Đồ án: Thiết kế máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động dùng PLC S7-1200

Đồ án tốt nghiệp thiết kế mô hình máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động sử dụng PLC S7-1200, trình bày chi tiết phần cứng và lập trình điều khiển.

• Tác giả: Nguyễn Thành Dư
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ Đàm Xuân Đông
• Trường học: Trường Đại Học Điện Lực
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế mô hình máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động sử dụng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Hình Máy Dán Nhãn Phẳng Tự Động

Mô hình máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động sử dụng PLC S7-1200 là một giải pháp hiện đại cho ngành công nghiệp sản xuất. Hệ thống này được thiết kế để dán nhãn sản phẩm một cách chính xác, nhanh chóng và hàng loạt, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các công ty và nhà máy. Trong bối cảnh thị trường hiện nay, các sản phẩm không chỉ cần dán tem quảng cáo mà còn phải cung cấp thông tin chính xác cho người tiêu dùng. Máy dán nhãn tự động PLC S7-1200 giúp thể hiện sự chuyên nghiệp trong sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng hiệu suất lao động. Đây là công nghệ tiên tiến kết hợp giữa điều khiển tự động và các thiết bị cơ khí hiện đại.

1.1. Khái Niệm Và Ứng Dụng Thực Tế

Máy dán nhãn phẳng tự động là thiết bị được lập trình thông qua PLC S7-1200 để tự động thực hiện quy trình dán nhãn. Ứng dụng chính bao gồm dán nhãn trên các sản phẩm tiêu dùng, hộp đóng gói, chai lọ và các bề mặt phẳng khác. Hệ thống này không chỉ dán nhãn mà còn có khả năng dập nắp tự động, tích hợp nhiều chức năng trong một máy. Đây là giải pháp toàn diện cho các dây chuyền sản xuất hiện đại.

1.2. Lợi Ích Của Hệ Thống Tự Động Hóa

Sử dụng PLC S7-1200 điều khiển máy dán nhãn mang lại nhiều lợi ích vượt trội: tăng tốc độ sản xuất, giảm lỗi do con người, nâng cao chất lượng sản phẩm, và tiết kiệm chi phí lao động. Máy tự động có thể hoạt động liên tục, đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng với các loại nhãn khác nhau. Hệ thống đơn giản, dễ bảo trì và có thể nâng cấp trong tương lai.

II. Thiết Kế Phần Cứng Của Hệ Thống

Phần cứng của mô hình máy dán nhãn phẫng tự động PLC S7-1200 bao gồm nhiều thành phần chính. PLC S7-1200 là bộ xử lý trung tâm, đảm nhận toàn bộ logic điều khiển và quản lý quy trình sản xuất. Hệ thống được bổ sung bởi các cảm biến vị trí để phát hiện vị trí sản phẩm, cảm biến gần để xác định sự hiện diện của vật thể. Các động cơ điều khiển đơn vị dán nhãn và dập nắp, được điều chỉnh tốc độ thông qua biến tần. Các bộ phận cơ khí bao gồm băng tải, khung định vị sản phẩm, đầu dán nhãn chính xác cao và cơ cấu dập nắp. Toàn bộ hệ thống được thiết kế để hoạt động đồng bộ, chính xác và an toàn.

2.1. Các Thành Phần Chính Của PLC S7 1200

PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình compact, mạnh mẽ và linh hoạt. Nó tích hợp CPU xử lý nhanh, bộ nhớ lớn để lưu trữ chương trình điều khiển phức tạp. Các cấu hình I/O (đầu vào/đầu ra) cho phép kết nối với các cảm biến và actuator. Hệ thống có giao diện truyền thông (Ethernet, PROFIBUS) giúp tích hợp với các thiết bị khác trong dây chuyền sản xuất tự động.

2.2. Các Cảm Biến Và Thiết Bị Điều Khiển

Cảm biến cảm ứng phát hiện vị trí chính xác của sản phẩm trên băng tải. Cảm biến ánh sáng xác định vị trí nhãn trước khi dán. Biến tần điều khiển tốc độ motor của bánh xe dẫn động và cơ cấu dập nắp. Nút điều khiển và công tắc khôi động cho phép vận hành thủ công khi cần thiết. Tất cả các phần tử này được lập trình trong PLC S7-1200 để hoạt động hài hòa và đáng tin cậy.

III. Thiết Kế Phần Mềm Và Lập Trình PLC S7 1200

Phần mềm của mô hình máy dán nhãn tự động được viết bằng ngôn ngữ STEP 7 trong môi trường TIA Portal. Chương trình điều khiển thực hiện các chức năng chính: kiểm soát vị trí sản phẩm, đồng bộ hóa các chuyển động, quản lý tốc độ dán nhãn và dập nắp. Logic điều khiển được chia thành các khối chức năng (Function Block) để dễ bảo trì và mở rộng. Hệ thống có các chế độ hoạt động: tự động, bán tự động và thủ công. Công cụ lập trình PLC cho phép tạo các timer để điều chỉnh thời gian chặn sản phẩm, thời gian dán nhãn và thời gian dập nắp. Chương trình cũng bao gồm các cơ chế báo động và xử lý sự cố để đảm bảo an toàn trong vận hành.

3.1. Ngôn Ngữ Lập Trình Và Công Cụ Phát Triển

STEP 7 là ngôn ngữ chuẩn công nghiệp cho lập trình PLC S7-1200. TIA Portal cung cấp giao diện tích hợp cho lập trình, mô phỏng và gỡ rối. Sơ đồ thang (Ladder Diagram) giúp trực quan hóa logic điều khiển. Các Function Block tái sử dụng được cho các chức năng lặp lại. Công cụ này cho phép nhà phát triển tạo ra các chương trình an toàn, hiệu quả và dễ hiểu.

3.2. Các Chức Năng Chính Của Chương Trình Điều Khiển

Chương trình chính điều khiển toàn bộ quy trình dán nhãn từ phát hiện sản phẩm đến hoàn tất dập nắp. Các timer quản lý khoảng thời gian dừng sản phẩm ở từng vị trí. Logic so sánh xác định loại sản phẩm và nhãn tương ứng. Các lệnh điều khiển motor điều chỉnh tốc độ và hướng quay. Hệ thống cảnh báo thông báo lỗi như hết nhãn hoặc sản phẩm bị kẹt.

IV. Ứng Dụng Và Triển Vọng Phát Triển Trong Tương Lai

Mô hình máy dán nhãn phẳng và dập nắp tự động sử dụng PLC S7-1200 có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Từ sản xuất thực phẩm, dược phẩm, đến mỹ phẩm và điện tử, hệ thống này đều có thể áp dụng. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm nâng cấp độ chính xác cao hơn thông qua cảm biến vision, tích hợp hệ thống IoT để theo dõi và quản lý từ xa, sử dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quy trình. Hệ thống có thể mở rộng để xử lý đa dạng hình dạng sản phẩm và nhãn. Đó cũng là động lực để các nhà máy và công ty nâng cấp công nghệ sản xuất, tăng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

4.1. Ứng Dụng Hiện Tại Trong Các Ngành Công Nghiệp

Máy dán nhãn tự động PLC S7-1200 được áp dụng rộng rãi trong ngành sản xuất thực phẩm để dán nhãn các sản phẩm như chai nước, hộp sữa. Ngành dược phẩm sử dụng để dán nhãn lô thuốc với yêu cầu truy xuất cao. Mỹ phẩm dùng dán nhãn các chai mỹ phẩm với thiết kế đẹp mắt. Ngành điện tử áp dụng để dán nhãn và dập nắp các linh kiện. Hiệu suất tăng lên từ 200-500% so với dán nhãn thủ công.

4.2. Hướng Phát Triển Và Cải Tiến Trong Tương Lai

Nâng cấp công nghệ sử dụng camera và xử lý hình ảnh để nhận dạng vị trí chính xác. Tích hợp 5G và cloud computing cho quản lý sản xuất từ xa. Kết hợp robot xử lý các sản phẩm phức tạp. Sử dụng blockchain để truy xuất nguồn gốc sản phẩm. Tối ưu năng lượng với motor tiết kiệm điện. Những cải tiến này sẽ giúp máy dán nhãn tương lai đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp 4.0.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY DÁN NHÃN TỰ ĐỘNG 1. Tổng quan về máy dán nhãn tự động Máy dán nhãn tự động là loại máy được dùng để dán nhãn chai cho những chai, lọ, bao bì sản phẩm của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Được sản xuất dựa trên dây chuyền công nghệ hiện đại máy dán nhãn tự động đã đem lại hiệu suất cũng công việc cũng như chất lượng sản phẩm tốt nhất với những bao bì được dán nhãn một cách hoàn hảo, không bị gấp, nhăn hay bong tróc trong quá trình dán nhãn, tăng lên giá trị thẩm mỹ cho từng loại sản phẩm.

Máy dán nhãn chai tự động có thiết kế rất dễ sử dụng, không cần quá nhiều thao tác để vận hành máy, tùy vào mục đích của nơi sử dụng, giúp cho chúng ta giảm được chi phí nhân công trực tiếp, từ đó nâng cao được năng suất sản xuất. Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng tới từng nhu cầu dán nhãn chai khác nhau. Do đó rút ngắn được khoảng thời gian phụ và chuẩn bị khởi động máy. Bất cứ lúc nào cũng có thể bắt đầu tiến hành vận hành với chương trình sẵn có hoặc chuyển đổi sang chương trình khác.

Máy có thiết kế khá nhỏ gọn, trọng lượng máy khoảng từ 50 – 60 kg, dễ dàng vận chuyển máy từ nơi này sang nơi khác, thích hợp với những nơi có không gian làm việc giới hạn như nhà dân hoặc các xưởng sản xuất nhỏ lẻ. Bên cạnh đó máy khá dễ tháo lắp, tra mỡ, dầu cho các cơ cấu vận hành được trơn tru, hiệu quả trong quá trình hoạt động. Máy dán nhãn tự động sẽ không bao giờ bị lỗi thời so với ngành sản xuất, vì những tính năng nổi trội và phù hợp với công đoạn đóng gói và dán nhãn vào sản phẩm : + Có khả năng hút túi và dán nhãn trên túi. + In nhiệt tốt + Dán nhãn tự động trên dây xích băng truyền hay trên băng tải.

Với ưu điểm góc quay chính xác của động cơ bước do đó sản phẩm sẽ được bắn ra ở một vị trí cực kỳ chuẩn và không để lại nếp nhăn của nhãn trên bề mặt sản phẩm. Chế độ tách nhãn linh động và khoảng cách giới hạn bề rộng nhãn lớn giúp thao tác thay đổi các cuộn nhãn có nhiều kích thước khác nhau một cách dễ dàng. Tìm hiểu số loại máy dán đề can trên thị trường 1. Máy dán nhãn chai tròn tự động NTMD001 Hình 1.

1: Máy dán nhãn chai tròn NTMD001 Thông số kỹ thuật: - Sản phẩm phù hợp: bình dạng tròn - Kích thước bình (mm): 90-200 Cao: 30-80mm (có thể lớn hơn) - Kích thước nhãn (mm): dài 40-530mm Cao: 30-110mm (có thể lớn hơn) - Tốc độ dán nhãn (tùy thuộc vào kích thước chai và nhãn) (cái/phút): 0-80 - Sai lệch nhãn: ± 1.5mm - Nguồn điện: 380V, 50Hz, 2.1Kw - Trọng lượng: 500Kg - Kích thước máy: 2400*1500*1200mm 4 1. Máy dán nhãn chai tròn tự động CH-150 Hình 1. 2: Máy dán nhãn chai tròn CH-150 Thông số kỹ thuật: - Sản phẩm phù hợp: Bình dạng tròn - Kích thước áp dụng: + Chiều dài : 40-400 mm + Chiều rộng : 40-200 mm + Chiều dày : 0.2-150 mm - Sai số: ± 1mm - Tốc độ: 50-200pcs / phút - Trọng lượng: 180kg - Điện áp: 220V/50Hz - Công suất: 950W - Kích thước máy: 1600 * 780 * 1400mm Máy dán nhãn chai tròn là dòng máy bán tự động dùng để dán nhãn giấy lên các loại chai tròn thành các nhãn dán. Máy dán nhãn bán tự động này đã và đang được doanh nghiệp vừa và nhỏ sử dụng để dán nhãn chai tròn các loại.

Đặc biệt, có thể thay đổi kết 5 cấu máy để dán nhãn lên thân chai và cổ chai cùng một lúc. Kích thước cổ chai không cần điều chỉnh. Máy dán nhãn chuyên dùng để dán các cuộn nhãn giấy hoặc decal tự dính. Và các loại lá nhôm kim loại lên các sản phẩm cần dán nhãn như hộp, lọ, lon, chai,… Các sản phẩm trong ngành mỹ phẩm, đồ uống, hóa chất, y tế, công nghệ thực phẩm,… Đây là sản phẩm không thể thiếu trong công nghiệp đóng gói.

Thiết bị có thể cải thiện hiệu quả dán nhãn sản phẩm với vị trí được dán chính xác. Thành phẩm đạt chất lượng tốt và độ ổn định cao. Máy dán nhãn chai tròn tự động LABEL -795V - Tốc độ dán nhãn: 60 cái/phút - Sai số dán nhãn: ± 1mm - Độ rộng nhãn lớn nhất: Nhãn cổ: 125mm; nhãn thân: 190mm - Kích thước chai dán nhãn: Độ dày: ≥30mm; Độ cao: ≤500mm - Đường kính lõi nhãn: ∅76.2mm - Đường kính lớn nhất cuộn nhãn: MaxΦ330mm - Kích thước máy: L4140*W1200*H1800（mm） - Trọng lượng máy: 650kg - Nguồn điện: 380V 50Hz 4000W 6 1. Một số loại máy dán nhãn chai tự động khác Hình 1.

3: Máy dán nhãn chai tròn LA800 Hình 1. 4: Máy dán nhãn chai tròn ADP-490S 7 1. Nhu cầu và ứng dụng của máy đề can tự động 1. Nhu cầu trong nghành sản xuất thực phẩm Xã hội ngày càng phát triển đời sống người dân ngày càng được nâng cao.

Do đó, nhu cầu ăn uống của người dân cũng được nâng cao. Chính vì vậy mà những năm gần đây các loại nước ngọt, nước giải khát đóng chai (Cocacola, Pepsi, Trà xanh 0°, nước ép trái cây đóng chai. ), các loại nước uống có cồn ( chai bia, chai rượu…), các loại thực phẩm đóng chai ( nước mắm, chai tương .) phục vụ cho người dân rất đa dạng và được bán rộng khắp trên cả nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc chọn lựa, đa dạng cả về mẫu mã lẫn chất lượng. 5: Một sản phẩm được dán nhãn 8 1.

Nhu cầu trong nghành sản xuất dược phẩm Hình 1. 6: Một sản phẩm chai thuốc được dán nhãn Nhãn dược phẩm, y tế rất quan trọng với mỗi sản phẩm của các hãng dược phẩm vì nó có thể bao gồm nhiều ngôn ngữ, liều lượng, hướng dẫn sử dụng, thành phần chế tạo, nhà sản xuất, nơi sản xuất, hạn sử dụng, một số cảnh báo và nhiều hơn nữa mà không cần thêm những thứ khác để hướng dẫn… 1. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp Ngoài ra công việc dán nhãn sản phẩm vào chai là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc dán nhãn sản phẩm chai tròn là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn.

Ngày nay việc dán nhãn sản phẩm chai tròn có tầm quan trọng việc quết định đến tính thẩm mỹ , thông qua đó nói lên chất lượng sán phẩm … giúp việc nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. 9 Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn. Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.

Dán nhãn sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi đến tính tỷ mỹ ,sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống dán nhãn chai tự động ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.

Hiện nay trong công nghiệp việc dán nhãn sản phẩm chai tròn là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tính thẩm mỹ, mẫu mã, số lượng cũng như đảm bảo độ đồng đều của sản phẩm. Việc dán nhãn sản phẩm chai tròn bằng thủ công sẽ làm cho năng suất, độ chính xác không cao vì các yếu tố chủ quan. Trên thực tế có rất nhiều hệ thống dán nhãn sản phẩm chai theo từng yêu cầu cụ thể, khác nhau. Hệ thống này có mặt trong hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động.

Ngoài ra công việc dán nhãn sản phẩm vào chai là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tránh được sự nhàm chán trong công việc. Công việc dán nhãn sản phẩm chai tròn là một công việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay việc dán nhãn sản phẩm chai tròn có tầm quan trọng việc quết định đến tính thẩm mỹ , thông qua đó nói lên chất lượng sán phẩm … giúp việc nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã 10 cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.

Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng. Dán nhãn sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi đến tính tỷ mỹ ,sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.