Giới thiệu dự án

Trong ngành công nghiệp sản xuất và phân phối chất phủ bề mặt, công đoạn pha chế màu và đóng gói đóng vai trò cốt lõi quyết định chất lượng thành phẩm. Theo các báo cáo kỹ thuật ngành sơn, hơn 65% lỗi lệch dải màu và hao hụt dung tích tại các cơ sở phân phối vừa và nhỏ bắt nguồn từ việc pha trộn thủ công bằng mắt thường hoặc thao tác chiết rót thiếu đồng bộ. Trong khi các tập đoàn lớn như ICI Dulux hay Lavisson sở hữu dây chuyền đóng chai tự động hàng triệu USD, các xưởng sản xuất quy mô vừa và nhỏ (SME) vẫn phải phụ thuộc vào nhân công thủ công. Thao tác này bộc lộ nhiều điểm nghẽn: độ sai lệch màu sắc vượt mức cho phép ($\Delta E > 3.0$), nguy cơ phơi nhiễm dung môi hữu cơ bay hơi (VOCs), thể tích đóng lon không đồng nhất và năng suất thấp (chỉ đạt 15–20 lon/giờ).

Đồ án “Nghiên cứu, phát triển, chế tạo hệ thống đổ sơn và đóng nắp lon tự động” (Mã đề tài: CDT-60) được thực hiện nhằm giải quyết trực tiếp bài toán tự động hóa dây chuyền đóng gói chất lỏng đa thành phần với chi phí tối ưu. Hệ thống tích hợp toàn diện giữa kỹ thuật cơ khí chính xác, điều khiển lập trình PLC, giao diện giám sát HMI và công nghệ cảm biến lưu lượng dòng chảy dạng xung.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                           HỆ THỐNG ĐỔ SƠN & ĐÓNG NẮP LON                          |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|  [Khâu 1: Cấp Lon] -> [Khâu 2: Chiết Sơn] -> [Khâu 3: Cấp Nắp] -> [Khâu 4: Đóng]  |
|         |                      |                     |                   |        |
|   Xy lanh đẩy lon       Bơm tăng áp 12V       Máng trượt nghiêng   Xy lanh ép dập |
|    MAL 16x100-CA       + Cảm biến YF-S201     + Xy lanh cấp nắp    MAL 32x125-S   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu cụ thể của dự án

  1. Thiết kế & chế tạo khung máy tích hợp: Kết hợp nhôm định hình chuẩn công nghiệp và vật liệu Poly(methyl methacrylate) (Mica) chịu lực, chống ăn mòn hóa chất.
  2. Tự động hóa 4 khâu độc lập: Cấp phôi lon tự động, chiết rót pha màu chính xác theo tỉ lệ, cấp nắp lon liên tục và dập đóng kín nắp lon.
  3. Lập trình điều khiển thời gian thực: Ứng dụng PLC Xipeng Dianqi FX3U-48MT kết hợp màn hình cảm ứng HMI Weintek MTH6070iH qua chuẩn truyền thông công nghiệp RS232/RS485.
  4. Hỗ trợ đa cấu hình sản phẩm: Tương thích 2 kích cỡ lon (thấp/cao) và thư viện công thức pha trộn hơn 60 mã màu tiêu chuẩn dựa trên hệ màu trừ (RYB - Red, Yellow, Blue).

Thông số kỹ thuật và phạm vi giới hạn

  • Năng suất thiết kế: Đạt định mức $60\text{ lon/giờ}$.
  • Độ chính xác thể tích: Sai số chiết rót $\le \pm 1.0%$ thông qua thuật toán đếm xung cảm biến ($1\text{ xung} = 2.25\text{ ml}$).
  • Dung tích cấp phôi: Ổ chứa cấp tối đa 2 lon/loại và máng trượt cấp tối đa 4 nắp/loại cho mỗi chu trình nạp.
  • Phạm vi chất lỏng: Ứng dụng cho dòng sơn nước pha loãng có độ nhớt động học từ $80\text{ cP}$ đến $120\text{ cP}$.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí kỹ thuật Phương pháp thủ công Dây chuyền công nghiệp lớn Hệ thống đề xuất (CDT-60)
Độ chính xác thể tích Sai số $\pm 5% - 10%$ (dùng cân/cốc đong) Sai số $\pm 0.2% - 0.5%$ (loadcell cao cấp) Sai số $\pm 0.8% - 1.2%$ (Pulse Flow Sensor)
Độ ổn định màu sắc Thấp, phụ thuộc cảm tính thợ sơn Rất cao, định lượng vi lượng Cao, lưu trữ hơn 60 công thức trên HMI
Năng suất đóng gói $15 - 20\text{ lon/giờ}$ $500 - 2000\text{ lon/giờ}$ $60\text{ lon/giờ}$ (tối ưu cho SME)
Chi phí đầu tư $< 5\text{ triệu VNĐ}$ (công cụ cơ bản) $500\text{ triệu} - >2\text{ tỷ VNĐ}$ $\approx 20 - 25\text{ triệu VNĐ}$
Mức độ an toàn VOC Kém (tiếp xúc trực tiếp hơi dung môi) Cao (buồng kín khử khí) Tốt (chiết rót kín qua ống dẫn)

Ma trận ưu tiên yêu cầu hệ thống (MoSCoW)

  • Must Have (Bắt buộc): Khâu chặn/giữ lon chính xác tại tâm vòi rót; ngắt van xả DAUER tức thời khi đủ xung; xy lanh MAL32x125-S tạo lực ép tối thiểu $130\text{ N}$ để ép kín viền nắp lon.
  • Should Have (Nên có): Bơm tăng áp DC 12V dưới đáy mỗi bồn sơn để ổn định áp suất thủy tĩnh; tính năng hiệu chuẩn Manual từng cơ cấu trên HMI.
  • Could Have (Có thể mở rộng): Cảnh báo mức cạn nguyên liệu trong 4 bồn sơn; bộ nhớ lưu trữ lịch sử mẻ sản xuất.
  • Won't Have (Chưa thực hiện): Cơ cấu khuấy sơn trực tiếp trong lòng lon sau khi chiết; hệ thống camera kiểm tra quang phổ màu tự động.

Thiết kế hệ thống

1. Kiến trúc phần cứng và sơ đồ kết nối I/O

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm PLC Xipeng Dianqi FX3U (24 ngõ vào số / 24 ngõ ra transistor). Giao thức kết nối giữa HMI và PLC được thiết lập qua cổng RS485 với tốc độ Baud rate $9600\text{ bps}$, Data bit: 7, Parity: Even, Stop bit: 1.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        SƠ ĐỒ PHÂN BỐ TÍN HIỆU PLC FX3U                            |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| INPUTS:                                    OUTPUTS:                               |
| [X000] Dừng khẩn cấp (Emergency Stop)      [Y000] Động cơ băng tải (Worm Gear)    |
| [X001] Nút Bắt đầu (Start System)          [Y001] Van khí xy lanh cấp lon Loại I  |
| [X002] Nút Dừng (Stop System)              [Y002] Van khí xy lanh cấp lon Loại II |
| [X003] Xung lưu lượng Sơn Đỏ (YF-S201)     [Y003] Bơm tăng áp & Van xả Sơn Đỏ     |
| [X004] Xung lưu lượng Sơn Xanh (YF-S201)   [Y004] Bơm tăng áp & Van xả Sơn Xanh   |
| [X005] Xung lưu lượng Sơn Vàng (YF-S201)   [Y005] Bơm tăng áp & Van xả Sơn Vàng   |
| [X006] Xung lưu lượng Sơn Trắng (YF-S201)  [Y006] Bơm tăng áp & Van xả Sơn Trắng  |
| [X007] Cảm biến vật cản Lon Loại II        [Y010] Van khí chặn lon đóng nắp L.I   |
| [X010] Cảm biến vật cản Lon Loại I         [Y011] Van khí cấp nắp Loại II         |
| [X011] Cảm biến vật cản Trạm Chiết Rót     [Y012] Van khí cấp nắp Loại I          |
| [X013] Cảm biến nắp trạm dập Loại II       [Y013] Van khí xy lanh chặn chiết rót  |
| [X014] Cảm biến nắp trạm dập Loại I        [Y014] Rơ-le kích máy nén khí          |
| [X015] Nút Khởi động lại (Reset System)    [Y015] Van khí xy lanh dập nắp L.II    |
| [X016] Chuyển chế độ Manual                [Y016] Van khí xy lanh dập nắp L.I     |
| [X017] Chuyển chế độ Auto                  [Y017] Van khí chặn lon đóng nắp L.II  |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

2. Tính toán chọn động học và công suất cơ - điện

  • Động cơ dẫn động băng tải: Tổng khối lượng tải $m = 0.6\text{ kg}$, hệ số ma sát trượt $\mu = 0.15$, đường kính puly chủ động $D = 36\text{ mm} = 0.036\text{ m}$. $$Q_{\text{Mbt}} = m \cdot \left(\frac{\pi \cdot D}{2\pi}\right)^2 = 0.6 \cdot \left(\frac{0.036}{2}\right)^2 = 1.95 \times 10^{-4}\text{ kg}\cdot\text{m}^2$$ Mô-men quán tính puly dẫn hướng (Roller): $Q_{\text{Mr}} = 4.7 \times 10^{-4}\text{ kg}\cdot\text{m}^2$. Tổng mô-men quy đổi: $Q_{\text{total}} = 1.127 \times 10^{-3}\text{ kg}\cdot\text{m}^2$. Tốc độ quay yêu cầu $N_p = 53\text{ rpm}$, mô-men kéo định mức: $T_{\text{dc}} = 0.85\text{ kgf}\cdot\text{cm}$. $\rightarrow$ Lựa chọn động cơ giảm tốc trục vít 46SW3700246000-108K (Điện áp 12VDC, tốc độ có tải 55 rpm, mô-men $1.1\text{ kgf}\cdot\text{cm}$).

  • Tính chọn xy lanh khí nén cấp lon ($F_{\text{req}} = 35\text{ N}$, áp suất khí $P = 0.17\text{ MPa}$): $$F_d = \frac{\pi}{4} \cdot D^2 \cdot P \Longleftrightarrow 35 = \frac{\pi}{4} \cdot D^2 \cdot 0.17 \Longrightarrow D = 16.2\text{ mm}$$ $\rightarrow$ Chọn xy lanh thân tròn tác động kép MAL 16x100-CA (Đường kính trong $16\text{ mm}$, hành trình $100\text{ mm}$).

  • Tính chọn xy lanh dập nắp lon ($F_{\text{req}} = 130\text{ N}$, áp suất khí $P = 0.17\text{ MPa}$): $$F_d = \frac{\pi}{4} \cdot D^2 \cdot P \Longleftrightarrow 130 = \frac{\pi}{4} \cdot D^2 \cdot 0.17 \Longrightarrow D = 31.21\text{ mm}$$ $\rightarrow$ Chọn xy lanh dập nắp MAL 32x125-S (Đường kính $32\text{ mm}$, hành trình $125\text{ mm}$, tạo lực ép định mức $136.7\text{ N}$).

  • Tính chọn nguồn cấp công nghiệp:

    • Tuyến nguồn 24VDC ($I_{\text{full}} = 2.2\text{ A}$, $P_{\text{req}} = 52.8\text{ W}$) $\rightarrow$ Lựa chọn nguồn tổ ong S-240-24 (24VDC - 10A, công suất định mức 240W, hiệu suất 86%).
    • Tuyến nguồn 12VDC ($I_{\text{full}} = 9.6\text{ A}$, $P_{\text{req}} = 115.2\text{ W}$) $\rightarrow$ Lựa chọn nguồn tổ ong S-120-12 (12VDC - 10A, công suất định mức 120W).

Phương pháp nghiên cứu và phát triển (Methodology)

Dự án áp dụng mô hình phát triển V-Model kết hợp quy trình thiết kế cơ điện tử đồng thời (Concurrent Engineering):

Yêu cầu hệ thống -----------> Kiểm thử tích hợp & Nghiệm thu
      \                                  /
   Thiết kế Module Cơ-Điện-Lập trình   Kiểm thử đơn động từng khâu
        \                              /
         -----> Chế tạo & Nạp Code ----

gantt
    title TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI (16 TUẦN)
    dateFormat  YYYY-MM-DD
    section Nghiên cứu lý thuyết
    Khảo sát công thức pha màu & cảm biến      :a1, 2024-01-01, 3w
    section Thiết kế kỹ thuật
    Thiết kế 3D SolidWorks & tính chọn khí nén :a2, after a1, 3w
    Thiết kế tủ điện, sơ đồ I/O & mạch relay   :a3, after a1, 2w
    section Gia công chế tạo
    Cắt Laser Mica, lắp ráp khung nhôm        :a4, after a2, 4w
    Lắp đặt đường ống dẫn & cụm van điện từ    :a5, after a4, 2w
    section Lập trình & Thử nghiệm
    Lập trình PLC FX3U & thiết kế giao diện HMI:a6, after a3, 4w
    Chạy thử nghiệm mẻ sơn & tinh chỉnh xung  :a7, after a5, 3w

Implementation và kết quả

Quy trình phát triển và thuật toán điều khiển

Cốt lõi định lượng của hệ thống nằm ở giải thuật giải mã xung vuông tần số từ cảm biến cánh quạt Hall YF-S201. Tần số tín hiệu ngõ ra tỷ lệ thuận với lưu lượng chất lỏng: $$F = 7.5 \cdot Q \quad (\text{với } Q \text{ tính bằng L/phút})$$ Mỗi xung tương ứng với thể tích thực nghiệm chuyển dịch: $$V_{\text{pulse}} = \frac{1000\text{ ml}}{7.5 \cdot 60} \approx 2.25\text{ ml/xung}$$

Để rót một thể tích sơn mục tiêu $V_{\text{target}}\text{ (ml)}$, số xung nguyên $N_{\text{target}}$ nạp vào thanh ghi PLC được tính toán theo công thức: $$N_{\text{target}} = \text{ROUND}\left(\frac{V_{\text{target}}}{2.25}\right)$$

(* Đoạn logic xử lý đếm xung tốc độ cao và ngắt bơm chiết rót trên GX Works2 *)
// Khởi tạo bộ đếm ngắt High-Speed Counter C235 cho kênh X003 (Sơn Đỏ)
IF (TrangThai_ChietRot AND NOT Da_Chiet_Xong_Do) THEN
    Y003 := TRUE; // Bật bơm tăng áp 12V và mở van nước điện từ DAUER 24V
    
    // So sánh số xung thực tế với giá trị cài đặt từ công thức màu trên HMI (D200)
    IF (C235 >= D200) THEN
        Y003 := FALSE;                // Tắt bơm và ngắt van xả tức thời
        Da_Chiet_Xong_Do := TRUE;     // Đặt cờ hoàn thành kênh Đỏ
        RST(TRUE, C235);              // Reset bộ đếm C235 về 0
    END_IF;
END_IF;

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐÓNG NẮP 2 GIAI ĐOẠN                     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Băng tải đưa lon vào] -> [Cảm biến E3F-DS10P1 phát hiện lon]                     |
|                                    |                                              |
|                                    v                                              |
|                       [Dừng động cơ băng tải Y000]                                |
|                                    |                                              |
|                                    v                                              |
|                       [Kích van cấp nắp Y011/Y012]                                |
|                                    |                                              |
|                                    v                                              |
|       [Dập nắp Lần 1: Ép nhẹ 0.5s để gá nắp vào miệng lon (Y015/Y016)]            |
|                                    |                                              |
|                                    v                                              |
|       [Dập nắp Lần 2: Ép sâu 1.5s với lực 130N để khóa ngàm nắp lon]              |
|                                    |                                              |
|                                    v                                              |
|       [Thu xy lanh MAL32x125-S -> Bật lại băng tải Y000 -> Đẩy ra thành phẩm]     |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Thử nghiệm và đánh giá số liệu thực nghiệm

Quá trình kiểm thử được thực hiện qua 50 mẻ vận hành liên tục với 2 kích thước lon và 4 công thức màu tiêu chuẩn (Xanh lá cây, Cam, Tím, Nâu nhạt).

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG (50 MẺ)                |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|   Cơ cấu chấp hành    |  Số lần thử  | Thành công | Thất bại |  Độ ổn định (%)   |
+-----------------------+--------------+------------+----------+-------------------+
| 1. Khâu cấp lon       |      50      |     49     |    1     |       98.0%       |
| 2. Khâu chiết rót     |      50      |     50     |    0     |      100.0%       |
| 3. Khâu cấp nắp       |      50      |     48     |    2     |       96.0%       |
| 4. Khâu dập đóng nắp  |      50      |     49     |    1     |       98.0%       |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Dữ liệu định lượng trạm chiết rót sơn

Mẻ đo Màu chỉ định Tỉ lệ lý thuyết (Đỏ-Xanh-Vàng-Trắng) (ml) Thể tích thực tế thu được (ml) Dung sai thể tích (%) Độ sai lệch màu sắc ($\Delta E$)
M1 Xanh lá $0 - 55 - 55 - 0$ $110.4\text{ ml}$ $+0.36%$ $0.82$ (Đạt chuẩn)
M2 Cam tươi $55 - 0 - 55 - 0$ $109.2\text{ ml}$ $-0.72%$ $0.94$ (Đạt chuẩn)
M3 Tím huế $55 - 55 - 0 - 0$ $110.8\text{ ml}$ $+0.72%$ $1.15$ (Đạt chuẩn)
M4 Nâu đất $36 - 36 - 36 - 0$ $107.5\text{ ml}$ $-0.46%$ $1.28$ (Đạt chuẩn)
M5 Xanh pastel $0 - 25 - 25 - 60$ $110.1\text{ ml}$ $+0.09%$ $0.76$ (Đạt chuẩn)
  • Thời gian chu kỳ bình quân: $54.2\text{ giây/lon}$ (tương đương năng suất $66.4\text{ lon/giờ}$, vượt $10.6%$ so với mục tiêu ban đầu).
  • Nguyên nhân lỗi ghi nhận: 1 lần lon rỗng bị kẹt do ba-via mép đáy vỏ lon mica; 2 lần nắp lon bị xô lệch trên máng trượt khi áp suất bình nén khí phụ tụt xuống dưới $0.12\text{ MPa}$.

Đổi mới và đóng góp

  1. Cơ chế ổn định áp suất thủy tĩnh kết hợp bơm tăng áp 12V: Giải quyết triệt để hiện tượng dòng chảy suy giảm theo độ tụt mực chất lỏng trong bồn chứa. Việc đặt bơm tăng áp DC 12V ngay trước cảm biến YF-S201 giúp duy trì vận tốc dòng chảy ổn định ($1.2\text{ m/s}$), đảm bảo cánh quạt đo lưu lượng quay đều và không tạo xung rác.
  2. Quy trình ép dập nắp hai giai đoạn (Dual-Stage Pneumatic Pressing): Thay vì sử dụng lực dập xung kích dễ gây móp méo vỏ lon kim loại mỏng, giải thuật điều khiển phân tách hành trình xy lanh MAL32x125-S thành 2 nhịp (nhịp 1 gá định vị $0.5\text{s}$, nhịp 2 ép chặt $1.5\text{s}$), tăng tỷ lệ đóng kín khí lên $98%$.
  3. Kiến trúc module hóa linh hoạt cho 2 cỡ lon: Sử dụng hệ thống cảm biến hồng ngoại kép E3F-DS10P1 phân tầng độ cao, cho phép máy tự động nhận dạng lon thấp ($80\text{ mm}$) hoặc lon cao ($120\text{ mm}$) để kích hoạt nhánh xy lanh chặn và định lượng tương ứng mà không cần dừng máy để căn chỉnh cơ khí.
  4. Tối ưu chi phí sản xuất phần cứng: Hệ thống hoàn chỉnh có tổng kinh phí chế tạo dưới 25 triệu VNĐ, bằng $5%$ chi phí của các máy chiết rót công nghiệp nhập khẩu từ Đài Loan hay Trung Quốc, mở ra giải pháp tự động hóa khả thi cho các đại lý bán lẻ sơn pha màu theo yêu cầu.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Đại lý kinh doanh sơn trang trí kiến trúc: Tích hợp trực tiếp tại quầy bán lẻ. Khách hàng lựa chọn mã màu trên màn hình HMI, hệ thống tự động pha chế màu theo công thức chính xác và đóng lon giao ngay trong vòng 1 phút.
  • Xưởng đóng gói hóa chất & phẩm màu mẫu: Áp dụng cho các phòng thí nghiệm, cơ sở sản xuất mực in, phụ gia hóa chất dạng lỏng cần chiết mẫu đóng lon nhỏ ($100\text{ ml} - 500\text{ ml}$) phục vụ chào hàng.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI VÀ HOÀN VỐN (ROI)                      |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| THÁNG 1: Lắp ráp cơ khí & tích hợp tủ điện PLC tại xưởng sản xuất                 |
| THÁNG 2: Hiệu chuẩn cảm biến lưu lượng cho từng dải độ nhớt sơn thương phẩm       |
| THÁNG 3: Vận hành thử nghiệm tại trạm phân phối (Pilot Test 1000 lon)             |
|                                                                                   |
| TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ CHO ĐẠI LÝ SƠN:                                        |
| - Chi phí đầu tư ban đầu: 25.000.000 VNĐ                                          |
| - Chi phí nhân công tiết giảm: 6.000.000 VNĐ/tháng (1 nhân công trực tiếp)       |
| - Giảm hao hụt sơn rơi vãi/lệch màu: 1.500.000 VNĐ/tháng                          |
| => THỜI GIAN THU HỒI VỐN ĐẦU TƯ: 3.3 THÁNG                                       |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Độ nhớt chất lỏng: Cảm biến lưu lượng cánh quạt YF-S201 chỉ đo chính xác với sơn đã pha loãng; không hoạt động được với sơn gốc dầu hoặc dung dịch siêu đặc ($>300\text{ cP}$).
  • Dung lượng ổ chứa phôi: Khay cấp lon và máng nắp chỉ chứa được tối đa 2 lon và 4 nắp mỗi chu trình, đòi hỏi người vận hành phải tiếp nạp phôi thường xuyên.
  • Vật liệu chế tạo khung máng: Sử dụng Mica đen giúp giảm giá thành nhưng độ bền cơ học và khả năng chống trầy xước lâu dài trong môi trường dung môi chưa bằng inox 304.

Hướng phát triển đề tài

  1. Nâng cấp công nghệ đo lường: Thay thế cảm biến lưu lượng Hall bằng bơm nhu động định lượng (Peristaltic Pump) kết hợp loadcell cân điện tử chính xác cao nhằm chiết rót được các loại sơn gốc dầu siêu đặc.
  2. Tích hợp module thị giác máy tính (Machine Vision): Lắp đặt camera công nghiệp sử dụng cảm biến CMOS để nhận diện khuyết tật nắp lon và kiểm tra sai lệch màu sắc thành phẩm bằng thuật toán xử lý ảnh OpenCV.
  3. Mở rộng kết nối IoT Công nghiệp (IIoT): Nâng cấp PLC hoặc gắn thêm Gateway ESP32/Raspberry Pi truyền dữ liệu qua MQTT lên Cloud để quản lý sản lượng, công thức màu và cảnh báo hết nguyên liệu từ xa qua Dashboard web/app.

Đối tượng hưởng lợi

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                             ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI                                   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Sinh viên & Giảng viên]  -> Mô hình giảng dạy thực hành Cơ điện tử & PLC         |
| [Kỹ sư Tự động hóa]       -> Tài liệu thiết kế hệ thống chiết rót - khí nén       |
| [Doanh nghiệp & Đại lý]   -> Tiết kiệm 80% nhân công, hoàn vốn trong 3.3 tháng    |
| [Nhà nghiên cứu]          -> Dữ liệu thực nghiệm điều khiển xung & trộn màu RYB   |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
  • Sinh viên khối ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Tự động hóa: Cung cấp tài liệu thực tiễn hoàn chỉnh từ khâu tính toán cơ cấu khí nén, thiết kế tủ điện động lực đến kỹ thuật lập trình ngắt xung tốc độ cao trên PLC FX3U.
  • Kỹ sư phát triển máy đóng gói: Tham khảo bản vẽ layout công nghiệp, công thức tính chọn động cơ kéo băng tải và kinh nghiệm xử lý trễ tín hiệu van khí nén.
  • Doanh nghiệp vừa và nhỏ, xưởng sơn gia công: Tiếp cận mô hình chuyển đổi số và tự động hóa với chi phí thấp, tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm do sai màu.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu nguồn điện và nguồn cấp khí nén như thế nào để vận hành?

Hệ thống vận hành bằng nguồn điện lưới dân dụng 1 pha $220\text{VAC}/50\text{Hz}$, công suất tiêu thụ tối đa đạt $360\text{W}$ (thông qua 2 bộ nguồn chuyển đổi tổ ong 24VDC và 12VDC). Về khí nén, hệ thống cần máy nén khí piston dung tích tối thiểu 24 lít, áp suất hoạt động duy trì liên tục từ $0.15\text{ MPa}$ đến $0.6\text{ MPa}$ để đảm bảo lực ép xy lanh dập nắp.

2. Làm thế nào để thêm một công thức pha màu mới vào hệ thống?

Người vận hành chỉ cần truy cập vào mục "Color Setup Page" trên màn hình HMI Weintek MTH6070iH, nhập tên màu mới và thiết lập thể tích (ml) yêu cầu cho từng kênh Đỏ, Xanh, Vàng, Trắng. PLC sẽ tự động tính toán số xung tương đương $N = V / 2.25$ và lưu trữ trực tiếp vào các thanh ghi dữ liệu nhớ duy trì (Retentive Data Registers D200–D250).

3. Cảm biến YF-S201 có bị nghẹt hoặc bám cặn sơn sau thời gian dài sử dụng không?

Vì là cảm biến cánh quạt cơ học, các mảng sơn khô bám dính có thể làm tăng ma sát trục quay. Hệ thống được tích hợp chế độ súc rửa đường ống "Flushing Mode" trên HMI. Cuối mỗi ca làm việc, người vận hành nạp nước sạch hoặc dung môi vào 4 bồn chứa và kích hoạt chu trình xả tự động 60 giây để làm sạch toàn bộ van, ống và cánh quạt cảm biến.

4. Hệ thống xử lý thế nào khi xảy ra sự cố lon sơn bị ngã trên băng tải?

Khi lon bị ngã, chùm tia cảm biến hồng ngoại E3F-DS10P1 tại trạm chiết rót hoặc đóng nắp sẽ không thu được tín hiệu phản xạ trong khoảng thời gian định thời (Timeout $3.0\text{s}$). PLC sẽ lập tức dừng động cơ băng tải Y000, ngắt toàn bộ van xả sơn và kích hoạt còi/đèn báo lỗi "Can Alignment Error" hiển thị trên màn hình HMI.

5. Chi phí bảo trì định kỳ của hệ thống hàng năm ước tính là bao nhiêu?

Chi phí bảo trì rất thấp, ước tính khoảng 1.000.000 – 1.500.000 VNĐ/năm, chủ yếu dùng để tra dầu bôi trơn khí nén cho cụm van Airtac, thay thế gioăng cao su làm kín của van điện từ DAUER và thay mới đường ống dẫn silicon chịu hóa chất sau mỗi 6 tháng vận hành liên tục.

Kết luận

Đề tài “Nghiên cứu, phát triển, chế tạo hệ thống đổ sơn và đóng nắp lon tự động” của nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ Điện tử - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa dây chuyền đóng gói chất lỏng quy mô vừa và nhỏ. Với việc làm chủ công nghệ điều khiển PLC FX3U, thiết kế cơ điện tử đồng bộ, tối ưu hóa thuật toán định lượng xung lưu lượng và xây dựng giải pháp đóng nắp hai giai đoạn, hệ thống đã chứng minh được tính khả thi kỹ thuật vượt trội, đạt năng suất thực tế $66.4\text{ lon/giờ}$ với độ tin cậy vận hành $98%$. Đây là nền tảng vững chắc để chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất sơn thương mại, góp phần thúc đẩy quá trình hiện đại hóa và tự động hóa trong ngành sản xuất công nghiệp tại Việt Nam.