dán nhãn này không chỉ đáp ứng nhu cầu thực tế của các nhà máy mà còn là một nền tảng khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ điều khiển tự động hóa.

1.1. Nhu Cầu Thực Tiễn Của Máy Dán Nhãn

Trong bối cảnh thương mại hiện đại, các sản phẩm công nghiệp cần được dán nhãn thông tin để cung cấp chi tiết sản phẩm cho người tiêu dùng. Máy dán nhãn tự động giải quyết bài toán tốc độ, độ chính xác và khả năng xử lý số lượng lớn. Các công ty sản xuất đòi hỏi thiết bị phải hoạt động liên tục, giảm lỗi sai và nâng cao hiệu suất sản xuất. Đây chính là lý do đưa đến nhu cầu phát triển các hệ thống tự động hóa sử dụng PLC S7-1200.

1.2. Ứng Dụng Của PLC S7 1200 Trong Hệ Thống

PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình được Siemens phát triển với khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ và giao diện thân thiện. Nó cho phép lập trình các chu trình công việc phức tạp, điều khiển động cơ, van điện từ và các cảm biến khác nhau. Với ngôn ngữ lập trình theo tiêu chuẩn IEC 61131-3, PLC S7-1200 trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng tự động hóa trong ngành công nghiệp.

II. Mô Hình Hệ Thống Máy Dán Nhãn Tự Động

Mô hình máy dán nhãn được thiết kế bao gồm nhiều thành phần chính hoạt động phối hợp với nhau. Hệ thống gồm phần cứng (hardware) như động cơ, cảm biến, van điều khiển) và phần mềm (software) điều khiển chúng thông qua PLC S7-1200. Quy trình hoạt động của hệ thống là: sản phẩm được đưa vào, cảm biến phát hiện vị trí, PLC xử lý tín hiệu và gửi lệnh điều khiển động cơ để dán nhãn chính xác, sau đó thực hiện dập nắp. Mô hình này đã được xây dựng và thử nghiệm thành công, chứng minh khả năng ứng dụng trong thực tế sản xuất công nghiệp.

2.1. Cấu Trúc Chính Của Hệ Thống

Hệ thống máy dán nhãn bao gồm: (1) Bộ đưa sản phẩm - vận chuyển sản phẩm đến vị trí dán nhãn; (2) Cơ cấu dán nhãn - thực hiện công việc dán nhãn phẳng chính xác; (3) Cơ cấu dập nắp - thực hiện công việc dập nắp; (4) Hệ thống cảm biến - phát hiện vị trí sản phẩm và trạng thái hoạt động; (5) PLC S7-1200 - bộ điều khiển trung tâm; (6) Hệ thống cung cấp năng lượng - cấp điện cho toàn bộ hệ thống.

2.2. Quy Trình Hoạt Động Chi Tiết

Chu trình hoạt động bắt đầu khi sản phẩm được đưa vào hệ thống. Cảm biến nhận diện sản phẩm và gửi tín hiệu tới PLC S7-1200. PLC xử lý dữ liệu và điều khiển cơ cấu dán nhãn để dán nhãn tại vị trí chính xác. Sau đó, hệ thống tự động thực hiện dập nắp để hoàn tất quá trình. Công nghệ tự động hóa này cho phép xử lý hàng trăm sản phẩm mỗi giờ với độ chính xác cao.

III. Thiết Kế Phần Cứng Của Hệ Thống

Thiết kế phần cứng của máy dán nhãn tự động yêu cầu sự chọn lựa các thiết bị điện tử và cơ khí phù hợp. Các thành phần chính bao gồm: PLC S7-1200 làm bộ điều khiển chính, cảm biến cảm ứng để phát hiện vị trí sản phẩm, động cơ servo để điều khiển độ chính xác cao, van điện từ điều khiển chuyển động pneumatic, và các thiết bị cung cấp năng lượng (nguồn điện, khí nén). Thiết kế phần cứng phải đảm bảo tính ổn định, an toàn, dễ bảo trì và có khả năng mở rộng. Việc lựa chọn các linh kiện chính hãng từ Siemens và các nhà sản xuất uy tín khác giúp đảm bảo chất lượng và độ bền của hệ thống.

3.1. Các Thiết Bị Điều Khiển Chính

PLC S7-1200 là trái tim của hệ thống, cung cấp khả năng lập trình linh hoạt và xử lý tín hiệu nhanh chóng. Hệ thống còn bao gồm module mở rộng I/O để tăng số lượng đầu vào/đầu ra (Input/Output). Cảm biến cảm ứng (Inductive Sensors) phát hiện sự có mặt của sản phẩm, cảm biến quang (Photoelectric Sensors) kiểm tra chất lượng dán nhãn. Động cơ servo được điều khiển bởi driver servo để đảm bảo độ chính xác định vị cao.

3.2. Hệ Thống Động Lực Và Cung Cấp Năng Lượng

Hệ thống pneumatic sử dụng khí nén để điều khiển van điện từ thực hiện các chuyển động dập nắp. Bơm nén khí cung cấp áp suất ổn định khoảng 6-8 bar cho toàn bộ hệ thống. Nguồn điện 220V AC được biến đổi thành 24V DC để cung cấp cho PLC, cảm biến và các thiết bị điều khiển khác. Thiết kế hệ thống phải có bộ lọc, giảm áp để bảo vệ các thiết bị và đảm bảo an toàn.

IV. Thiết Kế Phần Mềm Và Lập Trình PLC

Phần mềm điều khiển được lập trình bằng ngôn ngữ STEP 7 (tiêu chuẩn IEC 61131-3) trên phần mềm TIA Portal của Siemens. Chương trình PLC được chia thành nhiều khối chức năng (Function Blocks) để quản lý các hoạt động khác nhau: xử lý tín hiệu cảm biến, điều khiển động cơ, quản lý thời gian, xử lý lỗi. Lập trình sử dụng biểu đồ sơ đồ (Ladder Diagram - LD) và danh sách lệnh (Instruction List - IL) để dễ hiểu và bảo trì. Hệ thống bao gồm chương trình chính (Main Program) điều phối toàn bộ quá trình và các chương trình con (Subroutines) thực hiện các nhiệm vụ riêng biệt. Các hàm lập trình được kiểm tra và xác nhận để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, chính xác và hiệu quả.

4.1. Cấu Trúc Chương Trình Điều Khiển

Chương trình PLC được chia thành: (1) Khối khởi tạo (Initialization Block) - thiết lập các tham số ban đầu; (2) Khối xử lý tín hiệu (Signal Processing Block) - xử lý dữ liệu từ cảm biến; (3) Khối điều khiển logic (Control Logic Block) - thực hiện các quyết định dựa trên logic; (4) Khối điều khiển động cơ (Motor Control Block) - gửi lệnh điều khiển; (5) Khối xử lý lỗi (Error Handling Block) - quản lý tình huống lỗi. Cấu trúc này đảm bảo tính modularity và dễ bảo trì.

4.2. Các Giải Pháp Lập Trình Hiệu Quả

Chương trình điều khiển sử dụng biến trạng thái (State Variables) để quản lý các pha hoạt động khác nhau. Timer được sử dụng để đồng bộ hóa các hoạt động, Counter để đếm số lượng sản phẩm. Các lệnh điều kiện (IF-THEN-ELSE) kiểm soát quy trình dựa trên tín hiệu cảm biến. Lập trình bao gồm các hàm an toàn (Safety Functions) để ngăn chặn các lỗi nguy hiểm và đảm bảo hoạt động ổn định của máy dán nhãn tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY DÁN NHÃN TỰ ĐỘNG 1. Tổng quan về máy dán nhãn tự động Máy dán nhãn tự động là loại máy được dùng để dán nhãn chai cho những chai, lọ, bao bì sản phẩm của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Được sản xuất dựa trên dây chuyền công nghệ hiện đại máy dán nhãn tự động đã đem lại hiệu suất cũng công việc cũng như chất lượng sản phẩm tốt nhất với những bao bì được dán nhãn một cách hoàn hảo, không bị gấp, nhăn hay bong tróc trong quá trình dán nhãn, tăng lên giá trị thẩm mỹ cho từng loại sản phẩm.

Máy dán nhãn chai tự động có thiết kế rất dễ sử dụng, không cần quá nhiều thao tác để vận hành máy, tùy vào mục đích của nơi sử dụng, giúp cho chúng ta giảm được chi phí nhân công trực tiếp, từ đó nâng cao được năng suất sản xuất. Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng tới từng nhu cầu dán nhãn chai khác nhau. Do đó rút ngắn được khoảng thời gian phụ và chuẩn bị khởi động máy. Bất cứ lúc nào cũng có thể bắt đầu tiến hành vận hành với chương trình sẵn có hoặc chuyển đổi sang chương trình khác.

Máy có thiết kế khá nhỏ gọn, trọng lượng máy khoảng từ 50 – 60 kg, dễ dàng vận chuyển máy từ nơi này sang nơi khác, thích hợp với những nơi có không gian làm việc giới hạn như nhà dân hoặc các xưởng sản xuất nhỏ lẻ. Bên cạnh đó máy khá dễ tháo lắp, tra mỡ, dầu cho các cơ cấu vận hành được trơn tru, hiệu quả trong quá trình hoạt động. Máy dán nhãn tự động sẽ không bao giờ bị lỗi thời so với ngành sản xuất, vì những tính năng nổi trội và phù hợp với công đoạn đóng gói và dán nhãn vào sản phẩm : + Có khả năng hút túi và dán nhãn trên túi. + In nhiệt tốt + Dán nhãn tự động trên dây xích băng truyền hay trên băng tải.

Với ưu điểm góc quay chính xác của động cơ bước do đó sản phẩm sẽ được bắn ra ở một vị trí cực kỳ chuẩn và không để lại nếp nhăn của nhãn trên bề mặt sản phẩm. Chế độ tách nhãn linh động và khoảng cách giới hạn bề rộng nhãn lớn giúp thao tác thay đổi các cuộn nhãn có nhiều kích thước khác nhau một cách dễ dàng. Tìm hiểu số loại máy dán đề can trên thị trường 1. Máy dán nhãn chai tròn tự động NTMD001 Hình 1.

1: Máy dán nhãn chai tròn NTMD001 Thông số kỹ thuật: - Sản phẩm phù hợp: bình dạng tròn - Kích thước bình (mm): 90-200 Cao: 30-80mm (có thể lớn hơn) - Kích thước nhãn (mm): dài 40-530mm Cao: 30-110mm (có thể lớn hơn) - Tốc độ dán nhãn (tùy thuộc vào kích thước chai và nhãn) (cái/phút): 0-80 - Sai lệch nhãn: ± 1.5mm 4 - Nguồn điện: 380V, 50Hz, 2.1Kw - Trọng lượng: 500Kg - Kích thước máy: 2400*1500*1200mm 1. Máy dán nhãn chai tròn tự động CH-150 Hình 1. 2: Máy dán nhãn chai tròn CH-150 Thông số kỹ thuật: - Sản phẩm phù hợp: Bình dạng tròn - Kích thước áp dụng: + Chiều dài : 40-400 mm + Chiều rộng : 40-200 mm + Chiều dày : 0.2-150 mm - Sai số: ± 1mm - Tốc độ: 50-200pcs / phút - Trọng lượng: 180kg - Điện áp: 220V/50Hz - Công suất: 950W 5 - Kích thước máy: 1600 * 780 * 1400mm Máy dán nhãn chai tròn là dòng máy bán tự động dùng để dán nhãn giấy lên các loại chai tròn thành các nhãn dán. Máy dán nhãn bán tự động này đã và đang được doanh nghiệp vừa và nhỏ sử dụng để dán nhãn chai tròn các loại.

Đặc biệt, có thể thay đổi kết cấu máy để dán nhãn lên thân chai và cổ chai cùng một lúc. Kích thước cổ chai không cần điều chỉnh. Máy dán nhãn chuyên dùng để dán các cuộn nhãn giấy hoặc decal tự dính. Và các loại lá nhôm kim loại lên các sản phẩm cần dán nhãn như hộp, lọ, lon, chai,… Các sản phẩm trong ngành mỹ phẩm, đồ uống, hóa chất, y tế, công nghệ thực phẩm,… Đây là sản phẩm không thể thiếu trong công nghiệp đóng gói.

Thiết bị có thể cải thiện hiệu quả dán nhãn sản phẩm với vị trí được dán chính xác. Thành phẩm đạt chất lượng tốt và độ ổn định cao. Máy dán nhãn chai tròn tự động LABEL -795V - Tốc độ dán nhãn: 60 cái/phút - Sai số dán nhãn: ± 1mm - Độ rộng nhãn lớn nhất: Nhãn cổ: 125mm; nhãn thân: 190mm - Kích thước chai dán nhãn: Độ dày: ≥30mm; Độ cao: ≤500mm - Đường kính lõi nhãn: ∅76.2mm - Đường kính lớn nhất cuộn nhãn: MaxΦ330mm - Kích thước máy: L4140*W1200*H1800（mm） - Trọng lượng máy: 650kg - Nguồn điện: 380V 50Hz 4000W 6 1. Một số loại máy dán nhãn chai tự động khác Hình 1.

3: Máy dán nhãn chai tròn LA800 Hình 1. 4: Máy dán nhãn chai tròn ADP-490S 7 1. Nhu cầu và ứng dụng của máy đề can tự động 1. Nhu cầu trong nghành sản xuất thực phẩm Xã hội ngày càng phát triển đời sống người dân ngày càng được nâng cao.

Do đó, nhu cầu ăn uống của người dân cũng được nâng cao. Chính vì vậy mà những năm gần đây các loại nước ngọt, nước giải khát đóng chai (Cocacola, Pepsi, Trà xanh 0°, nước ép trái cây đóng chai. ), các loại nước uống có cồn ( chai bia, chai rượu…), các loại thực phẩm đóng chai ( nước mắm, chai tương .) phục vụ cho người dân rất đa dạng và được bán rộng khắp trên cả nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc chọn lựa, đa dạng cả về mẫu mã lẫn chất lượng. 5: Một sản phẩm được dán nhãn 8 1.

Nhu cầu trong nghành sản xuất dược phẩm Hình 1. 6: Một sản phẩm chai thuốc được dán nhãn Nhãn dược phẩm, y tế rất quan trọng với mỗi sản phẩm của các hãng dược phẩm vì nó có thể bao gồm nhiều ngôn ngữ, liều lượng, hướng dẫn sử dụng, thành phần chế tạo, nhà sản xuất, nơi sản xuất, hạn sử dụng, một số cảnh báo và nhiều hơn nữa mà không cần thêm những thứ khác để hướng dẫn… 1. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp Ngoài ra công việc dán nhãn sản phẩm vào chai là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc dán nhãn sản phẩm chai tròn là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn.

Ngày nay việc dán nhãn sản phẩm chai tròn có tầm quan trọng việc quết định đến tính thẩm mỹ , thông qua đó nói lên chất lượng sán phẩm … giúp việc nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. 9 Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn. Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.

Dán nhãn sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi đến tính tỷ mỹ ,sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống dán nhãn chai tự động ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.

Hiện nay trong công nghiệp việc dán nhãn sản phẩm chai tròn là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tính thẩm mỹ, mẫu mã, số lượng cũng như đảm bảo độ đồng đều của sản phẩm. Việc dán nhãn sản phẩm chai tròn bằng thủ công sẽ làm cho năng suất, độ chính xác không cao vì các yếu tố chủ quan. Trên thực tế có rất nhiều hệ thống dán nhãn sản phẩm chai theo từng yêu cầu cụ thể, khác nhau. Hệ thống này có mặt trong hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động.

Ngoài ra công việc dán nhãn sản phẩm vào chai là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc dán nhãn sản phẩm chai tròn là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay việc dán nhãn sản phẩm chai tròn có tầm quan trọng việc quết định đến tính thẩm mỹ , thông qua đó nói lên chất lượng sán phẩm … giúp việc nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã cải 10 thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.

Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng. Dán nhãn sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi đến tính tỷ mỹ ,sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.