LỜI MỞ ĐẦU Tự động hóa trong công nghiệp là mục tiêu quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nƣớc. Ngành tự động hóa hiện nay còn đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhƣ: nông nghiệp, sinh hoạt… Tự động hóa giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Để có thể thực hiện tự động hoá sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất…v.v, cũng cần có các bộ điều khiển để điều khiển chúng. Trong các thiết bị hiện đại đƣợc đƣa vào các dây chuyền sản xuất tự động đó không thể không kể đến biến tần và PLC.
PLC là một thiết bị điều khiển đa năng đƣợc ứng dụng rông rãi trong công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chƣơng trình đƣợc viết bởi ngƣời sử dụng. Các đối tƣợng mà PLC có thể điều chỉnh đƣợc rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v. Là sinh viên theo học chuyên ngành “Điện Tự Động Hóa Công nghiệp” cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nƣớc nhà, phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “ Thiết kế xây dựng hệ thống định mức và chiết rót chai tự động”.
Trong đồ án em đã trình bày đƣợc những nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan về dây chuyền công nghệ Chƣơng 2: Các công nghệ trên dây chuyền đo mức và chiết rót chai tự động Chƣơng 3: Thiết kế dây chuyền đo mức và chiết rót tự động 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Các dây chuyền công nghệ sản xuất hiện đại hiện nay thì gần nhƣ là hoàn toàn tự động hoặc bán tự động. Đặc biệt với các ngành nghề đòi hỏi độ chính xác cao và khử trùng tuyệt đối thì việc tham gia 100% của máy móc trong quá trình sản xuất sẽ đáp ứng đƣợc các tiêu chí về yêu cầu công nghệ. Trong đó có ngành sản xuất nƣớc rửa chén, với đặc thù đƣợc sản xuất trên dây chuyền khép kín, đảm bảo vệ sinh.
Với các công nghệ cân đo định lƣợng chính xác, khâu đóng gói, chiết rót chai, thùng thành phẩm đảm bảo khử trùng. Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn đƣợc chứa đựng trong các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm và hóa mỹ phẩm ví dụ nhƣ: bia, rƣợu, nƣớc giải khát, dầu gội đầu, nƣớc rửa chén, bột giặt v.v…, với nhiều ƣu điểm nổi trội nhƣ giá thành hạ, cứng cáp, tính thẩm mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết rót, đóng chai tự động đƣợc sử dụng rất rộng rãi với nhiều chủng loại khác nhau. Trong đồ án này em sẽ thiết kế mô phỏng hệ thống định mức và chiết rót nƣớc rửa chén tại công ty TNHH Vico Hải phòng.
TỔNG QUAN VỀ TOÀN BỘ DÂY CHUYỀN Dây chuyền đƣợc kết hợp giữa các khâu dán nhãn, định mức, chiết rót, đóng nắp, đóng thùng bán tự động. Mỗi khâu là một máy đƣợc ghép với nhau thành dây chuyền. Công nhân chỉ tham gia vào một số công đoạn nhƣ xếp chai trên các băng truyền, đóng thùng và vận hành máy thông qua các giao diện. Các máy đều có 2 chế độ hoạt động auto / manual giúp ngƣời sử dụng có thể kiểm tra hoạt động của các chức năng.
2 Tủ điều khiển trung tâm sử dụng PLC S7-200 modul 226 của Siemens: mạch điều khiển toàn bộ hệ thống định mức và chiết rót. Bảng điều khiển sử dụng các công tắc và nút ấn khi có sự cố xảy ra hệ thống ngắt điện hoàn toàn tự động.1 Máy chiết rót Hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nƣớc vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ có cách chiết rót khác nhau nhƣ: chất lỏng cô đặc, nƣớc có gaz, nƣớc không gaz. Định lƣợng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình, lọ, v. Định lƣợng sản phẩm lỏng bằng máy đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm.
Khi định lƣợng bằng máy thì cải thiện đƣợc điều kiện vệ sinh, đảm bảo đƣợc năng suất cao và định lƣợng sản phẩm một cách chính xác. Hiện nay với công nghệ hiện đại, rất nhiều quy trình công nghiệp đƣợc tự động hóa. Trong đó dây chuyền chiết rót và đóng nút chai tự động là một trong những hệ thống đƣợc sử dụng rất phổ biến và rộng rãi. Một hệ thống sản xuất các chất lỏng đóng chai thƣờng đƣợc phân chia thành nhiều khâu nối tiếp nhau.
Một quy trình khép kín có thể đƣợc mô tả nhƣ sau: 3 Hình 1.1: Máy chiết rót tự động FOL Từ khâu cấp chai, các chai đƣợc đƣa vào hệ thống băng tải, trƣớc tiên chai đƣợc cho qua hệ thống rửa. Chai dùng trong hệ thống đóng chai thƣờng là chai thành phẩm, nên thƣờng tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi. Sau khi đƣợc rửa sạch, các chai đƣợc băng tải đƣa đến hệ thống rót liệu, tới vị trí rót, để đảm bảo có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai. Tại đây, chất lỏng đƣợc chiết vào chai theo các phƣơng pháp khác nhau, chiết đẳng áp, chiết đẳng tích, chiết định lƣợng…Khi chiết xong, chai đƣợc băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút hoặc đóng nắp.
Cơ cấu đóng có thể là xi lanh khí nén (với nút dập) hoặc motor (với nút vặn). Sau khi đóng nút (nắp) xong, là khâu dán nhãn. Cơ cấu bôi kéo dính đƣợc gắn ngay trên băng tải và bố trí tiếp tuyến sao cho tì vào mặt chai, ngoài chuyển động thẳng trên băng tải, chai còn chuyển động quay tròn do lực tì của cơ cấu bôi keo. Tƣơng tự với cơ cấu cấp nhãn, chai sau khi bôi keo, quay tròn, cuốn băng giấy nhãn 1 vòng quanh chai.
Khâu cuối cùng là khâu kiểm tra và đóng gói sản phẩm. Khâu kiểm tra bao gồm 1 loạt các cảm biến để kiểm tra chất lƣợng sản phẩm (đủ định mức, đóng 4 nút, dán nhãn đạt yêu cầu…) sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại bỏ chai sang 1 băng tải khác. Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai đƣợc xếp thành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ. Nhƣ vậy toàn bộ quy trình công nghệ chiết rót, đóng nút chai đƣợc tự động hóa hoàn toàn, với đầu vào là nguyên liệu và chai rỗng, đầu ra là sản phẩm có thể đem bán trực tiếp.
Các phƣơng pháp định lƣợng chủ yếu gồm có: Định lƣợng bằng bình định mức: chất lỏng đƣợc định lƣợng chính xác nhờ bình định mức trƣớc khi rót vào chai. Định lƣợng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng đƣợc chiết tới mức cố định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng nhƣ nhau bất kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không. Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng đƣợc chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dừng lại. Phƣơng pháp này có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.
Định lƣợng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định, có thể xem nhƣ thể tích chất lỏng chảy là không đổi. phƣơng pháp này chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp, không yêu cầu độ chính xác định lƣợng. Các phƣơng pháp chiết rót sản phẩm gồm có : Phƣơng pháp rót áp suất thƣờng: chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít nhớt.
Phƣơng pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai. Lƣợng chất lỏng chảy vào chai thông thƣờng cũng đƣợc áp dụng phƣơng pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai. 5 Phƣơng pháp rót đẳng áp: Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho các sản phẩm có gas nhƣ bia, nƣớc ngọt. Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất lỏng.
Với phƣơng pháp rót đẳng áp thông thƣờng, ngƣời ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao. Máy định mức, chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót đƣợc bố trí chiết cho 1 chai. Các cơ cấu rót có thể đƣợc bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy chiết bàn quay) nhƣ hình bên dƣới: Hình 1.2: Máy chiết rót bàn quay 6 Hình 1.3: Máy chiết rót nƣớc rửa chén tại công ty TNHH Vico Hải Phòng 1.2 Máy đóng nắp chai Máy đóng nắp chai đƣợc ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín các loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, không rò rỉ chất lỏng ra ngoài.
Nắp chai đƣợc dẫn từ thùng chứa xuống đƣờng dẫn đồng thời đƣợc xếp đúng chiều, chai nƣớc đƣợc đƣa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt động. Sau khi dập nắp chai sẽ đƣợc đƣa tới bộ phận vặn nắp để chắc chắn rằng tất cả các nắp phải đƣợc đóng kín.4: Máy đóng nắp và chiết rót tích hợp 1.3 Máy đóng thùng Các máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô sơ tới cực kỳ hiện đại. Tùy theo dạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói khác nhau. Với chai lọ thủy tinh dễ vỡ hay các chai có dung tích lớn thƣờng đƣợc đóng thùng bằng cánh tay Robot.
Phƣơng pháp này hiện đại và chính xác nhất, đảm bảo chống va đập làm hƣ sản phẩm. Số lƣợng sản phẩm phụ thuộc vào kích thƣớc thùng chứa, số lƣợng chai gắp trong một lần cũng dễ dàng cài đặt, ví dụ nhƣ để đóng két cho bia chai thì mỗi lần cánh tay robot có thể gắp 20 chai. Dây chuyền đóng thùng gồm 2 băng tải, một băng tải đƣa sản phẩm đến tay gắp, một băng vận chuyển thùng, hai băng tải đặt ngang nhau. Bộ phận gắp chai đƣợc điểu khiển đồng bộ bằng khí nén.5: Bộ phận gắp chai vào thùng Hình 1.