Đồ án Kỹ thuật: tốt nghiệp hệ thống đóng gói sản phẩm tự động thiết kế thi

Đồ án tốt nghiệp về hệ thống đóng gói sản phẩm tự động. Tài liệu chi tiết thiết kế và thi công hệ thống điện điều khiển chuyên nghiệp.

• Tác giả: Hoàng Thị Hoa Mai
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hữu Chân Thành
• Trường học: Học Viện Hàng Không Việt Nam
• Chuyên ngành: Điện – Điện Tử
• Đề tài: Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Tp.Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Đóng gói Sản phẩm Tự động

Hệ thống đóng gói sản phẩm tự động là một giải pháp công nghệ hiện đại được thiết kế để nâng cao hiệu suất sản xuất trong các ngành công nghiệp đóng gói. Đồ án tốt nghiệp này tập trung vào thiết kế và thi công hệ thống điều khiển điện cho quy trình đóng gói tự động, bao gồm các công đoạn chiết rót, cấp nắp, nâng sản phẩm và dán thùng. Tại Học viện Hàng Không Việt Nam, sinh viên Hoàng Thị Hoa Mai đã phát triển một hệ thống toàn diện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hữu Chân Thành. Đây là một ứng dụng thực tiễn kết hợp giữa lý thuyết điện tử và công nghệ tự động hóa, mang lại giá trị cao cho ngành công nghiệp hiện đại.

1.1. Khái niệm Hệ thống Đóng gói Tự động

Đóng gói tự động là quá trình sử dụng các thiết bị cơ khí và điều khiển tự động để hoàn thành các công đoạn đóng gói mà không cần can thiệp thủ công. Hệ thống này bao gồm các bộ phận như máy chiết rót, cấp nắp tự động, hệ thống nâng hạ sản phẩm và dán thùng. Những lợi ích chính bao gồm tăng năng suất, giảm chi phí nhân công, cải thiện chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn lao động.

1.2. Tầm quan trọng của Thiết kế Điện Điều khiển

Thiết kế điện điều khiển là một thành phần không thể thiếu trong hệ thống đóng gói tự động. Nó điều khiển tất cả các hoạt động của máy móc từ khởi động đến dừng, đảm bảo sự phối hợp chính xác giữa các bộ phận. Hệ thống điều khiển tốt giúp tối ưu hóa hiệu suất, giảm lỗi hoạt động và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

II. Nhiệm vụ và Phạm vi Thực hiện Đồ án

Đồ án tốt nghiệp với chủ đề 'Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển' bao gồm ba nhiệm vụ chính. Thứ nhất là thiết kế và thi công phần cơ khí của hệ thống, bao gồm các khâu chiết rót, cấp nắp, nâng sản phẩm và dán thùng. Thứ hai là thiết kế và thi công phần điện điều khiển, đảm bảo tất cả các hoạt động cơ khí hoạt động đúng theo chương trình. Thứ ba là lập trình và điều khiển hệ thống, kết hợp với giám sát hoạt động. Kế hoạch thực hiện kéo dài 15 tuần từ tháng 12/2024 đến tháng 4/2025, với những mốc nhất định cho mỗi giai đoạn.

2.1. Thiết kế Cơ khí Hệ thống

Phần thiết kế cơ khí bao gồm việc xây dựng cấu trúc máy móc cho các công đoạn chính. Các máy chiết rót sử dụng bơm cơ khí hoặc khí nén để dó sản phẩm vào container. Cấp nắp tự động sử dụng cơ cấu quay và ấn nắp lên sản phẩm. Phần nâng sản phẩm và dán thùng sử dụng hệ thống động cơ và truyền động để vận chuyển sản phẩm đến các khu vực xử lý tiếp theo. Tất cả được thiết kế để đảm bảo an toàn và hiệu quả cao.

2.2. Thiết kế Điện Điều khiển Hệ thống

Hệ thống điện điều khiển sử dụng các thiết bị như PLC (Programmable Logic Controller), relay, contactor và cảm biến. Phần này quản lý nguồn điện, khởi động động cơ, điều khiển khí nén và theo dõi các tín hiệu từ cảm biến. Thiết kế tủ điện bao gồm các breaker, khắc phục lỗi, và bảo vệ hệ thống. Tất cả được bố trí tuân theo tiêu chuẩn an toàn điện.

III. Giai đoạn Thực hiện và Tiến độ Đồ án

Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp được chia thành các giai đoạn rõ ràng theo kế hoạch chi tiết. Từ tuần 1 đến tuần 2, sinh viên tập trung vào tìm hiểu cơ sở lý thuyết và vật tư, thiết kế hệ thống. Từ tuần 3 đến tuần 8 là giai đoạn thi công cơ khí, bao gồm thi công các khâu chiết rót, cấp nắp, nâng sản phẩm và dán thùng. Giai đoạn từ tuần 9 đến tuần 11 tập trung vào thi công hệ thống điện và khí nén. Cuối cùng, từ tuần 12 đến tuần 15, sinh viên sẽ viết chương trình, kiểm tra hoạt động và đánh giá hệ thống tổng thể. Mỗi giai đoạn có những yêu cầu cụ thể được giảng viên hướng dẫn xác nhận.

3.1. Giai đoạn Nghiên cứu và Thiết kế

Giai đoạn đầu kéo dài 2 tuần, tập trung vào nghiên cứu tài liệu, cơ sở lý thuyết về hệ thống đóng gói, điều khiển tự động và hệ thống điện công nghiệp. Sinh viên cần hiểu rõ các công đoạn sản xuất, yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn. Sau đó là lựa chọn vật tư phù hợp như động cơ, van điều khiển, cảm biến và thiết kế sơ đồ kỹ thuật cho toàn bộ hệ thống.

3.2. Giai đoạn Thi công và Kiểm thử

Giai đoạn thi công bao gồm lắp ráp các bộ phận cơ khí, lắp đặt hệ thống điện và chạy thử nghiệm. Sinh viên cần kiểm tra tính chính xác các lắp ghép, đảm bảo không có lỗi cơ khí. Kiểm thử điện bao gồm kiểm tra điện áp, dòng điện, chức năng của relay và PLC. Giai đoạn cuối là chạy thử tổng thể và chỉnh sửa nếu cần thiết.

IV. Kết quả và Ý nghĩa của Đồ án Tốt nghiệp

Đồ án 'Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển' mang lại những kết quả thiết thực cho sinh viên và ngành công nghiệp. Sinh viên Hoàng Thị Hoa Mai đã hoàn thành một hệ thống đóng gói tự động hoạt động đầy đủ chức năng, bao gồm tất cả các khâu từ chiết rót đến dán thùng. Hệ thống này được điều khiển bởi một tủ điện tự động với lập trình PLC chi tiết. Đồ án không chỉ giúp sinh viên ứng dụng kiến thức học tập vào thực tiễn mà còn phát triển kỹ năng thiết kế, thi công và khắc phục sự cố. Kết quả này có giá trị cao cho các nhà máy sản xuất cần tự động hóa quy trình đóng gói, góp phần nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm.

4.1. Giá trị Thực tiễn của Hệ thống

Hệ thống đóng gói tự động được phát triển trong đồ án có thể áp dụng trực tiếp vào các nhà máy sản xuất. Nó giúp tăng năng suất từ 2-3 lần so với thủ công, giảm sai sót trong quá trình đóng gói và bảo vệ công nhân khỏi những công việc nặng. Hệ thống có thể được điều chỉnh để làm việc với các loại sản phẩm và kích cỡ container khác nhau, mang tính linh hoạt cao.

4.2. Kỹ năng Phát triển của Sinh viên

Thông qua đồ án tốt nghiệp này, sinh viên đã phát triển nhiều kỹ năng chuyên môn bao gồm thiết kế cơ khí, thiết kế hệ thống điện công nghiệp, lập trình PLC và quản lý dự án. Sinh viên học được cách giải quyết vấn đề thực tế, làm việc trong nhóm và tài liệu hóa kỹ thuật. Những kỹ năng này là nền tảng quan trọng cho sự phát triển sự nghiệp trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay, nền công nghiệp thế giới đang có xu hướng với những ứng dụng khoa học kỹ thuật, công nghệ cao để có thể tối ưu hóa các quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí trong sản xuất, đảm bảo chất lượng và bảo vệ môi trường. Vì thế, các ứng dụng tự động hóa trong sản xuất đóng vai trò vô cùng quan trọng, các hệ thống không chỉ thay thế các công đoạn thủ công phức tạp mà còn mở rộng khả năng giám sát và quản lý dây chuyền một cách chính xác, hiệu quả và mang đến sản phẩm tốt nhất cho khách hàng. Một trong số đó đã áp dụng thành công với ví dụ tiêu biểu trong ngành tự động hóa thực phẩm, đồ uống là Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển. Đề tài “Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển” được chọn nhằm tập trung và việc nghiên cứu, mô phỏng, một dây chuyền sản xuất từ khâu sản phẩm đầu vào đến thành phẩm cuối cùng trong khâu sản xuất.

Việc áp dụng các thiết bị tự động hóa trong thực tiễn vào trong hệ thống kết hợp với những phương pháp điều khiển thông mình để thực hiện các công đoạn chính như: Chiết rót lượng nước, đóng nắp chai, đóng gói sản phẩm và kiểm tra lỗi. Báo cáo này sẽ trình bày chi tiết các bước thực hiện, bao gồm: nghiên cứu lý thuyết, thiết kế mô hình, xây dựng hệ thống điều khiển, thử nghiệm và đánh giá kết quả. Hy vọng rằng kết quả của đồ án không chỉ mang lại giá trị học thuật mà còn có thể góp phần ứng dụng vào thực tế sản xuất. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.

Giới thiệu đề tài Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống đang ngày càng phát triển với yêu cầu cao về năng suất và chất lượng. Quy trình sản xuất thủ công không còn đáp ứng được các tiêu chuẩn về hiệu quả và độ chính xác, đặc biệt trong việc chiết rót và đóng gói sản phẩm. Các nhà máy hiện đại hầu hết đều sử dụng hệ thống máy móc tự động, giúp giảm bớt sức lao động thủ công, cải thiện hiệu quả quy trình và nâng cao sản lượng. Tại Việt Nam, nước đóng chai hiện đang có mặt hàng phong phú đa dạng từ những tạp hóa nhỏ lẻ đến siêu thị.

Theo báo cáo của tạp chí TechSci Research với tựa đề “Thị trường nước đóng chai Việt Nam – Cạnh tranh, dự báo và Cơ hội 2030”, thị trường nước đóng chai đạt 812,23 triệu Đô la Mỹ vào năm 2024, và dự báo còn tăng trong những năm tới. Đối với thị trường Thế giới, thị trường nước đóng chai đạt 348,64 tỷ Đô la Mỹ vào năm 2024 theo tổng hợp của Grand View Research. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với người dùng cho thấy được tìm năng to lớn trong việc ứng dụng việc tự động hóa trong việc sản xuất đóng gói nước đóng chai.1: Hệ thống đóng gói sản phẩm Nhận thấy được vai trò thiết bị hệ thống điều khiển và tự động hóa úng dụng vào ngành sản xuất nước đóng chai, đề tài “Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển " được thực hiện nhằm nghiên cứu, thiết kế và xây dựng 2 một hệ thống tự động hóa mô phỏng quy trình sản xuất thực tế, từ đó hiểu rõ các nguyên lý vận hành và ứng dụng trong thực tiễn. Mục đích và Ý nghĩa Mục đích đề tài: - Xây dựng một mô hình thực nghiệm để hiểu rõ quy trình đóng gói sản phẩm tự động.

- Ứng dụng công nghệ tự động hóa, như PLC và các cảm biến, để điều khiển và tối ưu hóa hệ thống. Ý nghĩa đề tài: - Học thuật: Tăng cường kiến thức và kỹ năng thực hành về thiết kế, lập trình và điều khiển tự động hóa. - Thực tiễn: Mô phỏng giải pháp tối ưu cho dây chuyền sản xuất, có thể ứng dụng vào ngành công nghiệp đóng gói sản phẩm. Mục tiêu và Phạm vi Mục tiêu đề tài: - Thiết kế, xây dựng và lập trình một mô hình chiết rót, đóng nắp chai nước, đóng gói sản phẩm tự động.

- Ứng dụng PLC và các thiết bị tự động hóa để điều khiển toàn bộ quy trình. - Tìm hiểu và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. - Lập trình HMI để hiển thị thông tin trạng thái của hệ thống, các kết quả phân loại, và cho phép người dùng giám sát, điều chỉnh hệ thống một cách dễ dàng. Phạm vi đề tài: Mô hình có thể ứng dụng trong các ngành liên quan đến việc đóng gói sản phẩm như thực phẩm, đồ uống, hàng thiết yếu, dược phẩm,… 1.

Phương pháp nghiên cứu Dựa trên các mô hình hệ thống đã có trên thực tế, nhóm tìm hiểu các phương pháp trong dây chuyền sản xuất đóng gói sản phẩm. Đồng thời, kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, tham khảo tài liệu và tìm hiểu một số thiết bị trong thực tế. Phương pháp 3 này giúp xây dựng mô hình đóng gói cải tiến, mang tính ứng dụng cao trong công nghiệp. Tổng quan đề tài Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển là mô phỏng lại quy trình cung cấp sản phẩm đầu vào đến hoàn thành sản phẩm ở đầu cuối.

Nhờ hệ thống cơ khí và lập trình điều khiển PLC, quy trình diễn ra tuần tự và vận hành ổn định. Quy trình chiết rót: Băng tải thứ nhất đẩy chai đến vị trí chiết rót và tiến hành chiết rót vào chai đựng. Quy trình cấp và đóng nắp: Sau khi chiết rót, hệ thống mâm xoay tiến hành cấp và đóng chặt nắp chai. Quy trình bốc xếp chai: Khi hoàn thành đóng chai, băng tải hai di chuyển sản phẩm đến xy lanh và đẩy sản phẩm đến hệ thống kẹp sản phẩm.

Tiến hành cấp thùng và sản phẩm được hệ thống kẹp đưa vào thùng. Quy trình đóng gói sản phẩm: Sau khi hoàn thành đưa sản phẩm vào thùng, băng tải thứ ba đẩy thùng vào hệ thống dán thùng. Nội dung đề tài Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và triển khai Hệ thống Đóng gói sản phẩm tự động – Thiết kế Thi công Điện điều khiển, từ lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn trong sản xuất, được trình bày qua các thành phần chính sau: Chương 1: Giới thiệu về đề tài: Giới thiệu về tình hình thực tế về đề tài, nêu ra các mục đich, ý nghĩa, mục tiêu, phạm vi và phương pháp nghiên cứu đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết đề tài: Giới thiệu về lý thuyết cơ bản về phương pháp đóng gói sản phẩm, các thiết bị được sử dụng trong hệ thống.

Chương 3: Thi công hệ thống: Nêu ra nguyên lý hoạt động hệ thống, lưu đồ thuật toán, các sơ đồ thi công điện, hướng dẫn các chương trình hoạt động trên TIA Portal Chương 4: Kết quả và Đánh giá hệ thống: Đưa ra các kết quả đạt được và đánh giá ưu nhược điểm trong quá trình thi công và làm việc với hệ thống. 4 Chương 5: Kết luận và Phương hướng phát triển: Kết luận cuối cùng về hệ thống và đưa ra các phương hướng phát triển đề tài. Giới thiệu hệ thống đóng gói sản phẩm 2. Hệ thống đóng gói sản phẩm Hệ thống đóng gói sản phẩm tự động là sự kết hợp của nhiều thiết bị và dây chuyền được liên kết chặt chẽ, hoạt động và được quản lý tập trung thông qua một bộ điều khiển hoặc máy chủ chính.

Mục đích của hệ thống là đảm bảo người vận hành sử dụng thuận lợi, đồng thời giám sát và điều hành toàn bộ quy trình sản xuất đạt hiệu quả tốt nhất.1: Dây chuyền hệ thống đóng gói sản phẩm Việc áp dụng dây chuyền hệ thống đóng gói sản phẩm mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình sản xuất: - Tăng tốc độ sản xuất: Đẩy nhanh quá trình sản xuất so với phương pháp thủ công. - Đảm bảo độ chính xác cao: Sản phẩm được định lượng và đóng gói chính xác theo quy trình. - Vận hành linh hoạt: Hệ thống có thể thay đổi nhanh khi các yêu cầu sản phẩm được thay đổi về mẫu mã, kích thước. 5 - Đáp ứng yêu cầu: Hệ thống có thể nâng cấp, ứng dụng nhiều công nghệ cao trong sản xuất.

- Hiệu quả kinh tế: Mang đến sản phẩm chất lượng tốt nhất đến khách hàng, ngoài ra tiết kiệm chi phí nhân lực và tăng cường lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp. Một hệ thống đóng gói sản phẩm tự động toàn diện có thể thực hiện nhiều giai đoạn trong quy trình sản xuất, bao gồm: cung cấp sản phẩm tự động, đo lường định lượng, sắp xếp sản phẩm, thực hiện đóng gói và kiểm tra lỗi. Nhờ vậy, hệ thống góp phần cải thiện hiệu quả làm việc và tối ưu hóa toàn bộ quá trình sản xuất. Phương pháp chiết rót Trong bối cảnh hiện nay, việc đảm bảo chất lượng sản phẩm đóng vai trò quan trọng đối với mỗi doanh nghiệp, do đó quá trình chiết rót và định lượng chính xác trở thành yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sản phẩm cuối cùng.

Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại sản phẩm, các phương pháp chiết rót được áp dụng cũng khác nhau: - Chiết rót theo áp suất thông thường: Chất lỏng được chiết rót chảy vào chai dựa trên nguyên lý áp suất, tận dụng sự chênh lệch độ cao giữa thùng chứa chất lỏng và chai đựng. Phương pháp này thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất đồ uống, mỹ phẩm, hoặc phụ gia thực phẩm,… - Chiết rót theo môi trường chân không: Chai đựng được kết nối với hệ thống tạo chân không để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa chai và thùng chứa, từ đó kéo chất lỏng chảy vào chai. Cách này thường được áp dụng khi không thể đặt thùng chứa ở vị trí cao để sử dụng phương pháp áp suất thông thường. - Chiết rót theo đẳng áp: Chai Phương pháp này chủ yếu được dùng cho các dung dịch chứa khí ga.

Đầu tiên, khí CO2 được bơm vào chai để cân bằng áp suất giữa chai và bình chứa. Sau đó, chất lỏng chảy vào chai nhờ sự chênh lệch độ cao.2: Sơ đồ nguyên lý chiết rót đẳng áp 2. Phương pháp đóng thùng carton Quá trình đóng thùng carton được đóng gói thông qua các dây đai, màng bọc, keo dán để bọc, dán và cố định sản phẩm. nhằm đảm bảo an toàn, bảo quản tốt, nâng cao vẻ đẹp bên ngoài và thuận tiện trong việc vận chuyển đến khách hàng, đồng thời tăng thêm giá trị cho sản phẩm.