Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế & Thi Công Mô Hình Máy Rửa Khay Nhựa Tự Động

Tài liệu đồ án thiết kế mô hình máy rửa khay nhựa tự động. Trình bày chi tiết quy trình tính toán, lựa chọn thiết bị PLC và lắp đặt hoàn chỉnh.

• Tác giả: Nguyễn Huy Khải
• Người hướng dẫn: ThS. Võ Thị Bích Ngọc
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Mô Hình Máy Rửa Khay Nhựa Tự Động
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Mô Hình Máy Rửa Khay Nhựa Tự Động

Mô hình máy rửa khay nhựa tự động là một giải pháp hiện đại được thiết kế dựa trên những kỹ thuật tự động hóa tiên tiến và yêu cầu thực tế của ngành công nghiệp. Đây là sự kết hợp hoàn hảo giữa kiến thức về điều khiển tự động và ứng dụng thực tiễn trong sản xuất. Mô hình được xây dựng nhằm rửa các khay nhựa một cách nhanh chóng, an toàn và hiệu quả, đồng thời tích hợp công nghệ tia UV để diệt khuẩn. Hệ thống điều khiển sử dụng PLC FX1N-24MT-V3, RELAY 4 kênh 24V và Driver bước TB6600. Mục tiêu chính là nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian xử lý và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm trong các quy trình sản xuất công nghiệp.

1.1. Tính Cấp Thiết Của Hệ Thống Rửa Khay Tự Động

Với sự phát triển của công nghệ tự động hóa, máy rửa khay tự động trở thành giải pháp thiết yếu cho các doanh nghiệp thực phẩm, nuôi trồng và chế biến. Hệ thống này giảm bớt công việc thủ công, nâng cao hiệu suất sản xuất và đảm bảo độ sạch sẻ một cách nhất quán. Tính cấp thiết nằm ở khả năng xử lý khay nhựa với tốc độ cao, độ chính xác cao và tiết kiệm chi phí dài hạn.

1.2. Phạm Vi Ứng Dụng Thực Tế

Mô hình máy rửa khay có thể áp dụng trong các ngành: chế biến thực phẩm, nuôi trồng thủy sản, trái cây, công nghiệp dược phẩm và vệ sinh công nghiệp. Các khay nhựa được sử dụng rộng rãi để đựng cá, tôm, rau quả và các sản phẩm khác, do đó nhu cầu rửa sạch và khử khuẩn là rất cấp bách cho chất lượng sản phẩm cuối cùng.

II. Quy Trình Thiết Kế Và Tính Toán Kỹ Thuật

Quy trình thiết kế mô hình máy rửa khay bao gồm nhiều bước chi tiết từ phân tích yêu cầu đến tính toán thông số kỹ thuật. Đầu tiên, nhóm thiết kế xác định các yêu cầu hệ thống như công suất, tốc độ xử lý và độ chính xác. Sau đó, tiến hành tính toán sơ bộ dữ liệu đầu vào bao gồm: tính toán băng tải, lựa chọn động cơ phù hợp, tính toán quạt sấy và chọn lựa đèn UV. Mô hình được mô phỏng trên phần mềm SolidWorks để kiểm chứng độ chính xác trước khi thi công. Các bước thiết kế này đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định, an toàn và đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ.

2.1. Tính Toán Thiết Kế Băng Tải Và Động Cơ

Tính toán băng tải là bước quan trọng để xác định công suất động cơ cần thiết. Cần xác định lực ma sát, trọng lượng khay nhựa, độ dốc và tốc độ vận chuyển. Dựa vào các thông số này, nhóm thiết kế lựa chọn động cơ có công suất phù hợp từ danh sách động cơ chuẩn, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

2.2. Lựa Chọn Hệ Thống Sấy Và UV

Hệ thống sấy khay sử dụng quạt có dung tích khí thích hợp để loại bỏ nước dư. Đồng thời, đèn UV tia cực tím được tích hợp để khử khuẩn hoàn toàn, diệt các vi khuẩn có hại và đưa ra sản phẩm sạch sẽ nhất. Thời gian chiếu UV được tính toán dựa trên cường độ tia và yêu cầu khử khuẩn.

III. Hệ Thống Điều Khiển Và Lập Trình PLC

Hệ thống điều khiển của máy rửa khay tự động được quản lý bởi PLC FX1N-24MT-V3 của Mitsubishi, một bộ điều khiển lập trình mạnh mẽ và đáng tin cậy. Lập trình PLC bao gồm logic điều khiển tự rửa khay nhựa, nhận dạng vị trí khay thông qua cảm biến quang, điều khiển các bơm nước, bơm hóa chất và cọ rửa. Các RELAY 4 kênh 24V được sử dụng để chuyển mạch các thiết bị, trong khi Driver bước TB6600 điều khiển chuyển động chính xác của động cơ bước. Màn HMI DELTA DOP-B07E415 cung cấp giao diện thân thiện cho người vận hành. Toàn bộ hệ thống được thiết kế để hoạt động tự động từ khi khay nhựa vào đến khi ra khỏi hệ thống.

3.1. Cảm Biến Và Nhận Dạng

Cảm biến quang được lắp đặt tại các vị trí chiến l略để nhận dạng vị trí khay nhựa và kích hoạt các khâu xử lý tương ứng. Các cảm biến này giúp hệ thống điều khiển chính xác quá trình rửa, sấy và khử khuẩn. Tín hiệu từ cảm biến được truyền về PLC để xử lý và phát lệnh điều khiển.

3.2. Các Thành Phần Điện Của Hệ Thống

Hệ thống điện bao gồm nguồn tổ ong 24V-10A cung cấp điện cho PLC, RELAY, cảm biến và các thiết bị điều khiển khác. Driver TB6600 điều khiển động cơ bước, RELAY chuyển mạch các thiết bị điện khác nhau. Toàn bộ mạch điện được thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn điện, có các bảo vệ quá dòng, quá điện áp.

IV. Thi Công Lắp Đặt Và Kết Quả Đạt Được

Thi công mô hình máy rửa khay tự động được thực hiện theo đúng thiết kế với các khâu lắp ráp cẩn thận. Trước tiên, nhóm tác giả lắp đặt mạch điện theo sơ đồ điều khiển, kiểm tra toàn bộ kết nối điện. Tiếp theo, lắp đặt các thiết bị như PLC, RELAY, Driver, cảm biến quang, bơm nước, quạt sấy, đèn UV và các cơ cấu cơ khí. Mô hình hoàn chỉnh được thử nghiệm liên tục để đảm bảo tất cả khâu hoạt động đúng quy trình. Kết quả cuối cùng là một hệ thống máy rửa khay hoàn toàn tự động, có khả năng rửa khay nhựa một cách hiệu quả, an toàn và đạt tiêu chuẩn vệ sinh cao nhất.

4.1. Các Bước Thi Công Lắp Ráp

Thi công bắt đầu từ lắp ráp khung máy, sau đó lắp đặt các thiết bị cơ khí như băng tải, quạt, béc phun nước. Tiếp theo là lắp đặt các thiết bị điện như PLC, RELAY, cảm biến và các dây dẫn. Mỗi bước được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và chính xác.

4.2. Nhược Điểm Và Hướng Phát Triển

Mô hình hiện tại có một số nhược điểm cần cải tiến như tốc độ xử lý có thể tăng thêm, hệ thống có thể tích hợp AI để tự điều chỉnh. Hướng phát triển tương lai bao gồm: tăng khả năng xử lý, thêm hệ thống lọc nước, nâng cấp giao diện HMI, và tích hợp IoT để giám sát từ xa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Với sự phát triển của xã hội, đời sống con người ngày càng được nâng cao. Chính cuộc sống hiện đại với bộn bề công việc, con người luôn mong muốn có thiết bị mang tính sáng tạo mới giúp làm giảm bớt công việc đồng thời tiết kiệm được thời gian. Và để đóng góp một phần vào điều đó, nhóm em nghiên cứu làm “Máy rửa khay tự động” nhằm giải phóng sức lao động cho con người, rút ngắn thời gian rửa dọn, ngăn hóa chất độc hại từ nước rửa tiếp xúc với da tay và làm cho độ an toàn sức khỏe của mọi người được tăng cao mang lại sự tiện nghi cho mỗi cá nhân, xí nghiệp. Nhìn ra được vấn đề “Đa số các công ty nông sản hiện nay đều đang gặp khó khăn trong việc vệ sinh khay nhựa”.

Thế nên, nhóm đã tiến hành xác định mục tiêu của dự án này chính là chế tạo “Máy rửa khay tự động” đảm bảo tiết kiệm thời gian, nâng cao năng suất rửa khay nhựa và chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm. Đầu tiên, nhóm đã tiến hành tìm kiếm thông tin trên Internet, kết hợp với quan sát thực tế để xác nhận vấn đề này có đang thực sự tồn tại hay không. Sau khi đã xác định được vấn đề, thì nhóm tiếp tục phân công, tìm hiểu nhu cầu, mong muốn của họ trong việc giải quyết vấn đề này như thế nào. Theo như nhóm được biết, trên thị trường hiện nay cũng đã có rất nhiều biện pháp rửa khay thông dụng như là sử dụng vòi nước áp suất cao cầm tay, sử dụng bàn chải; miếng chà nồi, … Nhưng các biện pháp trên nhìn chung đều khá tốn kém chi phí, mất nhiều thời gian vận hành, cần được bảo dưỡng thường xuyên… Tiếp theo, nhóm đã viết ra những nguyên nhân làm cho các công ty nông sản gặp khó khăn trong việc vệ sinh khay nhựa.

Xác định nguyên nhân là "Dụng cụ rửa chưa hiệu quả". Do đó, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài "Thiết kế máy rửa khay nhựa tự động". Mục đích của đề tài. Sử dụng PLC, động cơ servo, động cơ DC để điều khiển mô hình thông qua 2 chế độ (auto, manual).

Nền tảng để xây dựng và phát triển các hệ thống tự động trong các nhà máy, các doanh nghiệp kinh doanh nhỏ lẻ, các khu chợ,…Nhằm giảm sức lao động của con người để đạt năng suất tối ưu. Phạm vi đề tài. Áp dụng các kiến thức đã học để xây dựng các mô hình thực nghiệm, cụ thể: - Tìm kiếm tài liệu qua sách vở, mạng xã hội, hỏi người có chuyên môn. - Tiến hành chạy mô phỏng và kiểm tra hoạt động của mô hình dưới sự góp ý của giáo viên hướng dẫn.

Tổng quát về toàn bộ hệ thống rửa khay tự động Hiện nay ngoài vấn đề sản lượng thì vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm của các sản phẩm nông sản cũng đang là chủ đề người dân quan tâm nhất. Chính vì điều đó, nhu cầu sử dụng các khay nhựa để đựng các thực phẩm nông sản thủy sản như rau củ, trái cây, thịt cá ngày càng phổ biến. Việc sử dụng khay nhựa trở nên tiện lợi hơn giúp cho việc vận chuyển số lượng nhiều trở nên dễ dàng hơn nhưng. Thế nên việc vệ sinh khay nhựa cũng là một vấn đề cần được giải quyết nhằm đảm bảo cho chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm.

Hệ thống rửa khay tự động là một phương án giải quyết các vấn đề về việc đảm bảo chất lượng an toàn cho thực phẩm đưa ra thị trường.1 : Dùng khay nhựa để đựng trái cây, cá. 20 Hệ thống rửa khay tự động của nhóm em được chia làm ba quy trình: - Quy trình 1: Làm ước, phun chất tẩy, chà chất bẩn - Quy trình này sử dụng bơm để lấy nước và chất tẩy đồng thời sử dụng động cơ gắn cọ chà để làm khay sạch hoàn toàn. - Quy Trình 2: Sấy Khô - Quy trình này sử dụng lực gió của quạt để sấy đi nước còn trên khay. - Quy Trình 3: Khử khuẩn bằng tia UV - Quy trình này sử dụng bóng đèn UV để diệt các vi khuẩn nhằm đảm bảo khay sạch 100% 1.

Khả năng ứng dụng của hệ thống rửa khay tự động ❖ Ứng dụng vào sản xuất. ▪ Nâng cao tốc độ sản xuất: Đầu tiên và quan trọng nhất của hệ thống rửa khay tự động là giúp cho việc rửa các khay nhựa trở nên nhanh hơn giúp tiết kiệm thời gian. Với việc rửa khay thủ công thì chúng ta cần nhiều người hơn, thời gian tốn nhiều hơn chính vì vậy việc rửa khay thủ công làm giảm năng suất của 1 xí nghiệp. Với máy rửa khay tự động ta chỉ việc đưa khay vào, sau đó đơn giản là cài đặt các thông số và nhấn nút để máy hoạt động và rửa các khay.

Tùy vào loại máy và bạn chỉ cần 1 đến 2 nhân công để hoàn thành việc rửa khay. ▪ Tính linh hoạt: Máy rửa khay tự động không phải lúc nào cũng được chế tạo để sử dụng cho một loại khay hoặc thậm chí cho một sản phẩm. Với sự đa dạng của máy thì chúng ta có thể rửa nhiều loại như chén dĩa, các loại khay lớn nhỏ khác nhau hay các đồ gia dụng… 1. Một số máy rửa khay ở Việt Nam Ngành sản xuất các mặt hàng thực phẩm đang có tốc độ phát triển cao, giàu tiềm năng phát triển do nhu cầu tiêu thụ đang lớn hơn sản lượng sản xuất.

Các công ty xuất hiện nhiều với quy mô khác nhau giúp thúc đẩy sự cạnh tranh mạnh 21 mẽ của thị trường đồng thời đẩy mạnh sự phát triển của quá trình sản xuất, sự tự động hóa trong quá trình sản xuất là yêu cầu bắt buộc với mọi tập đoàn sản xuất. Chính vì thế việc tiết kiệm thời gian giảm bớt nhân công là điều thiết yếu cho việc sản xuất.1 Máy rửa khay công nghiệp do Viễn Thông sản xuất Hình 1.6 2: Máy rửa khay VIETWASH 22 1.7 Một số máy rửa khay nước ngoài.1: Máy rửa khay SYY-350 sản xuất tại Đài Loan - Máy rửa khay SSY, sản xuất & nhập khẩu trực tiếp tại Đài Loan với chất lượng cao cấp nhất. - Máy được thiết kế tiện lợi, khoa học giúp tiết kiệm diện tích sử dụng & tiết kiệm tối đa chi phí rửa khay. - Máy rửa khay SYY có nhiều chủng loại khác nhau để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của quý khách hàng.

• Lợi ích khi sử dụng - Tiết kiệm nhân công khi rửa khay. - Chỉ cần 02 người khi sử dụng máy rửa khay. Tùy vào loại máy & Công Suất - Khi sử dụng Máy có công suất 300 - 1000Khay/giờ. Chỉ cần 02 người sử dụng.

- Tiết kiệm nước 23 - Máy rửa khay tự động SYY được thiết kế khoa học giúp tiết kiệm tối đa lượng nước sử dụng để rửa khay • Hiệu quả: - Máy được thiết kế rất nhiều béc rửa áp lực cao hoặc lớn hơn tùy vào công suất - Rửa ở mọi ngóc ngách khó nhất - Có thể điều chỉnh vị trí rửa bằng cách điều chỉnh hướng của béc phun - Rửa sạch khay với nhiệt độ tối đa 50 độ C - Máy được thiết kế đặc biệt với ống cấp hóa chất rửa khi cần thiết 1.8 Mục đích nghiên cứu. - Chế tạo thành công mô hình rửa khay tự động. - Sử dụng PLC để xây dựng chương trình điều khiển. - Mô hình hoạt động linh hoạt, ổn định.

24 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2. Giới thiệu về hệ thống rửa khay tự động. Tự động hóa (điều khiển tự động) là sử dụng hệ thống điều khiển cho các thiết bị máy móc trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, hạn chế tối đa sự can thiệp của con người. Trong thực tế có rất nhiều hệ thống tự động được sử dụng tại các dây chuyền sản xuất, nồi hơi, lò nhiệt, mạng điện thoại, ổn định tàu thủy, máy bay,.1: Ứng dụng của tự động hóa trong rửa khay Một hệ thống tự động hóa tổng hợp, việc điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất có một chức năng trọng yếu.

Đặc tính linh hoạt của quá trình được thể hiện ở tính liên tục, tính nhịp điệu, tính tỷ lệ, tính song song của các dòng vận động. Dưới con mắt kinh tế, mức độ tự động hóa của một cơ sở sản xuất không phải luôn luôn là tối đa, mà tùy thuộc những điều kiện cụ thể phải xác định được mức độ tự động hóa tối ưu, thích hợp với số lượng sản phẩm, đảm bảo chất lượng gia công cao nhất cũng như giá thành rẻ nhất. Để có thể tăng cao năng suất hoạt động, làm việc hiệu quả thì hệ thống rửa khay tự động là một giải pháp công nghiệp thay thế con người các khâu rửa khay, từ thực hiện thô sơ bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các hệ thống tự động hóa để rửa khay theo từng đặc tính mà người vận hành quy định. Với nền 25 kinh tế, thị trường hiện nay khi vừa trải qua 1 đợt khủng hoảng vì dịch “Covid” thì việc ứng dụng giải pháp rửa khay tự động và khử khuẩn vô cùng cần thiết.

Vai trò của hệ thống rửa khay tự động. Hệ thống rửa khay tự động cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các khó khăn khi sử dụng lao động thủ công. Đồng thời, giúp cải thiện các điều kiện làm việc của công nhân, nhất là các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán.

Trong quá trình sản xuất sản phẩm về nông nghiệp, các nhà hàng cần giải quyết vấn đề dơ bẩn của khay thì hệ thống rủa khay tự đọng sẽ giúp đáp ứng cường độ sản xuất lớn, dễ dàng thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. Đây là yếu tố cực kì quan trọng cho phép các nhà sản xuất đáp ứng điều kiện sản xuất và thực hiện cạnh tranh trên thị trường. Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động. Các mối đe dọa an ninh, dễ bị tổn thương: Một hệ thống tự động có thể có một mức giới hạn của trí thông minh, vì thế dễ bị mắc lỗi bên ngoài phạm vi trước mắt của mình về kiến thức.

Không thể đoán trước, chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển chi phí của tự động hoá có thể vượt quá chi phí định mức của quá trình. Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một sản phẩm mới thường 26 đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm, mặc dù chi phí cao nhưng tự động hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thời gian.