Học tốt môn học này sẽ giúp cho sinh viênmường tượng ra được công việc tương lai, qua đó có cách nhìn đúng đắn hơn về conđường học tập đồng thời tăng thêm lòng nhiệt huyết, yêu nghề cho
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Giới thiệu vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế mô phỏng máy đóng gói hạt giống tự động.
Định nghĩa máy đóng gói tự động
Máy đóng gói hạt giống là thiết bị chuyên dụng dùng để đóng gói các sản phẩm dạng hạt, giúp tăng năng suất và tiết kiệm thời gian Với khả năng vận hành hoàn toàn tự động, máy giúp giảm thiểu sức lao động và nâng cao hiệu quả công việc Thiết bị này đóng gói nhanh chóng, bảo quản sản phẩm cẩn thận và hạn chế tối đa tỷ lệ hao hụt, đảm bảo chất lượng sản phẩm khi đến tay người tiêu dùng.
Máy đóng bao bì là thiết bị thiết yếu giúp doanh nghiệp duy trì hoạt động sản xuất liên tục và thay thế nhân công trong quá trình đóng gói sản phẩm Việc trang bị máy đóng bao bì mang lại nhiều lợi ích như nâng cao năng suất, giảm thiểu chi phí lao động và đảm bảo bảo vệ sản phẩm tốt hơn Bất kỳ doanh nghiệp nào cũng cần có máy đóng bao bì để tối ưu hóa quy trình đóng gói, nâng cao hiệu quả kinh doanh và duy trì sức cạnh tranh trên thị trường.
Có thể thay thế con người
Loại mày này là giải pháp thay thế sức lao động con người trong các công đoạn đóng bao và đóng gói, mang lại hiệu quả cao và chính xác Máy móc thực hiện nhanh chóng các bước này, giúp đảm bảo năng suất làm việc ổn định mỗi ngày Việc ứng dụng công nghệ tự động hóa giúp giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả sản xuất, đáp ứng tốt các yêu cầu của doanh nghiệp hiện nay.
Với con người, sức lao động chỉ có thể duy trì trong khoảng 8-12 tiếng mỗi ngày, trong khi đó, máy móc có thể hoạt động liên tục liên tục mà không bị mệt mỏi Điều này giúp đảm bảo năng suất làm việc cao hơn, giảm thiểu thời gian chết và tối ưu hóa quá trình sản xuất Các thiết bị tự động hóa mang lại hiệu quả vượt trội so với lao động thủ công, góp phần nâng cao năng suất và cạnh tranh cho doanh nghiệp.
Với cơ chế hoạt động liên tục như vậy, máy có thể đóng gói 25 túi/1 phút, đạt gấp
Các máy tự động hiện nay thường gấp 2 đến 3 lần năng suất so với phương pháp thủ công, giúp tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả sản xuất Hầu hết các thiết bị đều được trang bị cân định lượng hiện đại, đảm bảo xác định khối lượng nguyên liệu chính xác nhất, nâng cao độ chính xác trong quá trình chế biến và đóng gói.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Bảo quản tốt các sản phẩm hàng hóa
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Thuận lợi cho quá trình vận chuyển
Trong quá trình sản xuất, vận chuyển sản phẩm là bước không thể thiếu để đưa hàng hóa đến các địa điểm khác nhau Việc đóng gói chuyên nghiệp giúp bảo vệ sản phẩm, dễ dàng vận chuyển và giảm thiểu rủi ro hư hỏng hoặc mất mát trong quá trình phân phối Đóng gói hàng hóa không chỉ đảm bảo an toàn mà còn nâng cao hiệu quả logistics, góp phần tối ưu hóa chuỗi cung ứng.
Định nghĩa PLC
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển tự động cho phép lập trình thực hiện các thuật toán logic phức tạp Bộ lập trình PLC nhận dạng các tác động từ bên ngoài qua các ngõ vào (input) và điều khiển các thiết bị khác qua ngõ ra (output) PLC hoạt động bằng phương thức quét liên tục các trạng thái của ngõ vào và ngõ ra, và khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, bộ lập trình sẽ tự động điều chỉnh trạng thái của ngõ ra dựa trên logic đã lập trình để đảm bảo quá trình điều khiển chính xác và hiệu quả.
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay bao gồm Ladder và Step Ladder, phù hợp cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất PLC lại có các ngôn ngữ lập trình riêng biệt để tối ưu hóa hoạt động của thiết bị, như Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT và Delta Việc hiểu rõ các ngôn ngữ và hãng sản xuất giúp kỹ thuật viên dễ dàng lựa chọn và vận hành hệ thống tự động hóa hiệu quả Các hãng sản xuất PLC hàng đầu này cung cấp các dòng sản phẩm đa dạng, phù hợp với nhiều yêu cầu công nghiệp khác nhau.
Nguyên lí hoạt động: PLC nhận thông tin từ các cảm biến được kết nối hoặc thiết bị
PLC có khả năng giám sát và ghi nhận dữ liệu vận hành như năng suất máy hoặc nhiệt độ, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất Với chức năng tự động khởi động, dừng và tạo cảnh báo khi gặp sự cố, bộ điều khiển logic khả trình nâng cao hiệu quả và độ an toàn trong vận hành Đây là giải pháp điều khiển linh hoạt và mạnh mẽ, phù hợp với đa dạng ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp.
Phần mềm TIA Portal
TIA Portal, viết tắt của Totally Integrated Automation Portal, là phần mềm tổng hợp quản lý tự động hóa và vận hành điện của hệ thống Đây là phần mềm tự động hóa đầu tiên sử dụng chung một nền tảng, giúp thực hiện các tác vụ điều khiển hệ thống hiệu quả và linh hoạt.
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, giúp người dùng phát triển và lập trình các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng trên nền tảng thống nhất Giải pháp này tối ưu hóa quá trình tích hợp các ứng dụng riêng biệt, giảm thiểu thời gian triển khai và tạo ra hệ thống đồng bộ hiệu quả.
TIA Portal là phần mềm nền tảng tích hợp tự động toàn diện cho phép phát triển các phần mềm như lập trình và cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Ưu điểm nổi bật của TIA Portal là khả năng chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, đảm bảo tính thống nhất và toàn vẹn cho hệ thống quản lý và vận hành tự động.
TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng.
Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
Tích hợp mô phỏng hệ thống.
Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
Giới thiệu các nghiên cứu trong nước
Hiện nay có nhiều loại máy đóng gói khác nhau, để phân loại chúng người ta có thể phân theo:
Phân loại theo nguyên liệu đóng gói: đóng gói chất lỏng, đóng gói các sản phẩm dạng bột, dạng hạt,
Phân theo hình dạng túi bao gói: dạng túi vuông, dạng túi trụ tròn, dạng gối gói,
Phân theo ngành sản xuất: máy bao gói cho ngành thực phẩm, y dược, máy đóng gói cho ngành hóa chất,
Tuy nhiên thông thường người ta chia máy đóng gói thành hai dạng:
Máy đóng gói kiểu đứng là loại máy có thiết kế hình dạng túi được hình thành từ trên xuống dưới, đảm bảo quá trình đóng gói diễn ra một cách liên tục và chính xác Nguyên liệu được đưa vào túi từ phía trên xuống, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao năng suất đóng gói Thiết kế này phù hợp với nhiều loại bao bì và mang lại hiệu quả tối ưu trong quy trình sản xuất.
Hình 2-1 Máy đón gói bột ngũ cốc khô dạng đứng Ưu điểm
Kích thước máy nhỏ gọn.
Cơ cấu cấp liệu đơn giản.
Phù hợp với các nguyên liệu dạng dung dịch, bột mịn.
Giá thành chế tạo máy rẻ.
Năng suất máy thấp ( < 60 túi/phút).
Vị trí cơ cấu cấp liệu cao do chiều cao máy.
Máy đóng gói kiểu nằm có dạng túi bao gói được hình thành từ trái sang phải, mang lại hiệu quả cao trong quá trình đóng gói Nguyên vật liệu được đưa vào túi theo chiều từ trái sang phải, đảm bảo quy trình vận hành thuận tiện và chính xác Thiết kế tối ưu của máy giúp nâng cao năng suất đóng gói và tiết kiệm thời gian cho doanh nghiệp Đây là giải pháp lý tưởng cho các ngành công nghiệp cần đóng gói nhanh chóng và hiệu quả.
Hình 2-2 Máy đóng gói đa năng dạng nằm Ưu điểm:
Năng suất máy cao (có thể đạt 200 túi/phút)
Vị trí cơ cấu cấp liệu thấp.
Kết cấu máy phức hợp hơn kiểu đứng
Kích thước máy lớn hơn kiểu đứng
Cơ cấu cấp liệu phức tạp hơn.
Phù hợp với các nguyên liệu dạng đã được định hình trước.
Giá thành chế tạo máy đắt hơn.
Đưa ra vấn đề cho nghiên cứu của tác giả
Công nghệ bao gói, sản phẩm và máy móc, thiết bị đóng gói đã có từ lâu trên thế giới và về cơ bản giống nhau ở các quốc gia Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm đóng gói và máy đóng gói trong nước còn thấp hơn so với các nước châu Âu, Mỹ và một số quốc gia châu Á khác Sự khác biệt chủ yếu nằm ở chất lượng vật liệu và công nghệ sản xuất, mặc dù các thiết bị phần cơ khí không có nhiều sự khác biệt Do đó, việc nâng cao chất lượng bao gói và máy đóng gói trong nước là điều kiện cần thiết để nâng cao năng lực cạnh tranh và đảm bảo tiêu chuẩn quốc tế.
Cấp phôi bao bì: Chủ yếu là cấp bao bì từ cuộn phôi, sau đó cho chạy qua hệ thống hàn miệng bao để hàn 3 mép bao còn lại.
Các máy đóng gói trong nước chủ yếu phù hợp để đóng gói các sản phẩm có chiều cao dưới 85mm Hiện tại, các thiết bị này chưa khả năng đóng gói các loại túi có gấp hông, do đó hạn chế trong việc xử lý các dạng bao bì phức tạp hơn Việc chọn máy phù hợp cần lưu ý đến kích thước và hình dạng sản phẩm để đảm bảo quy trình đóng gói hiệu quả và chính xác.
Phần điều khiển: Hầu hết các máy đóng gói trong nước chỉ được điều khiển ở mức thấp.
Các máy đóng gói chủ yếu chỉ có khả năng đóng gói một lượng nguyên liệu cố định theo thiết kế cơ khí ban đầu, điều này dẫn đến việc không thể đạt được khối lượng chính xác theo yêu cầu của người dùng Hệ thống không linh hoạt trong việc điều chỉnh khối lượng đóng gói, gây hạn chế trong quá trình cung cấp nguyên liệu phù hợp với từng yêu cầu cụ thể.
Các nghiên cứu trong nước đã tập trung vào nâng cấp công nghệ đóng gói, nhưng vẫn chưa đủ quan tâm đến việc nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa hiệu quả quá trình đóng gói, tăng kích thước và đa dạng hình dạng túi bao bì, cũng như phát triển các loại bao bì chế tạo sẵn Ngoài ra, việc sử dụng Loadcell để tăng độ chính xác về khối lượng sản phẩm và khả năng linh hoạt trong thay đổi khối lượng bằng giải pháp tự động hóa hiện đại vẫn còn đang ở mức hạn chế trong các nghiên cứu trong nước.
Nhóm chọn đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng máy đóng gói hạt giống” dựa trên các tiêu chí sau để thực hiện:
Máy đóng gói sử dụng Loadcell để đo đong khối lượng sản phẩm chính xác theo yêu cầu của khách hàng Công nghệ Loadcell giúp đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình cân đo, từ đó đưa ra sản phẩm đạt chuẩn Hơn nữa, hệ thống có khả năng điều chỉnh khối lượng mỗi sản phẩm linh hoạt, phù hợp với các yêu cầu đa dạng của thị trường Điều này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra.
Máy đóng gói với cơ cấu cấp bao bì được gia công sẵn nhằm đáp ứng các nhu cầu khác nhau của người sảu dụng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Giới thiệu tổng quan về hệ thống
1 Thùng đựng hạt giống 9 Pitong định hình và ép nhiệt
2 Chốt điện mở van thùng hạt giống 10 Pitong mở miệng bao
3 Pitong nâng/ hạ phễu đong 11 Thùng bao bì
4 Cảm biến Loadcell 12 Thanh nhiệt ép hàn miệng bao
5 Chốt điện mở van phễu cân 13 Động cơ cấp bao bì
7 Phễu đong 18 Máng rơi sản phẩm
3.2 Lựa chọn phương án truyền động:
Công đoạn cấp bao bì: Động cơ (13) sẽ lấy bao bì từ thùng bao bì (11), quay 270 độ để đứa bao bì vào vùng cấp giống.
Công đoạn cấp hạt giống: Các chốt điện sẽ mở ra, đóng lại theo tín hiệu từ PLC.
Trong quá trình định hình và ép nhiệt, thanh định hình bao bì phía dưới sẽ được đưa vào trước nhờ vị trí bố trí bên dưới, tạo nền tảng cho quá trình hình thành sản phẩm Sau đó, pitong định hình và ép nhiệt sẽ bắt đầu hoạt động để đảm bảo phần nắp bao chắc chắn và đạt chuẩn Thanh nhiệt ép hàn miệng bao sẽ tiến vào sau do cơ cấu lò xo liên kết phía trước, giúp đồng bộ quá trình hàn kín miệng bao một cách chính xác và hiệu quả.
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.
Sơ đồ khối, sơ đồ mạch điện
Hình 4-3 Sơ đồ khối hệ thống.
Các thành phần của hệ thống điều khiển
4.2.1 Tổng quan về PLC S1200 1214C AC/DC/RLY:
Hình 4-4 PLC S1200 1214C AC/DC/RLY
Số đầu vào PLC IO: 14 DI
Số đầu ra PLC QO: 10 DO
Số đầu vào Analog: 2 AI (0-10V)
4.2.2 Tổng quan về module mở rộng SIMATIC S7-1200 SM 1223:
Hình 4-5 Module mở rộng SIMATIC S7-1200 SM 1223
Số đầu vào PLC IO: 8 DI
Số đầu ra PLC QO: 8 DO
4.2.3 Tổng quan tín hiệu đầu vào PLC:
2 Cảm biến quang (đếm số lượng sản phẩm, phát hiện bao bì trong máng) 1
Cảm biến quang thu phát độc lập (phát hiện hạt giống trong máng)
1 Cảm biến loadcell (định lượng hạt giống vào bao)
1 cảm biến nhiệt độ ( đo nhiệt độ thanh nhiệt ép miệng bao)
8 cảm biến vị trí pitong
2 cảm biến limit switch ( đóng ngắt hành trình động cơ giảm tốc)
1 switch lấy tín hiệu on/off áp suất
Các nút nhấn: RUN/STOP/RESET, switch: AUTO/MANUAL: hiện thị trên HMI+ hiện trường
Hình 4-6 Cảm biến quang E3F-DS10C4 Điện Áp: 6 – 36V DC
Khoảng Cách: 3 – 10cm Đầu ra NPN– Kết Nối
Dây Màu Nâu: 6 -36V (Khuyến cáo dùng 6 -24V DC)
Dây Màu Đen: Tín hiệu NPN thường mở
Cảm biến quang thu phát độc lập:
Hình 4-7 Cảm biến quang thu phát độc lập Omron E3Z E3Z-D61 Điện áp: 6-36V DC
Phát hiện khoảng cách: 5-100mm Đầu ra NPN– Kết Nối
Cảm biến Loadcell + module chuyển đổi tín hiệu KM02A:
Hình 4-8 Cảm biến Loadcell 1kg YZC – 133
Tải trọng: 1Kg Điện áp hoạt động: 5V
Dây xanh lá (ngõ ra +)
Hình 4-9 Module chuyển đổi tín hiệu KM02A
Tín hiệu đầu ra bao gồm :VOUT IOUT GND GND 24V để kết nối trực tiếp với PLC (4-20mA, 0-5V, 0-10V).
Cảm biến nhiệt độ + Bộ chuyển đổ tín hiệu SENECA k109pt:
Hình 4-10 Cảm biến nhiệt độ Pt100, Bộ chuyển đổ tín hiệu SENECA k109pt
Nguồn cấp : nguồn cấp độc lập 19.2 … 30Vdc / 50-60Hz.
Công suất tiêu thụ : 500mW. Điện áp analog : 0-10V , 10-0V , 0-5V ,1-5V
Dòng điện Analog : 0-20mA hoặc 4-20mA dạng Active hoặc Passive
Cảm biến vị trí pitong:
Hình 4-11 Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-U
Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-U chuyên dùng cho các loại xi lanh khí nén Điện áp sử dụng: 5 ~ 240V AC/DC
Là loại sensor thường mở (NO)
Hình 4-12 Công tắc hành trình Omron Z-15GW2-B
Cần có bánh xe và bản lề dài, song song, đầu nối vít, 250VAC, 15A
4.2.4 Tổng quan tín hiệu đầu ra PLC:
4 van khí 5/2 điện tác động 1 bên (tương ứng 4 xi lanh)
2 van khí 3/2 điện (đóng ngắt cho cuốn hút)
1 động cơ DC giảm tốc (cấp bao bì)
2 chốt điện (đóng/ mở luồng chảy hạt giống)
5 đèn báo: 2 đèn chế độ vận hành(auto/manu), 2 đèn run/stop, 1 đèn Alarm: hiện thị trên HMI+hiện trường
Các thiết bị động lực gồm: 1 động cơ giảm tốc 24VDC, 4 Pitong, 1 thanh hàn nhiệt.
Van khi 5/2 tác động 1 bên:
Hình 4-13 Van điện từ khí nén 5/2 AIRTAC 4V210-08 24VDC
Van điện từ khí nén 5/2 AIRTAC 4V210-08 24VDC (1 cuộn hút)
Van khí 3/2 tác động 1 bên:
Hình 4-14 Van điện từ khí nén 3/2 AIRTAC 3V210-08 NC 24VDC
Van điện từ khí nén 3/2 AIRTAC 3V210-08 NC 24VDC (1 cuộn hút)
Hình 4-15 Chốt điện từ JF-Z06
Chốt điện tử kéo bằng nam châm điện với lực kéo 45N hoạt động hiệu quả nhờ dòng điện tiêu thụ chỉ 400mA khi sử dụng điện áp 12VDC Thiết kế chắc chắn với thân vỏ bằng thép, kích thước 50x30x20mm, phù hợp cho các ứng dụng cần độ bền cao Chiều dài tổng thể (kể cả chốt) là 83mm, giúp dễ dàng lắp đặt và vận hành trong các hệ thống an ninh hoặc cửa tự động.
Động cơ giảm tốc 24VDC:
Hình 4-16 Động có chổi than MY1020ZXF 450W 24V Điện áp: DC – 24V
Số vòng quay động cơ: 1800v/p
Số vòng quay sau khi qua hộp số: 400 v/p
Hộp giảm tốc bánh răng kim loại
Hình thức hoạt động: Tác động kép
Lưu chất hoạt động: Khí nén (được lọc với độ hạt tiêu chuẩn 40μm) m) Áp suất vận hành:0.1~0.9Mpa(1~9kgf/cm 2 ) Áp suất tối đa: 1.35Mpa(1.35kgf/cm 2 )
Hoạt động phạm vi tốc độ: 30~800mm/giây
Giảm chấn: giảm chấn linh động
Thanh giảm chấn có thể điều chỉnh: 32
Vật liệu thân: Nhôm nguyên khối
Phớt: hai phớt nâu Nhật Bản
Thanh nhiệt hàn bao: Điện áp: 220V
KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂU CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả đạt được
Nhóm đã thiết kế và mô phỏng thành công máy đóng gói hạt giống tự động trênWINCC.
Nhận xét đánh giá
Mô phỏng trên WINCC còn chưa trực quan.
Chương trình vẫn chưa tối ưu nhất.
Hệ thống đôi lúc vẫn gặp lỗi.
Hướng dẫn phát triển của đề tài
Tăng tốc độ làm việc của máy.
Sử dụng động cơ AC 1 pha, nhằm tăng momen phần cấp phôi
Thay thế tất cả các chốt điện bằng xi lanh nhằm tăng sự ổn định.