Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình chiết rót đóng nắp tự động sử dụng PLC

Tham khảo đồ án thiết kế mô hình chiết rót đóng nắp sử dụng PLC. Hướng dẫn lập trình, giám sát HMI và nguyên lý hoạt động hệ thống tự động.

• Tác giả: Lê Văn Quý
• Người hướng dẫn: Ths. Huỳnh Phát Huy
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Thiết Kế Mô Hình Chiết Rót Đóng Nắp Sử Dụng PLC
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Mô hình Chiết Rót Đóng Nắp PLC

Đồ án mô hình chiết rót đóng nắp PLC là một dự án tốt nghiệp tiêu biểu trong lĩnh vực kỹ thuật điện tại các trường đại học công nghệ. Dự án này tập trung vào thiết kế và phát triển hệ thống tự động điều khiển bằng PLC FX3G-60M của Mitsubishi, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất chiết rót và đóng nắp chai. Mô hình chiết rót đóng nắp được thiết kế với giao diện thân thiện trên phần mềm GTSimulator, cho phép người vận hành giám sát và kiểm soát toàn bộ quá trình từ xa. Đây là một ứng dụng thực tiễn quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, nước giải khát và dược phẩm.

1.1. Mục tiêu của Đồ án Mô hình Chiết Rót Đóng Nắp

Mục tiêu chính của đồ án chiết rót đóng nắp PLC là xây dựng một hệ thống tự động hoàn chỉnh có khả năng điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu từ xa. Hệ thống này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm sai sót con người và nâng cao hiệu suất công việc. Ngoài ra, dự án cung cấp hướng dẫn chi tiết cho các sinh viên học tập lập trình PLC và GTSimulator một cách hiệu quả.

1.2. Ý nghĩa Thực tế của Hệ thống Tự động

Mô hình mô phỏng chiết rót đóng nắp đóng vai trò quan trọng trong đạo tạo kỹ sư điều khiển công nghiệp. Hệ thống này cung cấp trải nghiệm thực tế cho sinh viên trước khi bước vào các nhà máy sản xuất. Ứng dụng PLC trong sản xuất giúp tăng năng suất, đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn lao động.

II. Các Thành phần Chính của Hệ thống Chiết Rót Đóng Nắp

Hệ thống đồ án chiết rót đóng nắp PLC bao gồm nhiều thành phần liên kết chặt chẽ để tạo nên một quy trình sản xuất hoàn chỉnh. PLC FX3G-60M là bộ não của hệ thống, điều khiển tất cả các hoạt động từ vận chuyển chai đến đóng nắp. Băng tải là thành phần quan trọng chịu trách nhiệm vận chuyển chai vào và ra khỏi hệ thống. Van khí nén và xilanh cung cấp sức ép để thực hiện các chuyển động chính xác. Cảm biến hồng ngoại giúp xác định vị trí chai và đảm bảo đóng nắp ở đúng vị trí. Hệ thống cấp nắp và vặn nắp hoàn thành bước cuối cùng của quy trình sản xuất.

2.1. Vai trò của PLC FX3G 60M trong Điều khiển

PLC FX3G-60M là thiết bị điều khiển lập trình logic được sử dụng để quản lý tất cả các hoạt động của hệ thống chiết rót đóng nắp. PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu và điều khiển các thiết bị thực hiện như động cơ, van, xilanh. Lập trình PLC được thực hiện thông qua các ngôn ngữ đặc biệt như Ladder Diagram, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.2. Giao diện GTSimulator và Tính năng Giám sát

GTSimulator là phần mềm của Mitsubishi cho phép tạo giao diện người dùng đẹp và chuyên nghiệp. Qua giao diện này, người vận hành có thể giám sát từ xa toàn bộ quy trình, xem trạng thái các thiết bị, đọc thông số kỹ thuật. Giao diện chiết rót đóng nắp cung cấp các nút điều khiển, biểu đồ trực quan và báo cáo dữ liệu thời gian thực.

III. Quy trình Thiết kế và Lập trình Hệ thống

Quá trình thiết kế mô hình chiết rót đóng nắp PLC bao gồm nhiều bước quan trọng từ lý thuyết đến thực tế. Bước đầu tiên là phân tích yêu cầu về quy trình chiết rót, xác định các động tác cần tự động hóa. Tiếp theo là thiết kế sơ đồ khối của hệ thống, xác định các thành phần cần thiết và cách kết nối. Lập trình PLC được thực hiện bằng cách viết các chương trình điều khiển tuần tự các quá trình chiết rót, cấp nắp và vặn nắp. Thiết kế giao diện GTSimulator giúp tạo ra một môi trường giám sát thân thiện. Cuối cùng là kiểm tra và tối ưu hóa hệ thống để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả cao.

3.1. Lập trình Ladder Diagram cho PLC

Lập trình Ladder Diagram là phương pháp cơ bản để lập trình PLC FX3G-60M. Phương pháp này sử dụng các ký hiệu như tiếp điểm, cuộn dây để biểu diễn logic điều khiển. Để lập trình hệ thống chiết rót đóng nắp, cần viết các chương trình điều khiển các cảm biến, van, xilanh theo trình tự đúng. Lập trình PLC cần đảm bảo an toàn và chính xác trong mọi trường hợp.

3.2. Thiết kế Giao diện Hệ thống Monitoring

Thiết kế giao diện GTSimulator cho hệ thống chiết rót đóng nắp cần tập trung vào tính dễ sử dụng và hiệu quả. Giao diện phải hiển thị trạng thái hoạt động của các thành phần, cảnh báo lỗi và cho phép điều khiển từ xa. Giao diện monitoring bao gồm các nút bấm, biểu tượng động, đồ thị, và bảng dữ liệu để người vận hành có thể hiểu rõ tình hình hệ thống.

IV. Hướng dẫn Thực hiện Đồ án A Z và Khuyến nghị

Hướng dẫn chi tiết thực hiện đồ án chiết rót đóng nắp PLC từ A-Z giúp sinh viên có thể tự tin bắt tay vào dự án. Bước 1: Chuẩn bị tài liệu tham khảo về PLC, GTSimulator và quy trình sản xuất. Bước 2: Lên kế hoạch chi tiết bao gồm thiết kế cơ, điều khiển và giao diện. Bước 3: Xây dựng mô hình cơ khí với băng tải, van, xilanh và cảm biến. Bước 4: Lập trình PLC theo các quy tắc an toàn và hiệu quả. Bước 5: Thiết kế giao diện GTSimulator với các tính năng cần thiết. Bước 6: Kiểm tra và tối ưu toàn bộ hệ thống. Khuyến nghị cho các đồ án tương lai là cải thiện băng tải để tránh chai bị kẹt, thêm các cảm biến thông minh, và nâng cấp giao diện GTSimulator với các tính năng AI.

4.1. Các Bước Thực hiện Chi tiết

Thực hiện đồ án chiết rót đóng nắp theo các bước có cấu trúc rõ ràng: (1) Thiết kế sơ đồ kỹ thuật chi tiết; (2) Lựa chọn thiết bị phù hợp (PLC, van, cảm biến, động cơ); (3) Lắp ráp hệ thống theo bản vẽ; (4) Lập trình PLC và thiết kế giao diện GTSimulator; (5) Thử nghiệm từng phần của hệ thống; (6) Tích hợp toàn bộ hệ thống và kiểm tra hoạt động.

4.2. Những Cải tiến và Khuyến nghị Cho Tương lai

Cải tiến hệ thống chiết rót đóng nắp có thể bao gồm: nâng cấp băng tải để tránh chai bị kẹt, thêm cảm biến thông minh (ultrasonic, camera), tích hợp hệ thống lưu dữ liệu trên cloud, sử dụng AI để dự đoán bảo trì. Khuyến nghị là các đồ án sau nên tập trung vào tự động hóa nâng cao và IoT để theo kịp xu hướng công nghiệp 4.0.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan giải pháp. Chương 3: Phương pháp giải quyết. Chương 4: Quy trình thiết kế phần cứng và phần mền.

Chương 5: Thi công mô hình thực nghiệm hoặc mô phỏng Chương 6: Đánh giá ết quả, kết luận. xvii Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu chung về Điện Công Nghiệp và Tự Động Hóa: 1. Tổng Quan: là hệ thống điều khiển cho các thiết bị máy móc cho sinh hoạt và sản suất công nghiệp, hạn chế sự tác động tối đa của con người.

Trong thực tế có rất nhiều hệ thống tự động được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, nồi hơi, lò nhiệt, mạng điện thoại, máy bay… Hình 1.1 Dây Chuyền sản xuất tự động - Đá Thạch Anh Kim Tự Tháp Trong một hệ thống tự động hóa tổng hợp, việc điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất có một chức năng trọng yếu Đặc tính linh hoạt của quá trình được thể hiện ở tính liên tục, tính nhịp điệu, tính tỉ lệ, tính song song của các dòng vận động Dưới con mắt tinh tế, mức độ hoạt động của một cơ sở sản xuất không phải luôn luôn là tối đa, mà tùy thuộc những điều kiện cụ thể phải xác định được mức độ tự động hóa tối ưu, th ch hợp với số lượng sản phẩm, đảm bảo chất lượng gia công cao nhất c ng như giá thành rẻ nhất. 1 Kỹ thuật điện và Tự động hóa đã được thực hiện bằng phương tiện khác nhau bao gồm cơ h , thủy lực, h nén, điện, điện tử và máy t nh, thường kết hợp. Các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như các nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thường sử dụng tất cả những kỹ thuật kết hợp. Vai trò và ý nghĩa: các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động.

Quá trình sản xuất chịu tác động của các quy luật kinh tế. Nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm c ng làm tăng chi ph trong việc nâng cao mức độ phức tạp của gia công (về đào tạo nhân công và đội ng , giá thành trang thiết bị, ) Đây c ng ch nh là động lực kích thích sự phát triển. cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các hó hăn hi sử dụng lao động thủ công Đồng thời, giúp cải thiện các điều kiện làm việc của công nhân, nhất là các hâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán.

Quá trình sản xuất tự động hóa giúp đáp ứng cường độ sản xuất lớn, dễ dàng thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất Đây là yếu tố cực kì quan trọng cho phép các nhà sản xuất đáp ứng điều kiện sản xuất và thực hiện cạnh tranh trên thị trường. Khó hăn: Các mối đe dọa an ninh, dễ bị tổn thương: Một hệ thống có thể có một mức giới hạn của trí thông minh, và vì thế dễ bị mắc lỗi bên ngoài phạm vi trước mắt của mình về kiến thức. Không thể đoán trước, chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển chi phí có thể vượt quá chi ph định mức của quá trình Chi ph ban đầu cao: Việc tự động hóa của một sản phẩm mới thường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi ph đơn vị sản phẩm. Giới thiệu hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động: 1.

Giới thiệu chung: Hệ thống chiết rót tự động là thành phần quan trọng trong dây chuyền súc rửa, chiết rót và đóng nắp phục vụ cho các ngành đóng gói chất lỏng công nghiệp.2: Hệ thống chiết rót đóng nắp tự động chuyên nghiệp Verall Việt Nam Hệ thống chiết rót chai tự động được sử dụng nhiều để phục vụ cho các ngành: thực phẩm, nước uống, dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất, dầu nhớt,… Sự ra đời của máy chiết rót tự động đã tiết kiệm cho các nhà sản xuất một khoản chi phí nhân công tương đối lớn, nâng cao năng suất chiết đóng thành phẩm vào chai. Hệ thống được kết hợp giữa các khâu chiết rót, đóng nắp, đóng thùng bán tự động. Bộ điều khiển trung tâm thường sử dụng PLC. Mỗi hâu đều vận hành tự động, nhân công chỉ tham gia vào một số công đoạn điều khiển, đầu vào và đầu ra (xếp chai vào, đóng thùng, vận hành máy,.

Tự động hóa cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các hó hăn hi sử dụng lao động thủ công Đồng thời, giúp cải thiện các điều kiện làm việc của công nhân, nhất là các hâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán. Quá trình sản xuất tự động hóa giúp đáp ứng cường độ sản xuất lớn, dễ dàng thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. Đây là yếu tố cực kì quan trọng cho phép các nhà sản xuất đáp ứng điều kiện sản xuất và thực hiện cạnh tranh trên thị trường.

Chức năng chính và phạm vi ứng dụng thực tiễn: - Chức năng: Toàn bộ hệ thống là một dây chuyền để hoàn thành các công đoạn ra thành phẩm. Các khâu trong dây chuyền được tự động hóa cao, con người chỉ tác động vào vận hành, đầu vào và đầu ra. Kết quả mang lại những ưu điểm: + Thiết bị máy chiết rót tự động được rất nhiều đơn vị sản xuất hiện nay ứng dụng. Thiết bị này được sử dụng để thay thế cho các dòng máy rót bán tự động c ng như giải pháp cho quy trình chiết rót dung dịch, chất lỏng được thuận tiện hơn + Máy chiết rót tự động có chức năng chiết rót các loại dung dịch vào dụng cụ chứa đựng.

Loại máy này có khả năng chiết rót với độ ch nh xác cao và cho năng suất tối ưu hơn so với những loại máy chiết rót thông thường, tăng ưu thế cạnh tranh trên thị trường sản xuất. + Chức năng của máy được thực hiện thông qua hệ thống điều khiển trung tâm, có thể điều chỉnh để chiết rót phù hợp với từng loại dung dịch và nguyên liệu khác nhau Các thao tác được thực hiện dễ dàng, việc bảo trì bảo dưỡng thiết bị c ng đơn giản. - Phạm vi ứng dụng: Các cơ sở sản xuất nước rửa chén, sản xuất nước giải hát, nước tinh khiết, bia… Các sản phẩm chất lỏng hoặc chất lỏng cô đặc có yêu cầu vệ sinh khử trùng cao. Sử dụng với loại chai có dung tích từ 200 ml - 1000 ml.

4 Chƣơng 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2. Những Dây Chuyền Chiết Rót Hiện Nay: Hiện nay trên thị trường đã có rất nhiều kiểu máy dây chuyền chiết rót tự động để đáp ứng nhu cầu phục vụ cho con người ngày càng cao. Đã có rất nhiều loại đã được sáng tạo và vận hành trong cuộc sống hiện nay như: Hình 2. 1: Dây Chuyền Chiết Rót 3IN1 Dòng sản phẩm chiết rót nóng 3trong1 chuyên sử dụng trong việc chiết rót nóng và đóng chai nhựa các loại thức uống trà xanh, nước ép trái cây, và các loại thức uống hác… Máy chiếc rót 3in1 tích hợp rửa – chiết rót – xoắn nắp.

Thiết kế rất sáng tạo và hợp lí với vẽ bề ngoài có độ thẩm mỹ cao, bảo trì rất thuận tiện và dễ dàng nên máy chiết rót 3in1 luôn là lựa chọn hang đầu cho việc chiết rót nóng. 2: Dây Chuyền Chiết Rót Chất Lỏng 10 Vòi Máy chiết rót 10 vòi chuyên dùng để chiết rót các loại dung dịch lỏng như rượu, chiết rót tinh dầu, chiết rót dầu ăn, chiết rót nhiều hóa chất khác. Máy chiết rót này sau nhiều lần nghiên cứu thì máy chiết rót này đang được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất nhờ độ chính xác cao. 3: Dây Chuyền Chiết Rót mâm xoay 6 Hệ thống chiết rót này đang trở nên rất phát triển và phổ biến nhờ vào sự chính xác và có thể tiết kiệm diện tích mặt bằng rất nhiều so với các hệ thống dây chuyền chiết rót theo dạng thẳng.

Các Loại Mâm Xoay Hiện Nay: Với cơ chế hoạt động rất tốt và tiện lợi của hệ thống xoay thì mâm xoay có thể xoay 360 độ và đảm bảo độ chính xác cao về vấn đề nhận chai và chiết rót, tránh tình trạng hư hỏng và đổ vỡ. Mâm Xoay Dẫn Chai Lọ: Mâm xoay này dùng để sử dụng cho các sản phẩm loại chai, lọ và máy với độ chính xác rất cao để chiết rót và dán nhãn… Hình 2. 4: Mâm Xoay Dẫn Chai Lọ 2. Mâm Xoay Thu Sản Phẩm: Sau khi thực hiện chiết rót sản phẩm, thì việc thu hồi chai, lọ sản phẩm để đưa vào đóng gói là hâu hông ém phần quan trọng trong chuỗi dây chuyền sản xuất.

Với sự giúp sức của mâm xoay thu sản phẩm sẽ biến việc thu chai, lọ diễn ra nhanh chóng, an toàn hơn 7 Hình 2. 5: Mâm Xoay Thu Sản Phẩm 2. Mâm Xoay Cấp Sản Phẩm: Được sử dụng để cấp chai, hủ…, tự động mâm xoay này được ứng dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất: mỹ phẩm, thực phẩm… nhưng nhược điểm là năng xuất trung bình hơi thấp Hình 2. 6: Mâm Xoay Cấp Sản Phẩm 2.

Thiết Bị Vận Tải: 2. Tổng Quan Về Thiết Bị Vận Tải: Các loại thiết bị vân tải được sử dụng vào mục đ ch vận chuyển đồ vật từ vị trí này đến vị trí khác mà không cần đến sức người. Giúp vận chuyển các sản phẩm từ 8 trọng lượng nhẹ như: giấy, quần áo, bột, hạt,… đến các sản phẩm có trọng lượng lớn Và có t nh năng liên tục không dừng lại, hiện nay thì có rất nhiều băng chuyền được sử dụng trong công nghiệp nhưng một số băng tải thường gặp là: Băng tải, băng chuyền và chuyền bằng thang,… dựa vài địa hình mà lựa chọn các loại bang chuyền khác nhau phù hợp với năng suất Hình 2. Tổng Quan Về Cơ Cấu Chuyền Động: Đông cơ băng chuyền cần nguồn cung cấp có dung lượng lớn, đặt biệt là những động cơ có công suất lớn ≥ 30 w, để máy có thể ổn định nhất là khi mở máy và giúp cho băng chuyền có thể hoạt động một cách trơn tru hơn Vì thế khi sử dụng băng chuyền nên cần tính toán và lựa chọn một cách ch nh xác để phụ vụ cho nhu cầu mỗi người.

Hình thức khởi động của các băng chuyền: - Phải sử dụng cảm biến để có thể phát hiện vật cần chuyền tải. - Có thể hoạt động và dừng bất cứ lúc nào theo yêu cầu. Với những chức năng này thì ngày nay băng chuyền đã giúp t rất nhiều trong dây truyển sản xuất trong công nghiệp bằng cách đóng cắc rơ le tự động.