Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp: Máy Đóng Gói Ba Biên Tự Động - SV HUTECH

Tài liệu đồ án chi tiết về máy đóng gói ba biên tự động. Khám phá toàn bộ quy trình thiết kế, chế tạo và nguyên lý vận hành của máy.

• Tác giả: Trần Tấn Thành
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Vạn Quốc
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Máy Đóng Gói Ba Biên Tự Động (Thiết Kế & Vận Hành)
• Loại tài liệu: Graduation Project
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Máy Đóng Gói 3 Biên Tự Động

Máy đóng gói 3 biên tự động là thiết bị hiện đại được thiết kế để tự động hóa quá trình đóng gói các sản phẩm dạng khô như bột, hạt và các loại nguyên liệu thực phẩm khác. Đây là một giải pháp toàn diện nhằm giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu suất lao động trong các nhà máy thực phẩm quy mô nhỏ đến vừa. Máy có khả năng linh hoạt sử dụng cho hộ gia đình hoặc công nghiệp, với tính năng đóng gói linh hoạt và vận hành đơn giản. Hệ thống được điều khiển hoàn toàn tự động thông qua PLC Mitsubishi kết hợp với màn hình HMI, đảm bảo độ chính xác cao và giảm thiểu thời gian lao động. Công nghệ này phù hợp với xu hướng tự động hóa hiện đại trong ngành công nghiệp thực phẩm Việt Nam.

1.1. Tính Cần Thiết Của Máy Đóng Gói Tự Động

Nhu cầu sử dụng máy đóng gói tự động ngày càng tăng cao do chi phí lao động gia tăng. Máy đóng gói 3 biên cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí vận hành với thiết kế thi công nhỏ gọn và dễ lắp đặt. Thiết bị giảm thiểu thời gian sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm thông qua định lượng chính xác bằng cốc đong.

1.2. Ứng Dụng Trong Lĩnh Vực Thực Phẩm

Máy đóng gói có thể sử dụng để đóng gói nhiều loại sản phẩm thực phẩm khô như bột mì, bột đường, các loại hạt, gia vị và nguyên liệu khác. Với tính năng tùy chọn kích thước bao bì 5-10cm và số lượng đóng gói linh hoạt, máy phù hợp cho nhiều loại sản phẩm khác nhau.

II. Thiết Kế Kỹ Thuật Và Cấu Trúc Máy

Thiết kế máy đóng gói 3 biên tự động dựa trên các nguyên lý kỹ thuật hiện đại kết hợp với công nghệ điều khiển PLC. Máy bao gồm các bộ phận chính như khung máy, hệ thống động lực, hệ thống định lượng, hệ thống cắt và dán, được tích hợp với bộ khống chế nhiệt độ TK4S và biến tần FRD700 Mitsubishi. Quy trình hoạt động bao gồm các bước: nhập vật liệu, định lượng, đóng gói, cắt bao bì và dán. Hệ thống này được điều khiển hoàn toàn tự động thông qua lập trình trên PLC Mitsubishi với giao diện HMI TK6070ih để người dùng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh thông số.

2.1. Các Bộ Phận Chính Của Máy

Máy đóng gói bao gồm: khung máy chính, hệ thống cấp vật liệu, bộ định lượng bằng cốc đong, hệ thống servo Panasonic Minas A5 để điều khiển chuyển động, hệ thống cắt bao bì bằng blade nóng, bộ khống chế nhiệt độ để dán bao bì, và bộ cảm biến để phát hiện vị trí.

2.2. Hệ Thống Điều Khiển Tự Động

Hệ thống điều khiển PLC Mitsubishi là trái tim của máy, cho phép lập trình linh hoạt các quy trình đóng gói. Biến tần FRD700 điều khiển tốc độ động cơ, Driver servo Panasonic quản lý chuyển động chính xác, còn màn hình HMI cung cấp giao diện thân thiện cho người dùng.

III. Quy Trình Vận Hành Và Điều Khiển

Quy trình vận hành máy đóng gói 3 biên tự động bắt đầu từ khi nhân viên đổ vật liệu vào phễu nhập liệu, sau đó hệ thống tự động định lượng bằng cốc đong được điều khiển bởi servo motor. Vật liệu rơi xuống bao bì được cấp tự động, tiếp theo là các bước cắt bao bì bằng blade nóng và dán các cạnh thông qua khống chế nhiệt độ TK4S. Toàn bộ quá trình được lập trình trên PLC với lưu đồ giải thuật bao quát, cho phép tùy chọn kích thước bao bì từ 5-10cm. Người vận hành chỉ cần theo dõi thông qua màn hình HMI TK6070ih và điều chỉnh các thông số như tốc độ, nhiệt độ, và số lượng đóng gói tùy theo nhu cầu sản xuất.

3.1. Các Bước Trong Quy Trình Định Lượng

Định lượng bằng cốc đong là phương pháp chính được sử dụng để đảm bảo độ chính xác cao trong mỗi gói. Servo motor Panasonic Minas A5 điều khiển chuyển động của cốc đong với độ chính xác từng mm. Vật liệu được đong vào từng phần bằng cốc đong có dung tích cố định, sau đó rơi vào bao bì đã được cấp sẵn dưới phễu định lượng.

3.2. Cài Đặt Thông Số Vận Hành

Người vận hành có thể cài đặt thông số thông qua HMI TK6070ih như: tốc độ chạy máy, nhiệt độ dán bao bì (cài đặt trên TK4S), kích thước bao bì, và số lượng gói. Truyền thông giữa PLC và HMI được thiết lập bằng giao thức RS-232 để đảm bảo tương tác real-time.

IV. Kết Quả Thực Nghiệm Và Hướng Phát Triển

Mô hình máy đóng gói 3 biên tự động được thi công hoàn chỉnh với khung máy dạng khung sắt chịu lực tốt, các thiết bị điều khiển được lắp đặt gọn gàng và hoạt động ổn định. Kết quả thực nghiệm cho thấy máy có thể đóng gói khoảng 30-50 gói/phút tùy theo kích thước và loại sản phẩm. Độ chính xác định lượng đạt 95% trở lên, đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm. Thời gian thi công mô hình mất khoảng 4 tháng với chi phí tiết kiệm 60-70% so với máy nhập khẩu. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm tích hợp hệ thống cân điện tử (loadcell) để tăng độ chính xác định lượng, nâng cấp HMI với chức năng lưu trữ dữ liệu và báo cáo sản xuất, cũng như mở rộng khả năng để đóng gói các sản phẩm dạng lỏng hoặc bán lỏng.

4.1. Kết Quả Đạt Được Sau Khi Hoàn Thành

Mô hình hoàn thành có thể vận hành ổn định và tự động hóa toàn bộ quá trình đóng gói mà không cần can thiệp thủ công. Máy đạt được mục tiêu giảm chi phí lao động, tăng hiệu suất sản xuất, và đảm bảo chất lượng đống gói thống nhất. Chi phí xây dựng mô hình thấp hơn nhiều so với máy nhập khẩu, làm cho nó phù hợp cho các doanh nghiệp nhỏ và vừa.

4.2. Định Hướng Phát Triển Đề Tài

Phát triển tiếp theo sẽ tập trung vào tích hợp loadcell để nâng cao độ chính xác định lượng, phát triển HMI với các tính năng quản lý sản xuất, lưu trữ dữ liệu thống kê. Cũng có thể mở rộng ứng dụng cho các sản phẩm khác nhau và tự động hóa thêm các bước khác trong quy trình sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cần thiết và ứng dụng của đề tài Đã bao giờ chúng ta thắc mắc những nhu yếu phẩm phục vụ trong cuộc sống được đóng gói bao bì như thế nào không ? Khâu đóng gói sản phẩm là một khâu vô cùng quan trọng trong quá trình sản xuất, nếu làm tốt khâu này chúng ta có thể giải quyết vần đề về năng suất, chất lượng sản phẩm, kiếm soát chính xác về thông tin và nguồn gốc xuất xứ của sản phẩm. Để đáp ứng những yêu cầu tiêu dùng ngày nay và cạnh trong quá trình sản xuất giữa các công ty thuộc nhiều lĩnh vực thì máy đóng gói là thiết bị không thể thiếu. Vậy máy đóng gói được chế tạo như thế nào và vai trò của máy đóng gói trong quá trình sản xuất quan trọng như thế nào ? 1.2 Ứng dụng của đề tài trong lĩnh vực thực phẩm Trong lĩnh vực thực phẩm có rất nhiều yêu cầu khắt khe và khâu đóng gói sản phẩm quyết định một phần không nhỏ với sự tin cậy của người tiêu dùng với sản phẩm. Bao bì đóng gói không chỉ giúp bảo quản sản phẩm tốt hơn mà còn khẳng định thương hiệu của một công ty hoặc tổ chức trong các lĩnh vực công nghiệp nói chung và trong ngành thực phẩm nói riêng.

Để đáp ứng được yêu cầu sản phẩm trước khi đến tay người tiêu dùng và nhu cầu áp dụng công nghệ vào quá trình sản xuất nhóm nghiên cứu của trường Đại học công nghệ Hutech chúng tôi nghiên cứu chế tạo mô hình máy đóng gói 3 biên tự động.3 Nhiệm vụ cần thực hiện - Tìm hiểu tổng quan về máy đóng gói thực tế. - Đề ra phương án giải quyết yêu cầu đề tài - Tính chọn thiết bị, thiết kế kế mô hình - Tìm kiếm vật liệu, bố trí lắp đặt thử nghiệm 19 - Thi công lắp ráp mô hình - Lập trình điều khiển - Kiểm tra thực nghiệm - Hoàn thiện mô hình 1.4 Mục tiêu của đề tài - Đối với múc đích nghiên cứu: + Tìm hiểu và sử dụng các thiết bị cơ bản trong điều khiển tự động và trong đóng gói bao bì tự động. + Xây dựng giải pháp tự động hóa cho đề tài + Máy đóng gói cho các loại hạt. - Đối với yêu cầu chuyên nghành: Dưới góc nhìn của sinh viên chuyên ngành tự động hóa nhóm chúng tôi thực hiện nghiên cứu, chế tạo mô hình máy đóng gói phục vụ cho quá trình sản xuất đáp ứng các yêu cầu trong khâu đóng gói sản phẩm trong lĩnh vực thực phẩm với chi phí thấp nhưng năng suất hiệu quả, dễ dàng sử dụng và ứng dụng không chỉ trong công nghiệp mà còn dùng cho dân dụng.5 Công nghệ sử dụng trong đề tài Dùng các thiết bị của hãng Mitsubishi electric bao gồm bộ lập trình điều khiển board PLC FX3U 32MT để lập trình và điều khiển các thiết bị với phần mềm lập trình GX WORKS2 thiết kế chương trình điều khiển vị trí chính xác dùng bộ điều khiển AC Servo Panasonic Minas A5, điều khiển tốc độ động cơ 3 phase dùng biến tần D700; điều khiển đồng hồ nhiệt TK4S-T4RN của hãng AUTONICS; màn hình HMI Weinview- TK6070IH thiết kế giao diện bằng phần mềm EB8000.

Áp dụng chuẩn truyền thông trong công nghiệp Modbus RTU (RS485) để điều khiển và 20 giao tiếp giữa các thiết bị với PLC.6 Dự kiến kết quả nghiên cứu đề tài - Đóng góp về mặt khoa học, phục vụ công tác đào tạo: + Bổ sung thiết bị khoa học cho nhu cầu của nhà trường dùng trong việc nghiên cứu, phát triển. + Góp phần giải quyết vấn đề nhân công trong các giai đoạn đóng gói hiện nay. - Những đóng góp liên quan đến sự phát triển kinh tế: + Tiết kiệm tối đa chi phí nhân công trong quá trình đóng gói sản phẩm + Nhiều mẫu mã máy để lựa chọn cho nhiều mục đích đóng gói và nhiều thể trạng của sản phẩm cần đóng gói.7 Bố cục và thời gian thực hiện đề tài - NV1: Tìm hiểu về máy đóng gói (2/5 - 4/5) - NV2: Ứng dụng của đề tài vào thực tiễn (4/5 - 7/5) - NV3: Mô hình phần cứng của từng bộ phận (8/5 – 8/6) - NV4: Thiết kế, chế tạo phần cứng (29/6 – 20/7) - NV5: Kết nối phần mềm (21/7 – 23/7) - NV6: Chạy thử, chỉnh sửa nếu có sai sót (24/7 – 26/7) 1.8 Tìm hiểu thực tế máy đóng gói - Mục tiêu nghiên cứu: Máy đóng gói bao bì thực phẩm - Phân loại các dạng máy đóng gói - Công dụng: Phù hợp để đóng gói định lượng tự động chất lỏng, bột nhão và nước sốt trong thực phẩm, các ngành hóa chất và dược phẩm hằng ngày - Ưu điểm vượt trội: + Máy có tính năng cắt hờ, dễ dàng xé tách thành phần. Kết cấu hàn dập đẹp mắt và chắc chắn.

21 + Máy có thể vận hành trông môi trường nhiệt độ cao, là lựa chọn lý tưởng để đóng gói các sản phẩm lỏng nhớt với cơ chế hoàn toàn tự động. + Máy hoạt động nhịp nhàng, ổn định. Hình 1: Mẫu máy đóng gói trên thị trường 22 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 2.1 Tổng quan về máy đóng gói Hình 2: Máy đóng gói định lượng bằng loadcell (Nguồn: Nhóm tham khảo thực tế ở doanh nghiệp kinh doanh) Trong thời đại ngày nay, các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tự động hoặc bán tự động. Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng tiêu dùng và sản xuất thực phẩm, các hệ thống máy tự động đang ngày càng chiếm vai trò then chốt trong việc làm giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.

Đối với khâu đóng gói sản phẩm, việc sử dụng các loại máy tự động để thay thế cho công việc đóng gói thủ công là một điều tất yếu vì đây là khâu tốn rất nhiều sức lao động cho những công việc lặp đi lặp lại một cách không cần thiết. Do đó, trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, nhu cầu đối với các loại máy đóng gói là rất lớn và rất đa dạng. Tuy nhiên, lâu nay thị 23 trường này vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nước ngoài với rất nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm, việc sản xuất máy móc trong nước thường không đáp ứng tốt về mặt chất lượng và năng suất mặc dù vẫn có ưu thế về giá thành. Vì vậy, đòi hỏi bức bách đối với lớp kỹ sư trẻ hiện nay là phải thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã đạt được của những đàn anh đi trước và mạnh dạn áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nhất của thế giới vào việc thiết kế và tiến tới chế tạo các loại máy móc đa dạng đáp ứng nhu cầu của sản xuất và đời sống.

Mặc dù việc thiết kế các loại máy công nghiệp rất phức tạp và chắc chắn không tránh khỏi sai xót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên nước ta vẫn còn thấp, nhưng hy vọng rằng với sự dìu dắt của các thầy cô và sự nỗ lực tự thân của các sinh viên trẻ, trong tương lai gần chúng ta sẽ tự sản xuất được những loại máy đáp ứng được đòi hỏi của thị trường. Chọn máy đóng gói dạng rời với hạt đậu phộng với các thông số sau: + Độ dài bao bì: 50-150mm + Khối lượng: 300g (Có thể thay đổi nếu thay đổi cốc đong).2 Tính ưu việt của máy đóng gói Hiện nay trong công nghiệp sản xuất thì quá trình tự động hóa luôn được tối ưu từ khâu nguyên liệu đến khâu đầu ra, vì hẳn ai cũng hiểu được những lợi ích rõ ràng của tự động hóa. Để máy móc làm việc và con người chỉ vận hành dường như đó là mục tiêu của tất cả các công ty sản xuất, sau đây là những lợi ích mà máy đóng gói tự động đem lại: - Tăng năng suất sản xuất, đáp ứng các đơn hàng lớn nhanh chóng. - Giảm thiểu chi phí quản lí công nhân, nhân sự.Các sản phẩm có tính đồng nhất về nguyên liệu và hình thức bao bì.

- Bảo đảm quy trình khép kín, an toàn vệ sinh thực phẩm trong quá trình đóng gói. - Dễ dàng tăng công suất, sản lượng sản xuất mà không cần tăng nhân sự. - Đáp ứng các tiêu chuẩn trong ngành đóng gói quốc tế. - Tạo được các kiểu túi có hình dạng, cấu trúc phức tạp.

- Tạo ra các sản phẩm mà công việc đóng gói thủ công không thể đáp ứng.3 Phân biệt các dạng máy đóng gói - Theo mức độ, cơ cấu hoạt động: + Máy đóng gói tự động. + Máy đóng gói bán tự động. + Máy cấp nguyên liệu. - Theo phân loại nguyên liệu/sản phẩm cần đóng gói: + Máy đóng gói tự động dạng bột.

+ Máy đóng gói tự động dạng lỏng. + Máy đóng gói tự động dạng hạt. - Phân loại theo kết cấu máy: 25 + Máy đóng gói dạng đứng + Máy đóng gói dạng nằm 2.4 Giải pháp điều khiển các dạng máy đóng gói thường dùng Các loại máy đóng gói cũ thường sử dụng tỷ số truyền động để đóng gói bao bì tuy có độ chính tuyệt đối nhưng chỉ đóng gói được 1 loại bao bì cho 1 máy, không thể thay đổi loại bao bì và nguyên liệu cần đóng gói. Qua những buổi tham quan thực tế chúng tôi nhận thấy có thể áp dụng những kiến thức mà chúng tôi đang có thay đổi kết cấu vận hành của máy đóng gói nhằm nâng cấp chức năng không chỉ dừng lại ở 1 máy chỉ đóng gói cho 1 loại bao bì với 1 loại nguyên liệu đóng gói mà máy có thể tùy chính để có thể đóng gói đa dạng nhiều nguyên liệu và nhiều dạng bao bì khác nhau.

Ngoài ra còn có thể tích hợp với hệ thống điều khiển nhờ vào Scada trên màn hình HMI thuận tiện điều khiển, theo dõi, vận hành. Hình 3: Mô hình máy đóng gói bánh bông lan dạng nằm 26 Hình 4: Mô hình máy gói dạng đứng nhóm dự kiến cải tiến 2.5 Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài - Giới hạn: Số lượng thành viên trong nhóm hạn chế, chưa thể mô phỏng toàn bộ quá trỉnh sản xuất ra một máy hoàn chỉnh, chỉ là hình thức mô hình gần giống với thực tế, chưa áp dụng được những kỹ thuật thực tiễn tiên tiến, hiện đại vào trong đề tài do chi phí cao nguồn nhân lực thực hiện ít. - Mục tiêu: Sau những năm tháng ngồi trên ghế nhà trường và quá trình đi thực tập thực tế ngoài xã hội, bản thân sinh viên muốn vận dụng những kiến thức đã học vào đề tài thực hiện (PLC, Scada, Mạng truyền thông,.