Chương 1. Tổng quan về hệ thống 1. Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống 1. Trên thế giới Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai diễn ra từ nửa cuối thế kỉ 19 đã thúc đẩy các ngành sản xuất biến chuyển nhanh chóng với hàng loạt dây chuyền sản xuất, tiêu chuẩn chất lượng, tự động hóa… Các hệ thống có sự tự động hóa ngày càng cao, cũng như độ chính xác trong quá trình làm việc.
Dây chuyền sản xuất tự động hóa có thể ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: Công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp chế tạo ô tô… Đặc biệt là trong sản xuất và đóng chai đồ uống, nhiều quốc gia có nhà máy sản xuất, đóng chai đồ uống rất lớn. Tự động hóa là sử dụng hệ thống điều khiển cho các thiết bị máy móc trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, hạn chế tối đa sự can thiệp của con người. Hiện nay, có rất nhiều hệ thống tự động được sử dụng tại các dây chuyền sản xuất công nghiệp như dây chuyền chiết rót tự động, vận chuyển hàng hóa, vận chuyển xi măng, … 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 tự động hóa của một cơ sở sản xuất không phải luôn luôn là tối đa, mà tùy thuộc vào những điều kiện cụ thể phải xác định được mức độ tự động hóa tối ưu, thích hợp với số lượng sản phẩm, đảm bảo chất lượng gia công cao nhất cũng như giá thành rẻ nhất. Thuật ngữ “tự động hóa”, lấy cảm hứng từ các máy tự động, chưa được sử dụng rộng rãi trước năm 1947, khi Ford thành lập một bộ phận tự động hóa. Trong thời gian này các ngành công nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã được giới thiệu trong những năm 1930. 1 Dây chuyền sản xuất tự động hóa có thể được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như: Công nghiệp chế biến thực phẩm, Công nghiệp chế tạo ô tô… Đặc biệt là trong sản xuất và đóng chai đồ uống, nhiều quốc gia có nhà máy sản xuất, đóng chai đồ uống rất lớn.
Năm 1990 với sự phát triển mạnh mẽ của nước uống đóng chai, hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động từ đó được chú trọng nghiên cứu và phát triển. Dây chuyền chiết rót nước đóng chai 1. Tại Việt Nam Ngành sản xuất nước đóng chai đang có tốc độ tăng trưởng cao, giàu tiềm năng phát triển do nhu cầu tiêu thụ đang lớn hơn lượng sản xuất. Các công ty xuất hiện với nhiều quy mô khác nhau giúp thúc đẩy sự cạnh tranh mạnh mẽ của thị trường đồng thời đẩy mạnh sự phát triển của quá trình sản xuất.
Sự tự động hóa trong quá trình sản xuất là yêu cầu bắt buộc với mọi tập đoàn sản xuất. Trên đà phát triển nền kinh tế của Việt Nam hiện nay, có rất nhiều doanh nghiệp sản xuất được hình thành và phát triển rất thành công. Các doanh nghiệp phát triển theo nhiều ngành lĩnh vực khác nhau, bao gồm nước giải khát, hàng may mặc, hàng tiêu dùng. Một trong số đó thì doanh nghiệp sản xuất mặt hàng về nước giải khát luôn có sự phát triển không ngừng và ngày càng sản xuất nhiều sản phẩm hơn.
2 Đối với chúng ta thì nước giải khát đóng chai hay lon rất quen thuộc. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều doanh nghiệp sản xuất nước giải khát. Họ luôn tìm tòi và làm ra những loại nước giải khát mới. Hệ thống chiết rót nước ngọt 1.
Các vấn đề đặt ra Để mô hình có thể hoạt động được và đạt được hiệu quả. Các vấn đề cần quan tâm: Làm thế nào để đưa chai vào hệ thống, giữ chai như thế nào để không bị đổ? Làm thế nào để xác định lượng nước cần rót ? Phương pháp cấp nắp ? Làm thế nào để chai đúng vị trí và đóng nắp ? 1. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: + Tìm hiểu qua sách vở, tài liệu trên các diễn đàn. + Tìm hiểu về các bài toán, mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn các trang thiết bị điện và cơ khí.
+ Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm biến, bộ điều khiển điển hình, trong điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp chai. 3 + Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng, viết chương trình điều khiển chiết rót và đóng nắp chai cho bộ điều khiển PLC. - Dựa trên cơ sở thực nghiệm: + Tính toán phần động lực, động học của hệ thống. + Mô phỏng và vận hành hệ thống trên Tia Portal.
+ Dùng phần mềm NX để thiết kế cơ cấu hệ thống. Giới hạn, phạm vi nghiên cứu, thiết kế Cùng với sự phát triển không ngừng nghỉ của các dây chuyền máy móc hiện đại tự động với các tính toán thiết kế chính xác, hiệu quả của nghiên cứu nên nhóm đã quyết định ứng dụng dây chuyền sản xuất hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động dựa trên hệ thống có sẵn của các nhà máy sản xuất với một phạm vi nghiên cứu hẹp, chưa được ứng dụng trong thực tế nếu như không có sự nghiên cứu và đầu tư thêm qua đó nhóm đã thực hiện được những mục tiêu, áp dụng những kiến thức mà mình đã học để đưa vào nghiên cứu và giải quyết một số vấn đề trong thực tiễn. Phạm vi nghiên cứu: - Về nội dung nghiên cứu: Đề tài của nhóm tập trung nghiên cứu vào phát triển hệ thống chiết rót và đóng lắp chai tự động. - Về hình thức nghiên cứu: Nghiên cứu hoạt động của hệ thống từ đó đưa ra các phương án xây dựng và chế tạo hệ thống hợp lí.
Tính toán, thiết kế hệ thống như lựa chọn băng tải, động cơ, tính toán vận tốc băng tải, năng suất của hệ thống, … Nghiên cứu các phần mềm mô phỏng và thiết kế như: NX, TIA Portal, Factory IO, … 4 Chương 2. Tổng quan về hệ thống chiết rót 2. Giới thiệu Để có thể xây dựng được một hệ thống như yêu cầu đặt ra, chúng ta cần phái tìm hiểu một số khái niệm, cơ sở liên quan đến hệ thống. Các khái niệm về hệ thống chiết rót, các cách thức để giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi và các phần mềm được hỗ trợ đều được trình bày trong chương này.
Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn chứa đựng trong các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm ví dụ như: bia, rượu, nước giải khát… với nhiều ưu điểm nổi trội như 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 nắp chai tự động được sử dụng rộng rãi với nhiều những chủng loại khác nhau. Dây chuyền đóng nắp chai tự động có nhiều kích thước đa dạng, được sử dụng kết hợp chung với dây chuyền chiết rót chất lỏng. Nó không chỉ được sử dụng trong các công ty lớn mà còn sử dụng ở các cơ sở sản xuất tư nhân nhỏ.
Các hệ thống chiết rót có sẵn trên thị trường 2. Máy chiết rót bằng bơm bánh răng Hình 2. Máy chiết rót bằng bơm bánh răng Máy chiết rót bằng bơm bánh răng hay còn gọi là máy chiết rót tự động 8 đầu thích hợp cho việc chiết rót các sản phẩm ngành thực phẩm, hóa mỹ phẩm. 5 Trong máy chiết rót bằng bơm bánh răng, có thể sử dụng các loại cảm biến và hệ thống điều khiển để đảm bảo tính chính xác và đồng đều trong quá trình rót như: cảm biến lưu lượng, cảm biến áp suất, cảm biến mực nước.
Câu lệnh điều khiển có thể được thiết kế dựa trên các thông số đo lường từ các cảm biến trên. Ví dụ, nếu cảm biến lưu lượng phát hiện rằng lưu lượng đang cao hơn hoặc thấp hơn mức mong muốn, hệ thống điều khiển có thể điều chỉnh tốc độ rót của bơm bánh răng để đạt được lưu lượng mong muốn. Cấu trúc điều khiển của sản phẩm này thường bao gồm một bộ điều khiển logic hoặc điều khiển tự động, kết hợp với các mạch điện tử để thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thực hiện các quyết định điều chỉnh tùy thuộc vào điều kiện hoạt động. Ưu điểm: + Độ chính xác cao: Bơm bánh răng có khả năng cung cấp mức độ chính xác cao trong việc chiết rót, giúp đảm bảo sự đồng đều và đúng lượng của sản phẩm được chiết.
+ Hiệu suất cao: Bơm bánh răng thường hoạt động ổn định và có hiệu suất cao, giúp tăng năng suất sản xuất và giảm thời gian rót. + Dễ vận hành và bảo dưỡng: Máy chiết rót sử dụng bơm bánh răng thường có thiết kế đơn giản, dễ sử dụng và bảo dưỡng, giúp giảm chi phí bảo trì và thời gian dừng máy. Nhược điểm: + Chi phí cao: Máy chiết rót sử dụng bơm bánh răng thường có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các loại máy chiết rót khác. + Yêu cầu bảo dưỡng định kỳ: Mặc dù dễ bảo dưỡng, nhưng bơm bánh răng vẫn cần được kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả và tránh sự cố.
6 + Khả năng làm việc bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp suất: Bơm bánh răng có thể bị ảnh hưởng bởi biến động nhiệt độ và áp suất, đặc biệt là khi làm việc với các chất liệu nhạy cảm. Máy chiết rót bằng bơm pistong Máy chiết rót bằng bươm piston hay còn gọi là máy chiết rót tự động 6 đầu (bơm piston) có thiết kế đầu bơm piston phù hợp trong các công việc chiết rót các chất lỏng không hạt như dầu ăn, sữa tắm, dầu gội. Máy chiết rót bằng bơm pistong Máy chiết rót bằng bơm piston hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động của piston. Cụ thể, nguyên liệu được truyền từ bồn chứa nguyên liệu sang van.
Từ van, nguyên liệu sẽ được chuyển xuống piston theo đúng thể tích đã được định trước. Piston được gắn liền với hộp số để thực hiện quá trình đẩy nguyên liệu. Khi hộp số hoạt động, nó sẽ đẩy piston di chuyển, làm cho nguyên liệu trong piston chuyển lại van. Quá trình này giúp máy chiết rót có thể đưa chất lỏng từ phễu cấp liệu thông qua piston được đưa lên và xuống trong một xi lanh, từ đó, chất lỏng có thể thông qua van và vòi chiết để đưa ra ngoài.