Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của các ngành khoa học kỹ thuật mà trong đó điều khiển tự động đã và đang đóng một vai trò quan trọng ở mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, các dây chuyền sản xuất,…Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng ngành điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động ở Việt Nam nói riêng. Tự động hóa đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. Trong xã hội hiện đại ngày nay, nhu cầu ăn uống của người dân ngày càng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như mẫu mã. Các ngành công nghiệp thực phẩm đóng gói, nước uống đóng chai cũng ngày càng tăng lên về số lượng sản phẩm đưa ra ngoài thị trường.
Theo các ngành khoa học nghiên cứu về sự sống thì nước uống an toàn hiện nay thật sự rất cần thiết. Nước là một trong những thành phần cơ bản của sự sống, nhu cầu thiết yếu hằng ngày, nó chiếm khoảng 70-80% trọng lượng cơ thể. Trung bình một người sẽ phải cung cấp vào cơ thể ít nhất là 2 lít nước, chính vì thế mà nhu cầu nước uống luôn rất lớn. Từ đó để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng các dòng nước giải khát đầy sôi nổi của các hãng nước uống đóng chai xuất hiện ngày một nhiều.
Các dòng nước tinh khiết, nước khoáng đến các loại nước giải khát đến từ các thương hiệu khác nhau cũng được sản xuất nhiều hơn.2 Lý do chọn đề tài Theo báo cáo của ngành Food & Beverage Việt Nam năm 2023 mức tăng trưởng của ngành F&B đã tăng 11,47%, đạt tổng doanh thu hơn 590. Bất chấp với những khó khăn của nền kinh tế, theo nghiên cứu của Ipos.vn, có đến 79,6% doanh nghiệp F&B cho biết tình hình kinh doanh đang có xu hướng tốt lên. 1 Doanh thu dịch vụ F&B Việt Nam (đơn vị: Nghìn tỷ đồng) Với sự gia tăng của thị trường thì các thương hiệu nước giải khát từ nước uống đóng chai, nước ngọt có ga, cà phê,… hay các loại nước uống có cồn càng ngày có sự cạnh tranh gay gắt tại thị trường Việt Nam. Trung bình mỗi năm người Việt sẽ sử dụng nước giải khát trên 23 lít/người.
Chính vì thế sự xuất hiện của các nhà máy sản xuất nước uống đóng chai đã nhiều hơn. Theo công ty nghiên cứu thị trường Statista, doanh thu thị trường nước đóng chai tại Việt Nam đạt 449 triệu USD trong năm 2018, và thị trường này được kì vọng tăng trưởng kép hằng năm (CARG) ở mức 12,5% trong những năm 2018-2021. 2 Doanh thu thị trường nước đóng chai ở Việt Nam qua các năm Nguồn: Statista Trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai thì hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp là một trong những khâu cuối cùng trong công đoạn hoàn thiện sản phẩm không thể thiếu và rất quan trọng nhưng quy mô lớn, chi phí cao và hoạt động trong môi trường khép kín. Ngoài ra vẫn còn các hệ thống chiết rót bán tự động dành cho các quy mô nhỏ và vừa thì các khâu rời rạc không nằm trong 1 quy trình dẫn đến việc chiết rót được thực hiện bằng tay có thể dẫn đến sự chênh lệch về dung tích sản phẩm trong mỗi chai, cần tốn chi phí nhân công mà năng xuất không hiệu quả.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nhóm đã chế tạo, thiết kế “ thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát dây chuyền chiết rót và đóng nắp tự động ”, với quy mô nhỏ và đáp ứng chi phí thấp, đảm bảo vệ sinh cho sản phẩm.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Tại Việt Nam, bình quân người Việt tiêu thụ các loại sản phẩm dạng đóng chai hằng ngày rất nhiều như nước giải khát, bia, rượu, nước mắm, dầu ăn, nước tẩy trang, serum, nước nhỏ mắt,… Sản phẩm của hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động đều đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tiện dụng. Nhận thấy được tầm quan trọng của ngành nước giải khát, mỹ phẩm, gia vị,… Qua đó chúng em đã tìm hiểu nghiên cứu, cải tiến và chế tạo ra mô hình hệ thống chiết rót và 3 đóng nắp chai mô phỏng quy trình vận hành sản xuất nước giải khát với nhiều ưu điểm nhằm tăng năng suất, an toàn vệ sinh thực phẩm, để cùng phát triển với công nghệ tiên tiến tự động hóa quá trình sản xuất.4 Mục tiêu, đối tượng, phạm vị và kế hoạch nghiên cứu Mục tiêu nghiêm cứu: Tự động hóa tối ưu quá trình sản xuất và góp phần loại bỏ sức lao động con người, đem đến cho mọi người sản phẩm an toàn vệ sinh thực phẩm, có cuộc sống khỏe mạnh hơn và tăng năng suất, thu nhập ổn định cho người lao động. Trong đề tài 3 mục tiêu quan trọng nhóm chúng em đặt ra là: - Chiết rót đúng mực nước được cài đặt trước và rót dự kiến 1h được 300 chai. - Đóng nắp kín, không bị chảy nước ra bên ngoài.
- Kiểm tra được chất lượng sản phẩm đầu ra xem đã đúng với lượng nước cài đặt trước. Đối tượng nghiêm cứu: - Tìm hiểu về ngành nước giải khát, thực phẩm, mỹ phẩm,… ở Việt Nam. - Tìm hiểu về các hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động có sẵn trên thị trường. - Thiết kế, chế tạo mô phỏng hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động dạng băng tải thẳng.
Phạm vi nghiêm cứu: - Đề tài hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động là sản phẩm được kết hợp giữa các chuyên ngành: cơ khí – điện tử - tự động hóa. Nhóm xin được đề xuất nội dung thực hiện. đề tài như sau: - Ứng dụng hệ thống khí nén và các xilanh. - Ứng dụng các thiết bị điện.
- Lập trình và điều khiển mô hình. - Lên ý tưởng thiết kế và thi công cơ khí mô hình phù hợp với phạm vi hoạt động vận hành. 4 Kế hoạch nghiêm cứu: Bước 1: Tìm hiểu thực tiễn thu thập dữ liệu và lên ý tưởng. Bước 2: Lựa chọn phương án thiết kế và mô phỏng.
Bước 3: Thiết kế cơ khí lựa chọn thiết bị, vật liệu và cơ cấu phù hợp. Bước 4: Hoàn thành thiết kế cơ khí và các bộ phận điều khiển. Bước 5: Lập trình và điều khiển. Bước 6: Chạy thử nghiệm và vận hành.
Bước 7: Đánh giá đề tài, đưa ra kết luận và hướng phát triển tương lai.5 Kết cấu khoá luận tốt nghiệp Khóa luận tốt nghiệp gồm 6 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Ý tưởng thiết kế hệ thống Chương 4: Tính toán lựa chọn thiết bị Chương 5: Thi công, thực nghiệm và đánh giá Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống chiết rót và đóng nắp chai hiện nay 2.1 Giới thiệu hệ thống chiết rót Chiết rót chất lỏng là lấy một phần nhất định sản phẩm lỏng cho vào trong các loại bao bì hoặc chai lọ. Chiết rót sản phẩm lỏng bằng hệ thống dây chuyền máy móc hiện đại được sử dụng rộng rãi trong các ngành: thực phẩm, mỹ phẩm, hóa chất,… Phương pháp này được áp dụng khi mà việc chiết rót bằng tay theo cách truyền thống không thể đảm bảo được độ chính xác, vệ sinh an toàn cũng như không thể đảm bảo về năng suất. Vì vậy, thiết bị máy chiết rót chất lỏng ra đời để giải quyết triệt để các vấn đề này. 1 Máy chiết rót nước ngọt 2.2 Giới thiệu hệ thống đóng nắp Hệ thống đóng nắp chai tự động là hệ thống được vận hành bởi các loại máy móc đóng nắp chai tạo thành một dây chuyền để tiến hành làm việc.
Máy đóng nắp chai là một thiết bị được sử dụng để đóng/dập hay siết chặt nút chai bảo quản sản phẩm bên trong khỏi những tác động của môi trường bên ngoài. Đây là một thiết bị quan trọng trong dây chuyền đóng gói sản phẩm để đưa sản phẩm đến tay người dùng. Hiện nay, hầu hết ở các doanh nghiệp thì công đoạn này được thay thế bằng máy móc thay vì làm thủ công. 6 Cấu tạo của hệ thống đóng nắp chai cũng hết sức đơn giản gồm 4 phần: - Bộ phận cung cấp nắp chai - Bộ phận đóng/xiết nắp chai - Bộ phận băng truyền - Bộ phận khung Hình 2.
2 Máy siết nắp chai thủy tinh Chiết rót và đóng nắp chai là hệ thống máy đang rất được nhiều người sản xuất lựa chọn vì nhu cầu của người tiêu dùng đang hướng tới dòng sản phẩm đóng chai để đảm bảo đủ độ vệ sinh và an toàn, tiện lợi khi sử dụng. Lợi thế của hệ thống này là sự kết hợp tuyệt hảo của quá trình chiết rót, lấy nắp và đóng nắp chai để tạo thành chu trình hoàn hảo và nhanh chóng cho cơ sở sản xuất. Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động bao gồm các khâu súc rửa, chiết rót, đóng nắp chai, sử dụng cho các loại chai nhựa, thủy tinh và chủ yếu để chiết rót các loại đồ uống, gia vị dạng lỏng,… (nước khoáng, rượu vang, nước mắm,…). Đây là dòng sản phẩm lý tưởng cho các nhà sản xuất nhỏ lẻ hoặc các nhà máy ngành công nghiệp, thực phẩm.
Ưu điểm: - Tích hợp trong một tổng thể máy 2 chức năng cơ bản cần thiết cho dây chuyền, vừa có thể vận hành chung vừa có thể tách ra hoạt động độc lập. 7 - Dây chuyền khép kín trong quá trình vận hành nên thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và môi trường bên ngoài được giảm xuống một cách tối đa; đảm bảo nguyên liệu không bị nhiễm bụi bẩn hay vi khuẩn gây hại. Ngoài ra, tùy theo nhu cầu sản xuất của mỗi cơ sở, dây chuyền này có thể kết hợp với máy hơ màng co, máy phóng dãn và các loại máy khác. - Máy vận hành ổn định, bền và đáng tin cậy.
- Máy được trang bị thêm một thiết bị cho tình trạng quá tải, có thể bảo vệ máy và điều hành an toàn hơn.