Thiết kế, thi công mô hình hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng tự động

Đồ án thiết kế, thi công mô hình hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng tự động - ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Thái Văn Quốc Thịnh
• Người hướng dẫn: ThS. Phùng Sơn Thanh
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế, thi công mô hình hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng tự động
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng tự động

Đề tài tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tập trung giải quyết bài toán tự động hóa dây chuyền đóng gói. Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa đã thiết kế mô hình hoàn chỉnh. Hệ thống kết hợp cơ chế dán nhãn thân chai tròn và quy trình đóng thùng carton. Sản phẩm công nghiệp yêu cầu tính thẩm mỹ cao cùng tốc độ xử lý nhanh. Phương pháp thủ công truyền thống không còn đáp ứng kịp tiến độ đơn hàng lớn. Nhân công thủ công thường tạo ra sai số căn chỉnh nhãn dán. Thao tác dán nhãn bằng tay cũng làm giảm độ đồng đều thành phẩm. Mô hình tự động tích hợp băng tải công nghiệp, cụm cơ cấu cấp nhãn và tay gắp sản phẩm. Bộ điều khiển lập trình PLC Siemens quản lý toàn bộ chu trình vận hành. Cảm biến quang học hỗ trợ nhận diện phôi chính xác theo thời gian thực. Hệ thống giúp chuẩn hóa chất lượng bao bì và tiết kiệm diện tích nhà xưởng. Đây là bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất hàng tiêu dùng.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu đề tài tại ĐH SPKT TP.HCM

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chú trọng đào tạo gắn liền thực tiễn. Đồ án do sinh viên Thái Văn Quốc Thịnh và Đặng Hoàng Thắng thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Phùng Sơn Thanh. Mục tiêu nghiên cứu hướng đến việc làm chủ công nghệ đóng gói tự động. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các thiết bị bao bì phải vận hành liên tục và ổn định. Các doanh nghiệp đồ uống và dược phẩm luôn cần hệ thống dán nhãn chuẩn xác. Nghiên cứu tập trung giải quyết đồng thời hai khâu then chốt: dán nhãn decal cho thân chai tròn và dán băng dính niêm phong thùng carton. Đề tài kết hợp kiến thức cơ điện tử, điều khiển tự động và khí nén công nghiệp.

1.2. Tầm quan trọng của tự động hóa khâu dán nhãn đóng gói

Bao bì thể hiện uy tín thương hiệu và chất lượng hàng hóa. Nhãn dán lệch hoặc nhăn nheo làm giảm giá trị sản phẩm trong mắt người tiêu dùng. Thùng carton đóng gói lỏng lẻo dễ gây hư hỏng hàng hóa suốt chặng đường vận chuyển. Việc ứng dụng dây chuyền tự động hóa giúp loại bỏ triệt để các rủi ro kỹ thuật trên. Dây chuyền hoạt động với tốc độ đồng đều và nhịp nhàng. Năng suất lao động tăng trưởng vượt trội so với quy trình thủ công thông thường. Doanh nghiệp cắt giảm đáng kể chi phí nhân công và nguyên vật liệu tiêu hao. Môi trường làm việc trở nên an toàn và hiện đại hơn. Tự động hóa đóng gói là yếu tố quyết định nâng cao năng lực cạnh tranh sản xuất.

II. Phân tích kỹ thuật của hệ thống dán nhãn chai tròn tự động

Quá trình dán nhãn chai tròn đòi hỏi sự chính xác cơ học cao. Chai hình trụ thường phát sinh hiện tượng trượt khi di chuyển trên băng tải. Lực tiếp xúc giữa bề mặt chai và nhãn dán cần duy trì đều đặn. Nếu lực ép quá mạnh, thân chai nhựa mỏng sẽ biến dạng. Ngược lại, lực ép quá yếu khiến nhãn bị bong mép hoặc đọng bọt khí. Cơ cấu kéo nhãn cũng đối mặt với nhiều thử thách. Tốc độ nhả cuộn nhãn decal phải đồng bộ hoàn toàn với tốc độ băng tải chai. Nếu động cơ cấp nhãn quay quá nhanh, nhãn sẽ chùng lại và tạo nếp gấp. Nếu động cơ quay quá chậm, nhãn bị kéo căng dẫn đến rách giấy nền. Ngoài ra, việc xác định vị trí dán đòi hỏi cảm biến quang phản hồi cực nhạy. Bên cạnh khâu dán nhãn, công đoạn gắp chai vào thùng carton cũng phát sinh vấn đề căn chỉnh tọa độ. Cơ cấu kẹp phải giữ chặt chai nhưng không làm trầy xước bề mặt. Khâu miết dán băng keo thùng carton cần lực tì đè ổn định để đường dán luôn phẳng phiu.

2.1. Yêu cầu động học trong cơ cấu bóc tách nhãn decal

Cơ cấu bóc tách nhãn dựa trên hiện tượng uốn gập góc đột ngột của tấm tách nhãn. Giấy lót đế đổi hướng chuyển động nhanh khiến con nhãn tách khỏi bề mặt. Quá trình này đòi hỏi động cơ bước điều khiển góc quay cực kỳ chuẩn xác. Các trục căng nhãn đóng vai trò giữ độ căng ổn định cho dải decal. Khi bố trí trục quá gần nhau, lực căng gia tăng đột ngột làm đứt dải nhãn. Trường hợp các trục đặt quá xa, dải nhãn dễ bị chùng võng. Hiện tượng chùng võng khiến cảm biến quang học không thể nhận biết khe hở giữa hai nhãn liên tiếp. Sự cố này gây sai lệch chu kỳ cấp nhãn của máy. Thiết kế vị trí trục đòi hỏi tính toán khoảng cách chuẩn xác trên phần mềm mô phỏng.

2.2. Trở ngại kỹ thuật khi dán keo và đóng thùng carton

Khâu đóng gói thứ cấp đòi hỏi sự phối hợp mượt mà giữa các xilanh khí nén. Quá trình gập nắp đáy và nắp trên của thùng carton cần tạo góc vuông vắn. Sai lệch kích thước thùng carton có thể làm kẹt cơ cấu chuyển hướng. Cơ cấu dán băng keo cần tác động lực miết vừa đủ lên bề mặt carton. Lực miết quá nhẹ làm băng keo không bám chặt vào mép giấy. Lực miết quá nặng khiến thùng bị móp méo hoặc rách cạnh. Dao cắt băng keo phải bén ngọt để đường cắt dứt khoát và không để lại sợi keo thừa. Cụm cơ cấu gắp sản phẩm đòi hỏi kiểm soát lực hút chân không hoặc lực kẹp chấu. Bất kỳ sự trễ nhịp nào giữa tay gắp và thùng cũng dẫn đến va chạm cơ khí.

III. Giải pháp mô hình hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng

Nhóm tác giả ĐH SPKT TP.HCM đề xuất mô hình tích hợp toàn diện cơ khí và điều khiển tự động. Bản vẽ cơ khí hoàn chỉnh được dựng trên phần mềm SolidWorks. Bản vẽ đảm bảo tính tối ưu kích thước, độ cứng vững khung sườn và sự linh hoạt lắp ráp. Hệ thống tủ điện điều khiển được thiết kế chuyên nghiệp trên phần mềm EPLAN. Sơ đồ mạch điện phân tách rõ ràng nguồn động lực và tín hiệu điều khiển. Trái tim của hệ thống là bộ lập trình PLC Siemens được viết bằng ngôn ngữ Ladder trên nền tảng TIA Portal. Bộ điều khiển điều phối nhịp nhàng các cụm xilanh khí nén và động cơ bước cấp nhãn. Tốc độ dán nhãn được đồng bộ hóa với tốc độ băng chuyền thông qua thuật toán định thời chính xác. Giao diện giám sát SCADA/HMI thiết kế trên WinCC hiển thị trực quan thông số vận hành. Người vận hành dễ dàng theo dõi số lượng chai, tốc độ chu kỳ và cảnh báo sự cố kỹ thuật. Cấu trúc mô-đun hóa hỗ trợ công tác bảo trì và mở rộng sau này.

3.1. Thiết kế cơ khí chi tiết trên nền tảng SolidWorks

Mô hình cơ khí được phân chia thành nhiều cụm chức năng riêng biệt. Cụm mâm xoay cấp chai đảm bảo chai tiến vào băng tải đơn lẻ và giữ khoảng cách ổn định. Cụm dán nhãn chai tròn trang bị băng ma sát và con lăn ép cao su. Khi chai đi qua vùng dán, lực miết xoay tròn giúp con nhãn ôm sát thân chai phẳng mịn. Khung dán nhãn cho phép tinh chỉnh vị trí đa hướng nhờ cụm vít me ray trượt. Cụm gắp thả chai sử dụng tay máy dẫn động khí nén kết hợp giác hút chân không. Cụm dán thùng carton tích hợp cơ cấu gập mép nắp tự động và con lăn dán keo. Thiết kế 3D hỗ trợ kiểm tra va chạm động học trước khi gia công thực tế.

3.2. Lập trình PLC TIA Portal và giao diện giám sát WinCC

Chương trình điều khiển được xây dựng mạch lạc theo cấu trúc máy trạng thái trên TIA Portal. Khối hàm điều khiển động cơ bước phát xung chuẩn xác từng mili-giây. PLC nhận tín hiệu từ cảm biến quang để kích hoạt xung nhả nhãn tức thì. Tốc độ dán nhãn được đồng bộ hóa với tốc độ biến tần điều khiển băng tải. Giao diện WinCC cung cấp hai chế độ hoạt động cơ bản: Thủ công và Tự động. Người vận hành có thể hiệu chỉnh tốc độ động cơ và thời gian trễ của từng xilanh trên màn hình. Màn hình giám sát liên tục cập nhật số lượng thành phẩm hoàn thành theo ca. Hệ thống cảnh báo tự động thông báo lỗi kẹt chai hoặc hết nhãn ngay lập tức. Tính năng này nâng cao tính an toàn và tiện lợi khi vận hành.

IV. Đánh giá ứng dụng từ hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng

Quá trình chạy thử nghiệm nhiều lần khẳng định tính khả thi vượt trội của hệ thống. Mô hình hoạt động ổn định với tỷ lệ dán nhãn thành công trên 98%. Nhãn dán đạt độ căng phẳng đồng đều và không xuất hiện nếp nhăn. Khâu gắp thả sản phẩm và dán keo thùng carton diễn ra chuẩn xác đúng chu trình. Kết quả nghiên cứu chứng minh năng lực sáng tạo của sinh viên ĐH SPKT TP.HCM. Đồ án kết nối hiệu quả kiến thức lý thuyết cơ điện tử với thực tiễn sản xuất. Giải pháp này phù hợp ứng dụng tại các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong nước. Chi phí đầu tư chế tạo mô hình thấp hơn nhiều so với dây chuyền nhập khẩu ngoại quốc. Hệ thống giúp doanh nghiệp tự chủ công nghệ và dễ dàng bảo dưỡng linh kiện thay thế. Năng suất đóng gói gia tăng đáng kể giúp hạ giá thành sản phẩm trên thị trường. Mô hình mở ra hướng phát triển tự động hóa dây chuyền đóng gói toàn diện.

4.1. Hiệu quả vận hành thực nghiệm của mô hình chế tạo

Quá trình vận hành thực nghiệm ghi nhận kết quả tích cực về độ bền cơ học và tốc độ xử lý. Cụm dán nhãn duy trì độ lệch dán dưới mức 0.5 milimét trên thân chai tròn. Tần suất xảy ra lỗi bong nhãn hoặc lệch nhãn được kiểm soát ở mức tối thiểu. Cơ cấu dán băng keo thùng carton vận hành mượt mà với đường dán thẳng tắp và chắc chắn. Thùng carton sau khi dán đạt độ chịu lực tốt khi xếp chồng bảo quản. Hệ thống tủ điện hoạt động an toàn và không gặp hiện tượng quá nhiệt động cơ. Các cảm biến duy trì độ nhạy và tính chính xác sau nhiều giờ hoạt động liên tục. Mô hình đáp ứng tốt tiêu chuẩn kỹ thuật đóng gói công nghiệp đề ra.

4.2. Hướng phát triển và tích hợp trí tuệ nhân tạo AI

Hệ thống sở hữu tiềm năng phát triển và nâng cấp mạnh mẽ trong tương lai. Nhóm nghiên cứu kiến nghị tích hợp hệ thống camera thị giác máy tính Machine Vision. Camera hỗ trợ kiểm tra phát hiện lỗi in ấn nhãn và loại bỏ sản phẩm lỗi ngay lập tức. Dữ liệu hình ảnh có thể huấn luyện các mô hình AI để nhận diện khiếm khuyết bao bì. Việc bổ sung cánh tay robot 6 bậc tự do giúp tăng tính linh hoạt khi gắp xếp sản phẩm phức tạp. Bên cạnh đó, hệ thống có thể kết nối giao thức IoT công nghiệp để giám sát dây chuyền từ xa qua điện toán đám mây. Những cải tiến này sẽ nâng tầm mô hình thành giải pháp nhà máy thông minh toàn diện.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất, việc tối ưu hóa các dây chuyền chiết rót và đóng gói đồ uống đóng chai đóng vai trò quan trọng nhằm nâng cao năng suất, tiết giảm chi phí vận hành và hạ giá thành sản phẩm. Dữ liệu từ báo cáo thị trường đồ uống đóng chai (Bottled Water Market) cho thấy quy mô ngành này ước đạt 336,21 tỷ USD vào năm 2024 và dự kiến đạt 452,90 tỷ USD vào năm 2029, duy trì tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) ở mức 6,14% trong giai đoạn 2024–2029. Song song đó, báo cáo thị trường bao bì (Packaging Market) chỉ ra rằng quy mô tự động hóa trong lĩnh vực đóng gói ước đạt 1,14 nghìn tỷ USD vào năm 2024 và dự kiến chạm mốc 1,38 nghìn tỷ USD vào năm 2029 với CAGR đạt 3,89%. Những thông số này phản ánh áp lực mở rộng công suất và yêu cầu cấp thiết về việc tự động hóa các phân đoạn hạ nguồn trong dây chuyền chế biến.

Trong toàn bộ chu trình, dán nhãn và đóng thùng carton là hai công đoạn quyết định trực tiếp đến hình thức thương phẩm và độ an toàn của sản phẩm trong khâu lưu thông:

• Khâu dán nhãn đòi hỏi độ chính xác cao về tọa độ, nhãn bám chắc, phẳng phiu, không bị nhăn rách, gấp nếp hay lệch mép; các sai sót ngoại quan tại khâu này gây ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín thương hiệu và làm phát sinh phế phẩm.
• Khâu đóng thùng carton đòi hỏi độ đồng đều và lực miết băng dính đủ chắc chắn để bảo vệ kết cấu cơ học của lô hàng trong quá trình bốc xếp và vận chuyển. Thao tác dán băng keo thủ công lặp đi lặp lại thường tiềm ẩn nguy cơ chấn thương lao động, năng suất thấp và đường dán không đồng đều.

Khảo sát các công trình nghiên cứu tiền nhiệm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh cho thấy:

1. Đề tài "Thiết kế máy dán nhãn chai tròn tự động sử dụng PLC S7-1200" của nhóm sinh viên Phạm Châu Lâm, Nguyễn Văn Phẩm, Nguyễn Tâm (giảng viên hướng dẫn Trần Kế Thuận) đã vận hành ổn định và tích hợp màn hình HMI, song cơ cấu dán nhãn có độ linh hoạt thấp, khó hiệu chỉnh để đáp ứng các loại chai có đường kính và chiều cao khác nhau.
2. Đề tài "Thiết kế hệ thống máy dán nhãn chai tròn sử dụng khí nén" của nhóm sinh viên Nguyễn Hữu Hoàng, Bùi Ngọc Thạch, Nguyễn Khoa Chương (giảng viên hướng dẫn Nguyễn Trường Thịnh) thực hiện dán nhãn ở tư thế nằm ngang, nhưng kết cấu cơ khí thiếu độ vững chắc dẫn đến hiện tượng rung lắc, nhãn dán không phẳng, hệ thống dây dẫn điện chưa được quy chuẩn hóa và chưa tự động hóa hoàn chỉnh quy trình.

Nhằm khắc phục các tồn tại trên, đề tài "Thiết kế, thi công mô hình hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng tự động" được thực hiện bởi sinh viên Thái Văn Quốc Thịnh và Đặng Hoàng Thắng, dưới sự hướng dẫn của ThS. Phùng Sơn Thanh thuộc Bộ môn Tự động Điều khiển, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (thời gian thực hiện từ tháng 02/2024 đến tháng 06/2024).

Mục tiêu cụ thể của đề tài được xác định bao gồm:

1. Tối ưu hóa quy trình dán nhãn chai tròn tự động: Nhãn được dán chính xác vị trí, phẳng, chắc chắn; triệt tiêu các lỗi nhăn, rách, lệch nhãn; tương thích với nhiều kích thước chai khác nhau; đạt năng suất dán nhãn trên 400 sản phẩm/giờ.
2. Tối ưu hóa quy trình đóng thùng tự động: Thiết kế và thi công cơ cấu cấp phôi, đẩy chai, gắp chai và miết dán băng keo thùng carton tự động với độ đồng đều cao, đảm bảo bao gói chắc chắn.
3. Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống điều khiển lập trình và giao diện giám sát vận hành SCADA/HMI trên nền tảng phần mềm WinCC.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn như sau:

• Về phạm vi công nghệ: Tập trung giải quyết hai khâu dán nhãn chai tròn đứng và đóng gói dán băng dính thùng carton; không bao gồm các khâu thượng nguồn như xử lý nguyên liệu, chiết rót định lượng và siết nắp chai.
• Về chủng loại sản phẩm: Hệ thống tối ưu cho chai tròn dung tích tiêu chuẩn khoảng 100ml (đồng thời thử nghiệm trên các mẫu chai nhựa và thủy tinh 150ml, 250ml); không thiết kế cho chai có tiết diện dị hình (vuông, dẹp) hay bình chứa thể tích lớn (bình 5 lít).
• Về quy cách đóng gói: Thùng carton chuyên dụng chứa 8 chai tròn với kích thước hình học khoảng (Dài × Rộng × Cao): 20 × 11 cm; không mở rộng cho các loại bao bì chất liệu gỗ, nhựa hoặc thùng chứa phi tiêu chuẩn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tiếp cận việc thiết kế hệ thống tự động hóa dựa trên cơ sở phân tích lý thuyết cơ điện tử, điều khiển truyền động số và công nghệ khí nén công nghiệp.

Về cơ chế công nghệ dán nhãn, tác giả đã tiến hành đối sánh các giải pháp dán nhãn nằm ngang và dán nhãn đứng; đồng thời phân tích 3 phương pháp bóc tách - miết nhãn phổ biến: cơ cấu dùng con lăn di động, cơ cấu ma sát và cơ cấu kẹp. Kết quả khảo sát xác định phương án dán nhãn đứng kết hợp cơ cấu kẹp xoay ma sát sử dụng động cơ bước là giải pháp tối ưu, đảm bảo chai không bị trượt đổ, thích ứng linh hoạt với nhiều kích cỡ thân chai và cho độ chính xác định vị nhãn cao.

Về công nghệ dán thùng carton, tác giả khảo sát các dòng máy công nghiệp tiêu biểu nhập khẩu tại thị trường Việt Nam (từ Nhật Bản, Đài Loan, Trung Quốc) để làm căn cứ thiết kế cơ cấu miết keo:

Dòng máy khảo sát	Hãng / Xuất xứ	Công suất / Điện áp	Tốc độ băng tải / Năng suất	Kích thước thùng cho phép (Rộng × Cao)	Bản rộng băng dính
FXJ-5050	Công nghệ Nhật Bản (CE), Trung Quốc	0,18 kVA / AC 220V - 50Hz	20 mét/phút	Min: 10×10 cm Max: 50×50 cm (Dài không giới hạn)	36, 48, 50, 60 mm
DFXC6050A	Trung Quốc	3 động cơ kéo tải / AC 220V - 50Hz	~1000 thùng/giờ	Min: 14×15 cm Max: 50×60 cm	36, 48, 60 mm
FXJ-5050Z	Trung Quốc	400 W / AC 220V - 50Hz	18 mét/phút (gấp nắp tự động bằng piston)	Min: 13×16 cm (Dài: 18 cm) Max: 50×50 cm (Dài: 60 cm)	48, 60 mm

Về nền tảng điều khiển và phần cứng, hệ thống tích hợp các khối thiết bị tiêu chuẩn:

• Bộ điều khiển khả trình (PLC): Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, mở rộng ngõ vào/ra thông qua module 6ES7223-1PH32-0XB0. Khối điều khiển tận dụng chu trình quét 4 giai đoạn (đọc ngõ vào, thực thi chương trình, chẩn đoán truyền thông, xuất dữ liệu ngõ ra), các tính năng bảo mật cấp độ CPU (Protection, Know-how Protection, Copy Protection) và tập lệnh Motion Control để phát xung PTO (Pulse Train Output) kết hợp chân định hướng (Direction) điều khiển vị trí góc quay.
• Động cơ truyền động: Động cơ bước Hybrid Stepper 57HSE2 kết hợp Driver điều khiển HBS57 cho khâu kéo cuộn nhãn; động cơ giảm tốc xoay chiều Wanshsin mini công suất 6W và 25W cấp nguồn 220V dùng cho các hệ thống băng tải và con lăn ma sát. Khâu điều khiển động cơ bước ứng dụng kỹ thuật vi bước (Microstepping Drive) nhằm đảm bảo chuyển động quay êm, giảm dao động cơ học và định vị rãnh nhãn chính xác.
• Cảm biến công nghiệp: Cảm biến quang học Panasonic CX-442 phát hiện vật cản/chai trên băng tải; cảm biến sợi quang chuyên dụng nhận diện khe hở bóc tách giữa hai nhãn liên tiếp trên cuộn decal; cảm biến màu Panasonic LX-101 kiểm tra sự hiện diện của nhãn sau dán; cảm biến từ SMC D-M9N gắn trên rãnh thân xy lanh để xác định vị trí hành trình piston.
• Hệ thống khí nén: Sử dụng nguồn khí nén điều khiển các xy lanh tác động kép thông qua cụm van điện từ khí nén SMC SY3160-5LZE-C6 (dạng van 5/2, cuộn coil 24VDC), kết hợp rơ-le trung gian ENGOO EK2N-GS và bộ nguồn chuyển đổi tổ ong Meanwell LRS-350-24.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai theo quy trình kỹ thuật 5 bước: thu thập tài liệu; khảo sát và đề xuất giải pháp kỹ thuật; mô hình hóa kết cấu 3D trên SolidWorks và thiết kế sơ đồ điện trên EPLAN; thi công cơ khí, đấu nối mạch điện, lập trình logic bậc thang (Ladder) trên TIA Portal và giao diện giám sát WinCC; vận hành thử nghiệm lặp lại, ghi nhận thông số và đánh giá sai số.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế hoàn chỉnh từ bản vẽ kỹ thuật cơ điện tử đến cấu hình phần mềm công nghiệp:

Thiết kế cơ khí và cơ cấu chấp hành

Cơ cấu cơ khí được dựng hình 3D trên phần mềm SolidWorks, phân tách thành 4 cụm chuyên biệt:

1. Cụm dán nhãn chai tròn: Gồm mâm xả cuộn nhãn, hệ thống các trục căng nhãn bố trí khoảng cách hợp lý để duy trì lực căng ổn định mà không làm đứt dải decal, lưỡi dao tách nhãn gấp khúc làm bong mép keo, con lăn ma sát nhỏ dẫn hướng, trụ xoay ma sát lớn bọc cao su và xy lanh kẹp chai.
2. Cụm cơ cấu chặn và đẩy chai: Bố trí tại vị trí đầu ra của băng chuyền dán nhãn, trang bị cơ cấu cơ khí cho phép chặn và đẩy đồng thời 2 chai sang khâu đóng gói trong một chu kỳ làm việc.
3. Cụm cơ cấu gắp chai: Sử dụng kết cấu tay gắp gắn hệ thống kẹp khí nén, hành trình nâng hạ và di chuyển ngang được tính toán chính xác để gắp cùng lúc 8 chai (tương ứng 4 cụm đẩy 2 chai) và thả định vị vào lòng thùng carton.
4. Cụm cơ cấu dán băng dính thùng carton: Thiết kế khung đỡ, con lăn tỳ đè đàn hồi và bộ cắt dán băng dính niêm phong nắp thùng theo kích thước hình học 20 × 11 cm.

Thiết kế hệ thống điện và giải thuật điều khiển

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển được thiết kế trên phần mềm EPLAN:

• Khối nguồn: Nguồn lưới 220VAC cấp cho động cơ giảm tốc Wanshsin và bộ nguồn Meanwell LRS-350-24; nguồn 24VDC cấp cho PLC S7-1200 CPU 1214C, module mở rộng, cuộn coil van SMC SY3160, cảm biến và Driver HBS57.
• Khối truyền động số: PLC sử dụng chân ngõ ra phát xung tốc độ cao PTO kết nối chân PUL/DIR của Driver HBS57 để điều khiển động cơ Hybrid Stepper 57HSE2. Độ phân giải vi bước được cài đặt phù hợp với chu vi bước dịch chuyển của nhãn.
• Cấu trúc chương trình: Lập trình bằng ngôn ngữ LAD (Ladder) trên phần mềm TIA Portal, phân chia thành các khối hàm chức năng OB1, FC quản lý chế độ và ngắt tín hiệu cảm biến.

Hệ thống vận hành theo hai chế độ được chuyển mạch trên tủ điều khiển hoặc giao diện SCADA:

• Chế độ tự động (AUTO): Khi nhấn nút START, động cơ hai băng tải và trụ ma sát lớn khởi động. Khi chai đến vị trí cảm biến Panasonic CX-442, tín hiệu kích hoạt van điện từ đưa xy lanh ép chai vào trụ ma sát quay. Đồng thời, PLC kích hoạt phát xung điều khiển động cơ bước quay cuộn nhãn. Khi cảm biến sợi quang phát hiện rãnh chia giữa hai nhãn, xung lập tức dừng lại, nhãn được bóc và miết đều lên thân chai tròn. Chai tiếp tục đi qua cảm biến màu Panasonic LX-101 để xác thực chất lượng dán nhãn. Sau đó, cơ cấu đẩy gom cụm 2 chai; khi đủ 8 chai, cụm gắp khí nén kích hoạt đưa toàn bộ 8 chai vào thùng carton. Thùng hàng tiếp tục được băng chuyền đưa qua cụm dán keo để hoàn tất niêm phong. Khi có sự cố, hệ thống kích hoạt đèn tháp báo động và chỉ dừng hoàn toàn khi nhấn nút EMERGENCY.
• Chế độ thủ công (MANU): Dành riêng cho kỹ sư vận hành và bảo trì. Các cụm chấp hành (động cơ bước, băng tải, từng xy lanh đẩy, van kẹp, đầu dán keo) được kiểm tra đóng/ngắt độc lập thông qua các công tắc ON/OFF trên giao diện điều khiển.

Thiết kế giao diện giám sát WinCC

Giao diện điều hành HMI/SCADA được thiết kế chuyên nghiệp trên WinCC gồm 4 phân hệ màn hình chính:

• Màn hình giới thiệu (Main/Intro): Thể hiện thông tin đề tài, sơ đồ công nghệ tổng thể và các nút điều hướng.
• Màn hình giám sát AUTO: Hiển thị trạng thái vận hành trực quan của toàn bộ cảm biến, xy lanh, động cơ băng chuyền và bộ đếm số lượng thành phẩm theo thời gian thực.
• Màn hình điều khiển MANU: Cung cấp các nút ấn ảo điều khiển cưỡng bức từng cơ cấu chấp hành phục vụ quá trình căn chỉnh cơ khí.
• Màn hình cảnh báo (Alarm): Lưu trữ và hiển thị danh mục các lỗi phát sinh (kẹt chai, hết nhãn, mất áp suất khí nén, lỗi truyền thông) phục vụ xử lý kỹ thuật.

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục khóa luận được cấu trúc thành 6 chương chuyên môn, phản ánh tuần tự quy trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm:

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài dựa trên số liệu tăng trưởng của thị trường nước đóng chai (CAGR 6,14%) và thị trường máy móc đóng gói (CAGR 3,89%). Tác giả phân tích chi tiết ưu điểm và tồn tại kỹ thuật của 2 đề tài khóa trước tại Khoa Điện – Điện tử (máy dán nhãn chai tròn dùng PLC S7-1200 của Phạm Châu Lâm và hệ thống dán nhãn khí nén nằm ngang của Nguyễn Hữu Hoàng). Từ đó, xác định rõ mục tiêu đề tài, giới hạn phạm vi nghiên cứu (chai tròn tiêu chuẩn dung tích ~100ml, thùng carton 20 × 11 cm chứa 8 chai, năng suất thiết kế trên 400 sản phẩm/giờ), xây dựng phương pháp tiếp cận và lập bảng kế hoạch tiến độ thực hiện chi tiết trong 16 tuần làm việc.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp nền tảng lý thuyết tổng quan về kỹ thuật đóng gói và dán nhãn. Tác giả khảo sát các cơ chế dán nhãn nằm ngang, dán nhãn đứng; so sánh ưu - nhược điểm của 3 giải pháp công nghệ (máy dùng con lăn di động, cơ cấu kẹp và cơ cấu ma sát). Nội dung chương tiếp tục tổng hợp cấu tạo và lập bảng thông số kỹ thuật của 3 dòng máy dán thùng carton trên thị trường (FXJ-5050, DFXC6050A, FXJ-5050Z). Phần lý thuyết điều khiển tập trung vào kiến trúc phần cứng của PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C, các cấp độ bảo mật chương trình, tập lệnh phát xung Motion Control và 4 chế độ Phasing (PTO xung/hướng, PTO đếm thuận/nghịch, PTO lệch pha 90° A/B). Cuối cùng là lý thuyết hoạt động của động cơ giảm tốc xoay chiều 220V, cấu tạo - nguyên lý động cơ bước với 4 phương pháp kích từ (Wave Drive, Full Step, Half Step, Microstepping) và nguyên lý hoạt động của các khí cụ khí nén (xy lanh 2 chiều, van 5/2) cùng cảm biến quang, cảm biến sợi quang, cảm biến màu Panasonic LX-101.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Nội dung chương trình bày quy trình tính toán động học và thiết kế chi tiết toàn bộ hệ thống. Tác giả xác định yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống dán nhãn đứng kết hợp ép ma sát; thiết kế bản vẽ hình học 3D cụ thể của cụm dán nhãn (kích thước nhìn từ mặt trước và từ trên xuống), cụm chặn đẩy 2 chai, cụm tay gắp 8 chai và cụm miết dán băng dính trên phần mềm SolidWorks. Phần thiết kế điện bao gồm sơ đồ khối chức năng, lựa chọn chủng loại linh kiện (PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, module mở rộng 6ES7223-1PH32-0XB0, bộ nguồn tổ ong Meanwell LRS-350-24, động cơ Hybrid Stepper 57HSE2 kèm Driver HBS57, van SMC SY3160, cảm biến Panasonic CX-442, LX-101, cảm biến từ SMC D-M9N), lập bảng gán địa chỉ vào/ra (I/O) chi tiết cho PLC và xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển toàn hệ thống theo 2 chế độ AUTO và MANU.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ giai đoạn chế tạo cơ khí và lắp ráp điện tử thực tế. Phần cơ khí trình bày quá trình gia công khung nhôm định hình, bàn máy và lắp ráp hoàn thiện 4 cụm mô hình: cụm dán nhãn, cụm chặn - đẩy chai, cụm tay gắp khí nén và cụm dán băng dính thùng carton. Phần điện ghi nhận quy trình bố trí thiết bị trong tủ điện công nghiệp, chạy dây máng tín hiệu, cấp nguồn và cài đặt cấu hình công tắc gạt lựa chọn độ phân giải vi bước cho Driver HBS57 điều khiển Stepper Motor. Phần phần mềm hoàn thiện các khối logic Ladder trên TIA Portal và xây dựng hệ thống các màn hình giao diện WinCC trực quan, bao gồm cài đặt bảng biến và cấu hình các điều kiện kích hoạt cảnh báo Alarm.

Chương 5: Kết quả thực hiện và đánh giá

Trình bày kết quả hiện vật và thông số vận hành sau quá trình thi công. Đồ án hiển thị hình ảnh thực tế của cụm cơ khí hoàn chỉnh, tủ điều khiển điện, cùng các giao diện SCADA trên WinCC (màn hình Intro, AUTO, MANU, Alarm). Kết quả thử nghiệm dán nhãn thực tế được minh chứng trên các mẫu chai: chai thủy tinh và chai nhựa dung tích 150ml, chai thủy tinh 250ml và 100ml. Nhãn dán đều, thẳng, không bị bọt khí, mép dán khít. Khâu dán băng dính thùng carton đóng dính chắc chắn bề mặt thùng. Tác giả lập bảng theo dõi năng suất dán nhãn thực tế tính theo số chai hoàn thành trong từng phút, chứng minh hệ thống vận hành ổn định và đạt chỉ tiêu thiết kế.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết toàn diện các mục tiêu nghiên cứu đã đạt được so với nhiệm vụ được giao; ghi nhận các kinh nghiệm thực tế thu được trong việc thiết kế cơ điện tử, lập trình PLC và Motion Control. Đồng thời, tác giả thẳng thắn chỉ ra những điểm hạn chế về kết cấu cơ khí, độ trễ cảm biến, giới hạn quy cách thùng chứa và đề xuất các giải pháp phát triển kỹ thuật trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế, gia công chế tạo và vận hành mô hình thực nghiệm với các kết quả cụ thể:

Kết quả định lượng và định tính

• Khâu dán nhãn: Hệ thống dán nhãn tự động vận hành trơn tru ở tư thế chai đứng, nhãn bóc tách dán phẳng đều, không bị rách, nhăn hay lệch góc. Thử nghiệm thực tế thành công trên nhiều mẫu sản phẩm: chai thủy tinh dung tích 100ml, 150ml, 250ml và chai nhựa dung tích 150ml. Tốc độ dán nhãn thực nghiệm được kiểm chứng đạt trên 400 sản phẩm/giờ, hoàn thành đúng chỉ tiêu kỹ thuật đã đăng ký.
• Khâu phân loại và đóng gói: Cơ cấu chặn và đẩy hoạt động chuẩn xác, đẩy đồng thời 2 chai trong mỗi chu kỳ tích lũy; cụm tay gắp khí nén gắp đủ 8 chai đặt chính xác vào lòng thùng carton kích thước 20 × 11 cm.
• Khâu dán thùng: Cơ cấu dán băng keo hoàn tất việc miết dán niêm phong bề mặt thùng carton, đường dán phẳng, độ bám dính chắc chắn.
• Hệ thống điều khiển: Tủ điện lắp đặt chuẩn chỉ, dây dẫn đi máng gọn gàng; chương trình TIA Portal điều khiển ổn định; giao diện WinCC cung cấp đầy đủ chức năng giám sát vận hành, chuyển chế độ AUTO/MANU và cảnh báo Alarm tin cậy.

Đóng góp cải tiến so với các công trình trước

So sánh với các đề tài nghiên cứu về hệ thống dán nhãn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh:

• Khắc phục nhược điểm của đề tài Phạm Châu Lâm, Nguyễn Văn Phẩm, Nguyễn Tâm: Cơ cấu dán nhãn của hệ thống mới đã cho phép căn chỉnh linh hoạt, xử lý thành công nhiều cỡ chai tròn có dung tích từ 100ml đến 250ml thay vì chỉ dán được một kích cỡ cố định.
• Khắc phục triệt để tồn tại của đề tài Nguyễn Hữu Hoàng, Bùi Ngọc Thạch, Nguyễn Khoa Chương: Chuyển đổi từ dán nhãn nằm ngang sang dán nhãn đứng kết hợp cơ cấu xoay ma sát kẹp chặt, triệt tiêu hiện tượng rung lắc cơ khí, giúp nhãn dán phẳng và chính xác. Phần dây dẫn điện được quy hoạch gọn gàng trong máng và tủ điện công nghiệp thay vì đấu nối rời rạc.
• Mở rộng quy mô công nghệ: Không dừng lại ở khâu dán nhãn độc lập, đồ án đã tích hợp đồng bộ thành một dây chuyền tự động khép kín bao gồm: dán nhãn $\rightarrow$ kiểm tra chất lượng bằng cảm biến màu $\rightarrow$ đẩy tích lũy 2 chai $\rightarrow$ gắp đồng thời 8 chai đóng vào thùng carton $\rightarrow$ dán băng keo niêm phong thùng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi thực nghiệm và quá trình vận hành mô hình, tác giả nêu rõ các hạn chế tồn tại:

• Tính linh hoạt của đối tượng sản phẩm: Hệ thống chỉ mới tối ưu cho các dòng chai thân tròn dung tích nhỏ và trung bình (từ 100ml đến 250ml), chưa thể dán nhãn cho các loại bình thể tích lớn (bình 5 lít) hoặc các mẫu chai có biên dạng tiết diện phức tạp (vuông, tam giác, dẹp).
• Khâu bao bì thùng carton: Cơ cấu gắp chai và bàn dán keo chỉ mới đáp ứng cho một kích thước thùng carton cố định (20 × 11 cm chứa cụm 8 chai); chưa có cơ cấu tự động căn chỉnh khoảng cách để tương thích với các quy cách thùng lớn hơn (như thùng 12 chai hoặc 24 chai).
• Khâu gấp nắp thùng: Chưa tích hợp cơ cấu gập tự động 4 cạnh nắp thùng carton bằng piston khí nén độc lập (như nguyên lý của máy công nghiệp FXJ-5050Z) mà vẫn cần hỗ trợ định vị nắp trước khi qua đầu miết băng keo.
• Tốc độ xử lý: Ở chu kỳ vận hành tốc độ cao, độ trễ tín hiệu phản hồi của cảm biến sợi quang và cảm biến màu cần được lọc nhiễu và căn chỉnh thuật toán tối ưu hơn nữa để loại bỏ hoàn toàn khả năng sót nhãn.

Các hướng phát triển kỹ thuật được đề xuất bao gồm:

1. Nghiên cứu cải tiến cơ cấu cơ khí và đồ gá để mở rộng chức năng dán nhãn cho các biên dạng chai vuông, chai dẹp và chai có độ côn.
2. Tích hợp cơ cấu gấp nắp thùng carton tự động hoàn toàn bằng hệ thống piston khí nén trước khi đưa vào cụm dán băng dính.
3. Nâng cấp tay gắp chai thành dạng cơ cấu cánh tay robot công nghiệp (robot Scara hoặc Delta) để tăng tính linh hoạt và lập trình được nhiều ma trận xếp chai khác nhau vào thùng.
4. Mở rộng dây chuyền về phía thượng nguồn bằng việc tích hợp thêm module cấp phôi chai, chiết rót định lượng dung dịch và siết đóng nắp chai tự động.
5. Ứng dụng hệ thống camera xử lý ảnh công nghiệp (Machine Vision) thay cho cảm biến màu quang học để kiểm tra đa tiêu chí: phát hiện lệch góc dán, bọt khí, nếp nhăn và kiểm tra lỗi in ký mã hiệu trên nhãn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị ứng dụng cao đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện – Điện tử thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học hoặc các dự án nghiên cứu về ứng dụng PLC Siemens trong công nghiệp.
• Cán bộ kỹ thuật và sinh viên cần tài liệu tham khảo chi tiết về:
  • Bản vẽ cơ khí 3D cụm dán nhãn và cụm gắp chai được thiết kế chi tiết trên SolidWorks (Chương 3).
  • Sơ đồ thiết kế tủ điện điều khiển công nghiệp, sơ đồ nối dây thiết bị trên EPLAN (Chương 3 và Chương 4).
  • Phương pháp điều khiển phát xung tốc độ cao PTO (Motion Control) của PLC S7-1200 kết hợp Driver vi bước HBS57 điều khiển động cơ bước (Chương 2 và Chương 3).
  • Thiết kế giao diện SCADA vận hành hai chế độ AUTO/MANU và quản lý cảnh báo Alarm trên phần mềm WinCC (Chương 4 và Chương 5).
• Các cơ sở sản xuất, doanh nghiệp chế tạo vừa và nhỏ hoạt động trong lĩnh vực đồ uống, thực phẩm, dược phẩm muốn chế tạo hoặc cải tiến máy dán nhãn chai tròn và đóng gói thùng carton với chi phí đầu tư hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm nào và phát xung điều khiển động cơ dán nhãn bằng phương thức gì?

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC kết hợp module mở rộng ngõ vào/ra 6ES7223-1PH32-0XB0. Động cơ dán nhãn là loại Hybrid Stepper 57HSE2 được điều khiển qua Driver HBS57 bằng phương thức phát xung tốc độ cao PTO (Pulse Train Output) kết hợp chân định hướng (Direction) tích hợp sẵn trên CPU của S7-1200, áp dụng chế độ điều khiển vi bước (Microstepping).

Cơ cấu gắp và cơ cấu đẩy chai trong mô hình có khả năng xử lý bao nhiêu sản phẩm trong một chu kỳ?

Cơ cấu đẩy chai tại vị trí đầu ra của băng chuyền dán nhãn được thiết kế để chặn và đẩy đồng thời 2 chai trong một lần tác động. Cơ cấu tay gắp khí nén có khả năng kẹp giữ và nâng hạ cùng lúc 8 chai (tương ứng với 4 lần đẩy) để đưa toàn bộ vào thùng carton trong một chu kỳ đóng gói.

Tác giả sử dụng các loại cảm biến nào để phát hiện mép nhãn và kiểm tra chất lượng sản phẩm sau dán?

Để nhận diện mép nhãn bóc tách, tác giả sử dụng một cảm biến sợi quang chuyên dụng bố trí tại đường dẫn cuộn nhãn nhằm phát hiện chính xác rãnh hở giữa hai nhãn decal liên tiếp để ngắt phát xung động cơ bước. Để kiểm tra chất lượng sản phẩm sau khi dán nhãn, hệ thống sử dụng cảm biến màu Panasonic LX-101 để xác thực sự hiện diện của nhãn trên thân chai trước khi chuyển sang khâu đóng thùng.

Năng suất thực tế của mô hình đạt bao nhiêu và đã dán thành công trên các kích thước chai nào?

Hệ thống đạt năng suất thực tế trên 400 sản phẩm/giờ theo đúng mục tiêu thiết kế ban đầu. Trong quá trình đánh giá thực nghiệm tại Chương 5, mô hình đã dán nhãn thành công, ổn định trên chai thủy tinh và chai nhựa dung tích 150ml, chai thủy tinh 250ml và chai thủy tinh 100ml.

Hệ thống vận hành theo những chế độ nào và xử lý tình huống khẩn cấp ra sao?

Hệ thống có hai chế độ hoạt động chính: chế độ tự động (AUTO) cho phép dây chuyền vận hành liên tục từ khâu cấp chai, dán nhãn, kiểm tra màu, gom 8 chai, gắp vào thùng đến dán băng keo; và chế độ thủ công (MANU) cho phép kỹ sư vận hành đóng/ngắt độc lập từng động cơ, xy lanh qua các công tắc ON/OFF để căn chỉnh. Khi xảy ra sự cố kỹ thuật, đèn tháp báo động sẽ bật sáng và người vận hành có thể ngắt toàn bộ hệ thống ngay lập tức bằng nút dừng khẩn cấp EMERGENCY.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, thi công mô hình hệ thống dán nhãn chai tròn và đóng thùng tự động" của sinh viên Thái Văn Quốc Thịnh và Đặng Hoàng Thắng đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa tích hợp hai công đoạn trọng yếu trong dây chuyền sản xuất nước đóng chai. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa cơ cấu cơ khí dán nhãn đứng chống rung lắc, hệ thống khí nén đóng thùng và bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C điều khiển phát xung PTO, mô hình đạt năng suất trên 400 sản phẩm/giờ và dán nhãn chính xác trên nhiều mẫu chai dung tích từ 100ml đến 250ml. Hệ thống còn được quản lý trực quan qua giao diện SCADA WinCC với hai chế độ AUTO/MANU và cảnh báo Alarm chuyên nghiệp. Công trình không chỉ khắc phục triệt để các hạn chế của những nghiên cứu khóa trước mà còn là nguồn tài liệu tham khảo giàu giá trị thực tiễn cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề cho đề tài nghiên cứu, nêu rõ mục tiêu, phạm vi và phương pháp nghiên cứu cũng như các nội dung chính của đề tài. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này sẽ cung cấp cơ sở lý thuyết liên quan đến hệ thống dán nhãn, hệ thống đóng thùng, lý thuyết về PLC và các thiết bị được sử dụng trong hệ thống. - Chương 3: Thiết kế và thi công + Chương này tập trung vào tính toán và thiết kế các thiết bị trong mô hình để đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. + Mô tả cách thức hoạt động của các khâu vận hành và sự liên kết giữa các thiết bị.

+ Thiết kế chương trình điều khiển và lưu đồ giải thuật cho hệ thống. - Chương 4: Thi công hệ thống + Dựa trên các tính toán và thiết kế, nhóm bắt đầu thi công mô hình, bao gồm phần cơ khí và lắp ráp kết nối các thiết bị. + Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển cho người sử dụng. - Chương 5: Kết quả thực hiện + Trình bày kết quả sau khi hoàn thiện các cụm cơ khí, phần điện và giao diện giám sát của hệ thống.

+ Phân tích và so sánh kết quả đạt được với mục tiêu đã đề ra ban đầu. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển + Đưa ra những kết luận sau quá trình nghiên cứu đề tài. + Nêu ra những hạn chế của đề tài và đề xuất hướng phát triển trong tương lai 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.Tổng quan về hệ thống dán nhãn 2. Giới thiệu về hệ thống dán nhãn chai tự động Máy dán nhãn chai tự động là một sáng chế quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất hiện đại.

Đặc biệt, đối với các sản phẩm đóng chai, việc sử dụng máy dán nhãn trở thành một bước cần thiết và không thể thiếu trong quy trình sản xuất của nhiều ngành công nghiệp. Máy dán nhãn chai được hiểu đơn giản là thiết bị dùng để dán nhãn lên bề mặt các loại chai lọ có nhiều chất liệu và kích thước khác nhau, bao gồm chai tròn, chai vuông, và các hình dạng khác. Máy hoạt động tự động và có thể tích hợp vào dây chuyền sản xuất để tạo ra một quy trình đồng bộ, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm chi phí nhân công. Máy dán nhãn chai hoạt động theo các chế độ được lập trình sẵn, bắt đầu làm việc khi sản phẩm được đưa vào hệ thống.

Sản phẩm sẽ di chuyển qua băng tải, dán nhãn và sau đó được đưa ra ngoài. Máy dán nhãn chai tròn tự động sử dụng bộ điều khiển PLC, giúp quá trình dán nhãn diễn ra nhanh chóng, chính xác và dễ dàng điều chỉnh. Máy dán nhãn chai tròn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, nước hoa, rượu và ngành công nghiệp giải khát, góp phần tạo ra các sản phẩm có bao bì đẹp mắt và chất lượng cao [9]. Một số máy dán nhãn chai tự động hiện nay 2.

Cơ chế dán nhãn chai nằm ngang Hình 2. Cơ chế dán nhãn chai nằm ngang 6 - Nguyên lý hoạt động: Chai được đặt nằm ngang trên các con lăn quay. Khi con lăn quay, chai sẽ di chuyển đến vị trí cuộn cấp nhãn. Tại đây, con lăn chống trượt giữ chặt chai trong khi nhãn được ép dán lên bề mặt chai thông qua con lăn trên băng ma sát.

- Ưu điểm: + Chai tự động xoay trên băng tải giúp việc dán nhãn trở nên hiệu quả hơn. + Hoạt động đơn giản và dễ sử dụng. + Thích hợp cho việc dán nhãn các vật tròn có kích thước nhỏ. - Nhược điểm: + Chỉ dán được nhãn cho chai tròn.

+ Phù hợp chủ yếu với băng tải con lăn. Cơ chế máy dán nhãn đứng Hình 2. Cơ chế dán nhãn chai đứng - Nguyên lý hoạt động: Đặt chai theo phương thẳng đứng lên băng tải. Băng tải quay và chuyển chai đến bộ phận cấp nhãn.

Tại đây, nhãn sẽ được dán lên chai bằng cách sử dụng băng tải ma sát kết hợp với tấm ép. - Ưu điểm + Có khả năng dán nhãn cho cả chai tròn và chai vuông, phù hợp với nhiều kích cỡ khác nhau. + Hoạt động đơn giản và dễ thao tác. + Tương thích với nhiều loại băng tải khác nhau.

7 - Nhược điểm + Chai dễ rung lắc và có nguy cơ rơi ra khỏi hệ thống nếu không có biện pháp bảo vệ. Dựa trên các ưu điểm và nhược điểm của hai cơ cấu, nhóm quyết định chọn cơ cấu dán nhãn chai thẳng đứng để thực hiện tính toán và thiết kế hệ thống. Các phương pháp dán nhãn phổ biến Hiện nay, có nhiều kiểu máy dán nhãn phổ biến, bao gồm: máy dùng băng ma sát, máy sử dụng con lăn di động, và máy với cơ cấu kẹp thủy lực. Máy dán nhãn dùng con lăn di động Hình 2.

Máy dán nhãn sử dụng con lăn di động - Cơ cấu này gồm: + Mâm cấp chai 1 + Con lăn dẫn hướng 5 + Băng tải 2 + Cuộn nhãn ra 6 + Con lăn cố định 3 + Lò xo 7 + Con lăn di động 4 + Cuộn nhãn vào 8 + Đôi bánh ma sát 9 - Nguyên lý hoạt động: Chai được đưa vào hệ thống thông qua mâm cấp chai, sau đó chuyển qua băng tải và đi qua khe hở giữa con lăn di động và con lăn cố định. Nhãn được cấp liên tục và dẫn động bởi cặp bánh ma sát. Dưới tác động của băng tải, lực ép của lò xo và con lăn di động, nhãn sẽ được dán lên chai. 8 - Ưu điểm: Cấu tạo của máy dán nhãn có chứa con lăn di dộng.

Máy thường dễ sử dụng hơn nữa phù hợp với nhiều mặt hàng kinh doanh khác nhau. Cấu tạo đơn giản, dễ điều chỉnh. - Nhược điểm: Độ chính xác khi dán thấp, nhãn dễ bung ra sau khi dán. Cần sử dụng nhãn có keo hai mặt, làm tăng chi phí và gây khó khăn trong việc giữ vệ sinh sau khi dán 2.

Máy dán nhãn dùng cơ cấu kẹp thủy lực Hình 2. Máy dán nhãn sử dụng cơ cấu kẹp thủy lực + Băng tải 1 + Thanh tách nhãn 5 + Cuộn nhãn vào 2 + Con lăn điều hướng 6,7 + Cuộn nhãn ra 3 + Con lăn ma sát nhỏ 8 + Cảm biến quang 4 + Xy lanh đẩy 9 + Con lăn ma sát lớn 10 Nguyên lý hoạt động: Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột, Chai từ cơ cấu cấp phôi được vận chuyển trên băng tải đến gặp cảm biến quang, cảm biến phát hiện điều chỉnh động cơ bước quay cuộn thu cuộn nhãn đã được lập trình sẵn, đồng thời điều khiển xy lanh kẹp chai để nhãn có thể được dán lên chai một cách thẩm mỹ và chính xác. - Ưu điểm: Độ chính xác và năng suất cao. - Nhược điểm: Máy móc phức tạp và khó chế tạo.

Máy dán nhãn bằng ma sát Hình 2. Máy dán nhãn sử dụng cơ cấu ma sát - Cơ cấu của máy: + Mâm cấp chai 1 + Cuộn nhãn ra 5 + Băng tải 2 + Băng ma sát 6 + Cảm biến phát hiện chai 3 + Băng cao su 7 + Cuộn nhãn vào 4 - Nguyên lý hoạt động: Nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột, Chai từ cơ cấu cấp phôi được vận chuyển trên băng tải đến vị trí cảm biến quang. Khi cảm biến phát hiện chai, động cơ bước sẽ quay cuộn nhãn theo lập trình sẵn, dán nhãn lên chai. Chai có nhãn sẽ tiếp tục di chuyển theo băng chuyền vào cơ cấu băng ma sát, nơi chai được lăn không trượt nhờ băng ma sát và băng cao su.

Sau đó, chai sẽ tiếp tục di chuyển trên băng tải và ra ngoài. - Ưu điểm : năng suất cao, cơ cấu đơn giản, đạt độ chính xác cao. - Nhược điểm: Chi phí ban đầu cao do yêu cầu các cơ cấu chính xác. Qua những phân tích cũng như các ưu, nhược điểm của từng loại máy dán nhãn trên, nhóm đã quyết định chọn phương án máy dán nhãn chai dùng cơ cấu kẹp thủy lực.Tổng quan về hệ thống dán thùng carton 2.

Tìm hiểu chung về máy dán thùng carton Trong bối cảnh kinh tế hiện nay, cả thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đều đang phát triển không ngừng. Đời sống con người ngày càng được nâng cao, yêu 10 cầu về hàng hóa không chỉ đòi hỏi chất lượng cao, số lượng lớn, và tốc độ sản xuất nhanh mà còn cần tính thẩm mỹ. Do đó, việc bao bì và đóng gói hàng hóa trở nên vô cùng cần thiết. Các sản phẩm sau khi được đóng gói và bao bì sẽ được đóng thành từng kiện, mỗi kiện chứa nhiều gói tùy thuộc vào kích thước.

Những kiện hàng này thường làm từ chất liệu như gỗ hoặc giấy, trong đó giấy là chất liệu chủ yếu. Việc đóng thùng sản phẩm thành các kiện giúp bảo quản tốt hơn và làm cho việc kiểm tra, vận chuyển trở nên đơn giản hơn. Để đáp ứng yêu cầu này, nhiều loại máy móc và thiết bị đã được phát triển. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại máy dán và đóng gói thùng carton với kích thước và phương thức hoạt động đa dạng.

Tuy nhiên, phần lớn các loại máy này vẫn là bán tự động, yêu cầu công nhân xếp thùng carton trước khi đưa vào máy để đóng hoặc dán lại. Các loại máy có mặt ở thị trường Việt Nam Hiện nay, thị trường Việt Nam có sự xuất hiện của nhiều loại máy dán keo thùng carton, bao gồm cả máy tự động và bán tự động, từ nhiều nhà sản xuất trên thế giới như MYKIO (Nhật Bản), WELLPACK (Đài Loan), và DINGYE (Trung Quốc). ❖ Máy dán thùng carton FXJ 5050 Hình 2. Máy dán thùng carton FXJ 5050[6] 11 - Máy dán thùng carton FXJ 5050 có khả năng dán thùng lên đến kích thước 50x50 cm và tương thích với nhiều loại thùng sử dụng băng dính có bản rộng từ 48mm đến 75mm.

- Với dây belt kéo hông, máy có thể kéo tải nặng một cách ổn định. Hệ thống điều chỉnh bằng tay quay giúp dễ dàng thao tác với nhiều kích cỡ thùng khác nhau. - Máy FXJ 5050 được sản xuất theo công nghệ tiên tiến của Nhật Bản, đạt tiêu chuẩn CE, nổi bật với độ bền cao, tuổi thọ lâu dài, và khả năng dán băng keo nhanh chóng, chính xác. Đây là dòng máy rất được ưa chuộng trên thị trường.

- Thông số kỹ thuật: Mã sản phẩm FXJ-5050 Điện áp 220V – 50Hz Công suất motor 0.