Sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội như sự chính xác cao, tốc độ nh
Đặt vấn đề
Hiện nay, có nhiều công nghệ chiết nước vào chai phù hợp với loại chất lỏng như nước có ga, nước không ga, và chất lỏng dạng cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là quá trình đo lượng thể tích nhất định của chất lỏng và rót vào chai, bình, lọ, v.v… Công nghệ định lượng bằng máy được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất thực phẩm nhờ khả năng đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, nâng cao năng suất và chính xác trong việc đo lượng sản phẩm.
❖ Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
- Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai
Phương pháp định lượng bằng chiết rót tới mức cố định đảm bảo chất lỏng trong chai được đổ đầy và sau đó điều chỉnh khối thể tích bù trừ để tạo mức lượng đồng đều Khi đó, mức chất lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng nhất định bất kể thể tích chai có đồng đều hay không Ngoài ra, phương pháp này còn kết hợp sử dụng ống thông hơi, khi chất lỏng được chiết đến khi ngập miệng ống thông hơi thì quá trình dừng lại Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này không cao, phụ thuộc vào độ đồng đều của các chai.
Phương pháp định lượng theo thời gian bằng cách chiết dịch trong một khoảng thời gian xác định giúp đo thể tích chất lỏng chảy vào chai, coi như thể tích không đổi trong quá trình đo Phương pháp này thích hợp cho các sản phẩm có giá trị thấp, không yêu cầu độ chính xác cao trong xác định lượng.
- Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:
Phương pháp rót áp suất thường dựa trên nguyên tắc chất lỏng tự chảy vào trong chai nhờ vào chênh lệch độ cao thủy tinh Tuy nhiên, phương pháp này có tốc độ chảy khá chậm, chỉ thích hợp để xử lý các loại chất lỏng ít nhớt.
Phương pháp rót chân không là cách sử dụng hệ thống hút chân không để nắp chai, giúp chất lỏng chảy tự nhiên vào trong chai nhờ sự chênh lệch áp suất giữa thùng chứa và không khí trong chai Quá trình này đảm bảo lượng chất lỏng được rót chính xác, có thể áp dụng kỹ thuật bù trừ hoặc chiết đầy để đảm bảo đầy đủ và chính xác hơn Phương pháp rót chân không giúp nâng cao hiệu quả đóng gói và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Phương pháp rót đẳng áp là kỹ thuật phù hợp cho các sản phẩm có gas như bia và nước ngọt, giúp duy trì sự tươi ngon của sản phẩm Trong quá trình rót, áp suất trong chai được duy trì cao hơn áp suất khí quyển để ngăn không cho khí CO2 thoát ra khỏi chất lỏng Thông thường, người ta sẽ nạp khí CO2 vào trong chai đến khi đạt áp suất cân bằng với áp suất trong bình chứa, rồi sau đó sử dụng chênh lệch độ cao để dẫn sản phẩm từ bình vào chai một cách liên tục và hạn chế việc mất ga.
1.2 Khả năng ứng dụng của dây chuyền chiết rót
❖ Ứng dụng vào sản xuất
Máy chiết rót tự động nâng cao tốc độ sản xuất vượt trội so với phương pháp thủ công hoặc bán tự động, giúp giảm thiểu nhân công cần thiết Người sản xuất chỉ cần chuẩn bị nguyên liệu đầu vào và cài đặt các thông số, sau đó nhấn nút để máy hoạt động tự động, từ đó tăng năng suất và tiết kiệm thời gian Với loại máy phù hợp, chỉ cần từ 1 đến 2 nhân công để vận hành và đóng gói sản phẩm, giúp tối ưu hóa hiệu quả lao động.
Máy chiết rót tự động không chỉ phù hợp cho nhiều loại dung tích khác nhau mà còn linh hoạt trong việc xử lý các hình dạng và kích thước của chai chứa Chất làm đầy tự động có thể điều chỉnh để đóng các loại sản phẩm đa dạng như dầu nhớt, mỹ phẩm và nhiều loại chất lỏng khác Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ đóng nắp vặn hoặc nắp đóng, phù hợp cho các ngành công nghiệp như bia và thực phẩm.
Thực trạng của các hệ thống chiết rót chai
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai diễn ra vào cuối thế kỷ XIX đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các ngành sản xuất nhờ vào sự hình thành của dây chuyền sản xuất hiện đại và tiêu chuẩn chất lượng cao Nhờ sự tiến bộ trong tự động hóa, các hệ thống sản xuất ngày càng tự động hóa hơn, nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong quy trình làm việc, đánh dấu bước ngoặt lớn trong lịch sử công nghiệp phát triển.
Dây chuyền sản xuất tự động hóa ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, chế tạo ô tô, đặc biệt trong sản xuất và đóng chai các sản phẩm đồ uống Các nhà máy lớn trên thế giới sử dụng công nghệ tự động hóa để nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả trong quá trình sản xuất đồ uống đóng chai Nhờ vào hệ thống tự động, quy trình sản xuất trở nên nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm chi phí, đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng đa dạng.
Hình 1.1: Hệ thống sản xuất nước ngọt có gas của công ty Bidrico
(Nguồn:https://nld.com.vn/hoi-nhap/bidrico-xuat-hang-sang-thi-truong-kho-tinh-
Trong những năm 1990, ngành sản xuất nước uống đóng chai tại Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động đã được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng Thị trường nước đóng chai đang có tốc độ tăng trưởng cao, với tiềm năng phát triển lớn do nhu cầu tiêu thụ vượt xa sản lượng sản xuất, thu hút nhiều công ty với các quy mô khác nhau tham gia và thúc đẩy cạnh tranh Đặc biệt, tự động hóa trong quy trình sản xuất đã trở thành yêu cầu bắt buộc, giúp nâng cao năng suất và đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng cho các doanh nghiệp trong ngành.
Hình 1.2: Một đoạn hệ thống sản suất Aseptic của Tân Hiệp Phát
(Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=SwbdflfkaYo)
Trong ngành đóng gói chất lỏng công nghiệp, máy chiết rót tự động là thiết bị không thể thiếu, giúp duy trì các quy trình từ súc rửa, chiết rót đến đóng nắp một cách hiệu quả Các nhà máy trong lĩnh vực hóa chất, mỹ phẩm, dầu nhớt, dược phẩm, nước uống và thực phẩm đều cần sử dụng máy chiết rót tự động để tiết kiệm nhân công, giảm thiểu thời gian và nâng cao hiệu suất sản xuất Sự đa dạng về mẫu mã và sản phẩm tạo nên cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà cung cấp trong ngành Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích rõ ràng, hệ thống này cũng gặp phải một số nhược điểm và thách thức cần được xử lý để tối ưu hóa hoạt động.
Thực trạng của hệ thống hiện nay:
Chi phí vận hành và tiêu thụ điện năng là những yếu tố quyết định ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận kinh doanh Lựa chọn máy móc tiêu thụ ít điện năng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và tăng lợi nhuận Để đạt được điều này, cần tìm hiểu kỹ các loại máy và thực hiện thử nghiệm mức độ tiêu thụ điện của từng thiết bị Các sản phẩm vận hành tốt, tiết kiệm năng lượng sẽ giúp doanh nghiệp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả hoạt động Trong đó, hệ thống chiết rót tự động là lựa chọn phù hợp hơn nhờ vào khả năng tiêu thụ năng lượng tối ưu và vận hành ổn định.
5 với các xí nghiệp, nhà máy lớn… Vẫn có các loại máy chiết rót mini để các doanh nghiệp, hộ gia đình có thể cân nhắc sử dụng
Hệ thống chiết rót tự động có mức giá thành khá cao, đòi hỏi doanh nghiệp cần cân nhắc kỹ lưỡng về khả năng chi trả trước khi lựa chọn Mặc dù chi phí đầu tư lớn, nhưng đây là giải pháp tối ưu dành cho các doanh nghiệp sản xuất quy mô lớn, giúp nâng cao hiệu quả và tiết kiệm thời gian trong quá trình chiết rót Do đó, việc ước lượng chính xác khả năng tài chính của doanh nghiệp là rất quan trọng để chọn ra sản phẩm phù hợp và đảm bảo lợi ích lâu dài.
Thông thường các hệ thống chiết rót tự động sẽ hạn chế chiết rót các dung dịch có thành phần lẫn chất rắn ở bên trong hoặc quá đặc
Sau khi vận hàng hoạt động hệ thống, đơn vị sản xuất sẽ tốn rất nhiều thời gian để vệ sinh máy
3 Tổng quan về các hệ thống chiết rót chai tự động
Hiện nay, nhờ vào sự ứng dụng của các khóa học kỹ thuật, thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng phát triển hiện đại hơn Công nghệ tự động ngày càng tiên tiến, tạo ra dây chuyền sản xuất và thiết bị máy móc hiện đại với tốc độ nhanh, khả năng thích ứng linh hoạt, tính chuyên môn hóa cao và hoạt động liên tục với độ chính xác tuyệt đối Những tiến bộ này đã và đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại, góp phần nâng cao hiệu suất sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Trong thời đại công nghệ 4.0, quá trình tự động hóa công nghiệp đóng vai trò thiết yếu trong sự phát triển của quốc gia Các quốc gia phát triển như Mỹ và Nhật Bản đã áp dụng tự động hóa rộng rãi, giúp thay thế lao động chân tay bằng các máy móc hiện đại Nhờ đó, số lượng công nhân trong nhà máy giảm đi rõ rệt, chuyển sang các lao động có trình độ kỹ thuật cao, kỹ sư điều khiển và giám sát quá trình sản xuất qua máy tính.
Khi đời sống người dân ngày càng nâng cao và nhu cầu tiêu dùng tăng cao, các sản phẩm thực phẩm, đồ uống như bia, rượu, nước giải khát và mỹ phẩm thường được đóng gói trong các bao bì dạng chai lọ để đảm bảo chất lượng và tiện lợi Các loại bao bì này nổi bật với nhiều ưu điểm như giá thành hợp lý, độ bền cao, tính thẩm mỹ cao, góp phần nâng cao trải nghiệm người tiêu dùng Việc lựa chọn bao bì chai lọ phù hợp không chỉ giúp bảo quản sản phẩm tốt hơn mà còn tạo sự chuyên nghiệp và thu hút khách hàng, thúc đẩy doanh số bán hàng hiệu quả.
Hệ thống chiết rót và đóng chai tự động dễ sản xuất, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp Chính điều này khiến các hệ thống này được sử dụng phổ biến với nhiều chủng loại khác nhau, phù hợp cho nhiều quy trình sản xuất khác nhau Hầu hết các nhà máy và xí nghiệp sản xuất dung dịch hiện nay đều trang bị dây chuyền chiết rót tự động để nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Sử dụng hệ thống chiết rót tự động giúp doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể nhân công, giảm chi phí lao động và tăng hiệu quả sản xuất Hệ thống này còn giúp tiết kiệm thời gian, nâng cao công suất làm việc nhanh chóng và chính xác hơn so với phương pháp thủ công Các lợi ích nổi bật của việc áp dụng hệ thống chiết rót tự động bao gồm tăng năng suất, giảm thiểu sai sót và tối ưu hóa quy trình đóng gói sản phẩm Đây là giải pháp tối ưu cho doanh nghiệp muốn nâng cao hiệu quả vận hành và cạnh tranh trên thị trường.
Đầu chiết rót có thiết kế đặc biệt, nâng chiết và hạn chế tình trạng kéo dài hoặc nhỏ giọt ra ngoài, giúp đảm bảo vệ sinh và tiết kiệm nguyên liệu Thiết kế này còn giúp người dùng dễ dàng đổi nguyên liệu nhiều màu sắc khác nhau, nâng cao hiệu quả sử dụng và trải nghiệm tiện lợi.
Máy chiết tự động được chế tạo từ nguyên liệu cao cấp như inox cao cấp và thép không gỉ, giúp chống ăn mòn hiệu quả Nhờ vào chất liệu này, thiết bị vận hành ổn định và bền bỉ, kể cả trong môi trường khắc nghiệt nhất Điều này đảm bảo máy luôn hoạt động tốt và hiệu suất cao khi sử dụng trong các điều kiện khác nhau.
Hệ thống điều khiển linh hoạt, dễ sử dụng và hiện đại giúp vận hành máy tự động chỉ với vài thao tác, giảm thiểu cần giám sát Điểm nổi bật của hệ thống là khả năng giảm thiểu sự tham gia của con người vẫn đảm bảo công suất và chất lượng sản phẩm chiết rót Nhờ đó, doanh nghiệp có thể tiết kiệm tối đa chi phí sản xuất, nhiên liệu và chi phí thuê nhân công.
Hệ thống chiết rót giúp nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách cung cấp tốc độ sản xuất nhanh hơn so với phương pháp thủ công Ngoài ra, hệ thống này đảm bảo tính đồng nhất và chính xác cao hơn trong quá trình đóng chai, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về chất lượng sản phẩm.
Các kết quả đạt được trong đề tài
❖ Hoàn thành xây dựng, thiết kế, lắp ráp các cơ cấu cơ khí
❖ Xây dựng hoàn thiện cho chương trình điều khiển PLC và đưa vào vận hành hệ thống
❖ Có khả năng lập trình và hiểu được nguyên lý vận hành của PLC trong thực tế
❖ Tính toán và chọn được động cơ phù hợp cho băng tải và hệ thống cấp chai
❖ Hiểu được nguyên lý hoạt động và đối tượng áp dụng của cảm biến và xy lanh trong thực tế
❖ Có khả năng chỉnh sửa và khắc phục băng tải
Giới thiệu về hệ thống tự động
Tự động hóa (điều khiển tự động) là công nghệ sử dụng hệ thống điều khiển tự động để vận hành các thiết bị máy móc trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người Các hệ thống tự động này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như dây chuyền sản xuất, hệ thống nồi hơi, lò nhiệt, mạng điện thoại, hệ thống ổn định tàu thủy và máy bay, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong vận hành.
Hình 2.1: Dây chuyền sản xuất bia
Hệ thống tự động hóa tổng hợp đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất bia, đảm bảo tính liên tục, nhịp điệu, tỷ lệ và song song của các dòng vận động Mức độ tự động hóa của một nhà máy không phải luôn luôn là tối đa mà cần xác định mức phù hợp dựa trên điều kiện cụ thể, nhằm tối ưu hóa số lượng sản phẩm, đảm bảo chất lượng gia công cao nhất và giảm thiểu chi phí Thuật ngữ "tự động hóa" được lấy cảm hứng từ các máy tự động và chưa trở nên phổ biến trước năm 1947, thời điểm Ford thành lập bộ phận tự động hóa.
11 thời gian này ngành công nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã được giới thiệu trong những năm 1930
Tự động hóa ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào các phương tiện như cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính, thường được kết hợp để tối ưu hóa hoạt động Các hệ thống tự động phức tạp, như nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thủy, thường sử dụng sự tích hợp của nhiều kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất và độ chính xác Đầu tư vào tự động hóa giúp giảm thiểu công lao động thủ công, nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
2.1.2 Vai trò của hệ thống tự động
Tự động hóa các quá trình sản xuất giúp giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, phù hợp với các quy luật kinh tế tác động đến quá trình sản xuất Nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm thúc đẩy việc tăng độ phức tạp trong gia công, làm tăng chi phí về đào tạo nhân công, đội ngũ và trang thiết bị Chính những yếu tố này là động lực chính thúc đẩy sự phát triển của tự động hóa trong sản xuất.
Tự động hóa trong sản xuất giúp nâng cao điều kiện làm việc và tăng hiệu quả công việc Các quy trình tự động loại bỏ các khó khăn do lao động thủ công, giảm thiểu rủi ro và sai sót, từ đó nâng cao năng suất Đồng thời, tự động hóa cải thiện môi trường làm việc cho công nhân, đặc biệt ở các công đoạn độc hại, nặng nhọc, và có tính lặp đi lặp lại gây nhàm chán.
Quá trình tự động hóa trong sản xuất giúp đáp ứng cường độ sản xuất lớn, dễ dàng thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi đơn hàng, từ đó nâng cao hiệu quả và linh hoạt trong hoạt động sản xuất Công nghệ tự động hóa là yếu tố then chốt để các nhà sản xuất có thể đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu thị trường và duy trì khả năng cạnh tranh vượt trội.
2.1.3 Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động
Các mối đe dọa an ninh đối với hệ thống tự động ngày càng gia tăng do khả năng giới hạn của trí thông minh nhân tạo, khiến hệ thống dễ mắc lỗi ngoài phạm vi kiến thức dự đoán Điều này đặt ra các thách thức lớn về an ninh mạng và yêu cầu các biện pháp phòng ngừa phù hợp để bảo vệ dữ liệu và hệ thống khỏi các mối đe dọa tiềm ẩn.
Chi phí phát triển tự động hoá thường khó đoán trước, vì các nghiên cứu và phát triển có thể vượt quá ngân sách dự kiến ban đầu Điều này gây ra rủi ro về chi phí và ảnh hưởng đến khả năng lập kế hoạch tài chính của doanh nghiệp Đầu tư vào tự động hoá cần cân nhắc kỹ lưỡng để tránh vượt quá ngân sách và đảm bảo hiệu quả đầu tư.
Chi phí ban đầu của tự động hóa sản phẩm mới thường khá cao do yêu cầu đầu tư lớn để triển khai hệ thống tự động Tuy nhiên, chi phí này có thể được phân chia qua nhiều sản phẩm và thời gian, giúp giảm thiểu tác động lâu dài Đầu tư ban đầu cao là một thách thức, nhưng mang lại lợi ích về mặt tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất trong dài hạn.
Các thiết bị đang sử dụng trên thị trường
Máy chiết rót thủ công là thiết bị không dùng điện, vẫn đảm bảo khả năng chiết rót chính xác Thiết bị này rất dễ sử dụng, phù hợp cho các hoạt động thủ công nhỏ lẻ hoặc sản xuất quy mô vừa phải Với thiết kế đơn giản, chỉ cần 1-2 người vận hành là đã hoàn thành quá trình chiết rót sản phẩm nhanh chóng và hiệu quả.
Máy chiết rót trong ngành thực phẩm thường dùng để đóng các loại nước giải khát, nước trái cây, bia, rượu, nước có ga, sữa, mức và các dung dịch thực phẩm từ loãng đến sệt vào chai thủy tinh, chai PET, Thiết bị này chủ yếu dựa vào sức lao động của con người để vận hành và đảm bảo quá trình đóng gói nhanh chóng, chính xác Việc sử dụng máy chiết rót giúp tăng năng suất, giảm thiểu sai sót, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường thực phẩm và đồ uống.
❖ Ưu điểm và nhược điểm:
• Dễ làm, đơn giản, an toàn cho môi trường và con người
• Ít tốn kém chi phí
• Tốn rất nhiều thời gian và công sức
• Sản phẩm không chính xác hoàn toàn
Máy chiết rót tự động hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản: lượng chất lỏng chảy qua một đường dẫn sẽ luôn giữ nguyên trong một khoảng thời gian cố định, với áp suất không đổi Tất cả các quá trình vận hành của máy được điều chỉnh và cài đặt tự động thông qua bộ đếm thời gian và bộ điều khiển PLC Hệ thống van chiết rót sử dụng khí nén để đảm bảo quá trình đóng mở chính xác, kết hợp với van tiết lưu kiểm soát dòng chảy giúp duy trì tốc độ rót ổn định Đặc biệt, tốc độ chiết rót có thể điều chỉnh linh hoạt tùy theo nhu cầu sản xuất.
Phương pháp này được hoạt động chủ yếu bằng máy móc tự động
❖ Ưu điểm và nhược điểm:
• Nâng cao tốc độ sản xuất
• Đảm bảo độ chính xác, định lượng đồng đều
• Tính linh hoạt khi thay đổi yêu cầu đóng chai
• Dễ dàng điều khiển, vận hành
• Nâng cấp dễ dàng đáp ứng nhu cầu sản xuất
• Nâng cao sức cạnh tranh
• Tốn kém rất nhiều chi phí
2.2.3 Thiết bị bán tự động
Máy chiết rót bán tự động kết hợp giữa bộ điều khiển tiên tiến và thao tác thủ công của người dùng, đảm bảo hiệu quả và chính xác trong quá trình đóng gói Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đồ uống, thực phẩm, dược phẩm và hóa mỹ phẩm, phục vụ các sản phẩm như nước đóng chai, rượu, nước hoa quả, dầu gội và sữa tắm Nhờ ưu điểm linh hoạt và tiết kiệm chi phí, máy chiết rót bán tự động ngày càng trở thành lựa chọn phổ biến cho các nhà sản xuất quy mô vừa và nhỏ.
Mục tiêu
Hệ thống chiết rót chai tự động giúp giảm thiểu sức lao động của con người trong quá trình sản xuất và nâng cao hiệu quả công việc Nhờ vào tính năng tự động, hệ thống này hoạt động liên tục trong nhiều giờ mà không cần nghỉ ngơi, góp phần đẩy nhanh tiến độ sản xuất Sự ra đời của các hệ thống tự động ngày càng đa dạng nhằm đảm bảo quá trình chiết rót chính xác hơn, tiết kiệm nhân lực và nâng cao năng suất Chính vì những lợi ích vượt trội đó, đề tài “Chiết rót chai tự động” hướng đến việc giảm bớt công lao động thủ công và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Các khâu trong hệ thống chiết rót tự động
Phần cơ khí của hệ thống “Chiết rót chai tự động” được thiết kế chắc chắn, ổn định và chính xác, giúp hạn chế lỗi trong quá trình vận hành Hệ thống gồm ba bước chính, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy cao trong quá trình chiết rót tự động Thiết kế cơ khí chính xác góp phần nâng cao hiệu suất vận hành và giảm thiểu thời gian bảo trì, tối ưu hóa quy trình sản xuất.
- Khâu cấp chai: Chai được đặt trong hộp và xylanh đẩy chai vào băng tải
- Khâu chiết rót: Chai được chạy vào 2 cảm biến và 2 van chiết rót đẩy xuống và chiết rót
- Khâu thành phẩm: Sau khi chai được bơm đầy và sẽ được di chuyển tới cuối băng tải và lấy ra
Phần điện của mô hình: Nguồn điện chính gồm 3 loại nguồn chính là:
- Nguồn điện 24V cung cấp cho PLC chính, các cảm biến, đèn báo, van nén khí, động cơ băng tải
- Nguồn điện 12V cung cấp cho bơm mini
Phần tủ điện của hệ thống được thiết kế gọn gàng, an toàn và kết nối chính xác, đảm bảo vận hành hiệu quả Thiết kế ngăn nắp và dễ dàng truy cập giúp quá trình vận hành, bảo trì và sửa chữa trở nên thuận tiện hơn, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Nội dung nghiên cứu
Ở đề tài “ Thiết kế và phát triển hệ thống chiết rót chai tự động” chúng em tiến hành nghiên cứu các nội dung như sau:
1 Nội dung 1: Tìm hiểu các mô hình hiện có, phân tích đặc điểm, từ đó lựa chọn giải pháp cho đề tài
2 Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối, lựa chọn linh kiện phù hợp cho đề tài
3 Nội dung 3: Thiết kế về phần cơ khí hệ thống
4 Nội dung 4: Thi công hệ thống
5 Nội dung 5: Kết quả đạt được
6 Nội dung 6: Đánh giá kết quả thực hiện và đề ra phương án phát triển
Bố cục đề tài
Trong báo cáo, nhóm em đã nghiên cứu và trình bày một cách logic nhằm giúp người đọc dễ dàng hiểu rõ phương thức và cách thức hoạt động của đề tài.
Bố cục của bản báo cáo được nhóm chia thành 6 chương:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài
Chương 2: Tổng quan giải pháp Chương này tập chung vào những lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm kiến thức, thiết bị sử dụng trong hệ thống như nguồn, cảm biến, van điện từ
Chương 3: Phương pháp giải quyết Chương này dựa vào những kiến thức đã học đưa ra cách làm tốt nhất để làm tốt nhất để hoàn thành đề tài
Chương 4: Tính toán và thiết kế hệ thống Chương này sẽ đi trình bày một cách chi tiết về mô hình của hệ thống bao gồm sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống Tiếp đến là sẽ đi thiết kế hệ thống
Chương 5: Thi công hệ thống Dựa trên thiết kế hệ thống, tiến hành thi công phần cứng và phần mềm cho hệ thống Từ đó đưa ra quy trình vận hành của hệ thống
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài Chương này tóm lược lại những gì đã làm được và những hạn chế đồng thời đánh giá cho hệ thống từ đó đưa ra các giải pháp cũng như hướng phát triển mới cho đề tài
Phương án giải quyết
Chúng tôi còn thiếu kinh nghiệm trong việc chế tạo mô hình thực tế, dẫn đến gặp nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế, chế tạo và kết nối các linh kiện của sản phẩm lại với nhau.
Nhóm em đã áp dụng ba phương pháp chính trong dự án của mình Đầu tiên, phương pháp mô phỏng bằng mô hình nhỏ dựa trên lý thuyết để thiết kế và chế tạo mô hình thực tế Thứ hai, phương pháp tính toán nhằm lựa chọn linh kiện phù hợp và điều chỉnh các thông số để đảm bảo mô hình hoạt động chính xác Cuối cùng, phương pháp chiết rót định lượng sử dụng bình định mức để đảm bảo lượng chất lỏng được định lượng chính xác trước khi đưa vào chai, tăng tính chính xác và hiệu quả của quá trình sản xuất.
Hình 3.1: Hộp đựng chai của mô hình chiết rót
Hộp được làm từ chất liệu nhôm nên sẽ rất bền và chắc chắn, sử dụng một xylanh ngàm đẩy chai và một cảm biến được phát hiện chai
- Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến phát hiện chai thì xylanh được cấp khí sẽ đẩy chai từ từ vào băng tải để cấp chai vào
• Dự kiến mô hình hệ thống
Hình 3.2: Mô hình dự kiến
(Nguồn: https://www.youtube.com/watch?v=SGNZQpJZiUI)
Hình 3.3: Mô hình hệ thống thực tế
Ứng dụng công nghệ tiên tiến giúp nước được chiết rót đảm bảo chất lượng và giảm thất thoát trong quá trình sản xuất Hệ thống van chiết rót bằng nhôm có chất lượng cao, độ chính xác cao, đảm bảo quy trình chiết rót ổn định và hiệu quả Khi chiết rót, chai được đẩy vào băng tải, cảm biến nhận diện chính xác vị trí, còn hai van được xi-lanh đẩy xuống để tiến hành chiết rót nhanh chóng và chính xác.
Hệ thống mở van khí đồng thời thực hiện 18 hoạt động nhờ các xi lanh khí chính xác và đồng bộ Các ống lót chống ăn mòn trong hệ thống ống dẫn đảm bảo khả năng làm việc bền bỉ và hiệu quả trong thời gian dài, nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống khí nén.
Hệ thống cấp chai cảm biến hoạt động chính xác nhờ cảm biến 1 phát hiện chai và đẩy chai vào băng tải Chai đi qua hai cảm biến 2 và 3, thanh chặn sẽ đẩy ra đồng thời và kích hoạt hai xy-lanh để đẩy van xuống, bắt đầu quá trình chiết rót theo thời gian Sau khi chai đầy, hai xy-lanh nâng lên, thanh chặn mở ra và đẩy chai ra ngoài, đảm bảo quy trình vận hành hiệu quả.
Thiết kế cơ khí
Hình 4.7: Thiết kế cơ khí trên solidwork 4.2.1 Thiết kế bản vẽ
Hình 4.8: Kích thước mặt trước của mô hình
Hình 4.9: Kích thước mặt bên của mô hình
Hình 4.10: Kích thước mặt trên của mô hình
Tính toán, lựa chọn các linh kiện thiết bị cơ khí và dụng cụ, công cụ lắp ráp 27
Do hệ thống chỉ phải di chuyển các dạng chai chai nhỏ nên ta chọn một số thông số:
- Độ rộng băng tải: 100 mm
- Chiều dài băng tải: 700 mm
- Dạng truyền dẫn đơn: góc ôm 180 độ
- Dòng di chuyển là liên tục và tự nhiên nên góc di chuyển chọn 2 o
- Tỷ số truyền của puly theo thực tế là u= 1:3
Băng tải nằm ngang nên sử dụng hệ puly trục 5 mm ở hai đầu để truyền lực hiệu quả Việc chọn loại puly phù hợp giúp đảm bảo hoạt động ổn định của băng tải và dễ dàng lấy các cặp puly mô hình trên thị trường Điều này góp phần tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống băng tải ngang.
Nhược điểm: Bề mặt băng tải trơn trượt
Xác định công suất động cơ:
- Công suất trên trục công tác: Pt = 𝐹.𝑣
• F là lực kéo băng tải
- Để băng tải chạy được và kéo được các vật trên nó thì F > Fms
Với m = 3 kg là khối lượng tối đa của vật trên băng tải
- Khi đó công suất cần thiết của động cơ là: Pct = 1
- Xác định số vòng quay:
Từ đó: Ta chọn Động Cơ Giảm Tốc Trục GB37-3530
Hình 4.12: Động Cơ Giảm Tốc Trục JGB37-520
(Nguồn:https://www.thegioiic.com/gb37-3530-dong-co-giam-toc-24vdc-60-rpm- truc-6mm)
Hình 4.13: Cấu tạo động cơ giảm tốc
(Nguồn: https://www.thegioiic.com/gb37-3530-dong-co-giam-toc-24vdc-60-rpm- truc-6mm) Điện áp làm việc 24 VDC Đường kính trục 6 mm
Chiều dài động cơ 59 mm Đường kính động cơ 37 mm
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc
Một số thông số kĩ thuật yêu cầu của xy lanh này như sau:
- Theo thiết kế cơ khí ta chọn xylanh có hành trình L = 50 mm và L = 100 mm
- Đường kính ngoài xylanh D mm
- Đường kính trục xylanh d = 4 mm
- Chế độ làm việc: làm việc êm
Theo công thức tính lực ở hành trình tiến của xylanh:
– F: là lực tạo ra ở đầu cần piston (N)
– p: là áp suất làm việc của xy lanh (bar)
– D: là đường kính trong của xy lanh (m)
• Tính toán diện tích đỉnh pittong, phía có đỉnh pittong
• Trong đó: D là đường kính xy lanh (mm) d là đường kính cần pittong (mm)
Máy nén khí thông dụng thường hoạt động với áp suất khí nén khoảng 6 bar (tương đương 6 kg/cm²), đảm bảo hiệu suất làm việc ổn định Với hiệu suất η = 0,8, lực đẩy sinh ra ở hành trình đi của xy lanh được tính bằng công thức Fđ = η × P × A, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và nâng cao hiệu quả của hệ thống khí nén.
Fđ = 0,8.6.2,01 = 9,648 (kg) o Lực đẩy sinh ra ở hành trình đi về của pittong: Fv = η P.A 1
- Tính toán lượng khí tiêu thụ
• Lượng khi tiêu thụ của xy lanh được tính theo công thức:
Trong bài viết này, chúng ta tập trung vào các thông số quan trọng của hệ thống xy lanh, bao gồm số hành trình khép kín trên đơn vị thời gian (n), đường kính xy lanh (D = 1,6 cm), hành trình xy lanh (L = 7,5 cm), đường kính cần pittong (d = 0,4 cm), và tỉ số nén (i) được xác định bằng công thức i = 1,013 + P_bar, phản ánh ảnh hưởng của áp suất khí quyển đến hiệu suất nén của hệ thống Các thông số này đóng vai trò chủ đạo trong việc thiết kế và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống xy lanh, góp phần nâng cao hiệu quả và độ bền của thiết bị.
Lượng khí tiêu thụ là: Q= 162,966 (cm 3 /lần)
Mã sản phẩm: Xylanh MAL 16X75 , Xylanh 16x100
(Nguồn: https://bom.so/aXTzLS)
(Nguồn: https://shopee.vn/Xi-lanh-kh%C3%AD-n%C3%A9n-MAL-16x100- i.156599782.4237446664)
Gồm Hai Phần Chính: Phần Tĩnh và Phần Động
Phần Tĩnh gồm có 3 phần:
• Thân xy lanh: Chứa piston và khoang áp suất
• Đuôi xy lanh: Thông dụng nhất là tiện ren, lỗ nhỏ để gá lắp
• Đầu xy lanh: Tiện ren, đai ốc lục giác để gá lắp
Phần Động Chỉ có ty xy lanh
- Đầu ty xy lanh tiện ren, đai ốc lục giác nhỏ để gá lắp
- Thân Ty xy lanh gắn liền với piston xy lanh
Kích thước piston xy lanh quyết định đến lực đẩy cộng lực kéo, đường kính ty xy lanh là phần chịu lực
Xy lanh một chiều - tác động đơn
Xy lanh một chiều hoạt động theo nguyên lý cấp khí vào cổng vào ở đuôi xy lanh để đẩy piston di chuyển, kéo theo ty xy lanh đi ra ngoài Trong quá trình này, lò xo bên trong xy lanh sẽ bị nén lại để đảm bảo hoạt động chính xác Khi ngừng cung cấp khí vào cổng vào, áp suất bên trong xy lanh sẽ giảm về bằng không, giúp piston ngừng chuyển động một cách dễ dàng.
Lúc đó lò xo bị nén sẽ đẩy piston về vị trí ban đầu Kết thúc một chu trình hoạt động
Cảm biến tiệm cận là thiết bị giúp phát hiện các vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp Nó chuyển đổi các tín hiệu liên quan đến sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện tử để xử lý và điều khiển Cảm biến này ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa và sản xuất để nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình kiểm soát.
Có tới ba hệ thống chính giúp phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này, bao gồm hệ thống cảm biến sử dụng dòng điện xoay chiều phát ra từ các vật thể bằng kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống cảm biến dựa trên sự thay đổi trong điện dung khi vật thể đến gần, và cuối cùng là hệ thống cảm biến nam châm cùng hệ thống chuyển mạch cộng, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong quá trình nhận diện vật thể.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên sự thay đổi của từ trường do cuộn dây tạo ra khi tiếp xúc với vật thể kim loại Khi vật thể kim loại xuất hiện trong vùng cảm biến, từ trường này sẽ biến đổi, cho phép cảm biến xác định sự hiện diện của vật thể kim loại chính xác Chính vì vậy, cảm biến chỉ có khả năng phát hiện các vật thể kim loại, không phản ứng với các vật thể phi kim loại.
Cảm biến phát hiện vật thể
Không tiếp xúc với vật thể cần phát hiện
Thời gian phản xạ nhanh Độ ổn định cao, có thể hoạt động trong thời gian dài
Lựa chọn cảm biến NPN E3F-DS30C4 -(NO)- 5-30 cm - G2H5
Hình 4.16: Cảm biến tiệm cận NPN E3F-DS30C4
(Nguồn: https://www.alibaba.com/product-detail/M18-Threaded-cylindrical-
Hình 4.17: Cấu tạo của cảm biến tiệm cận
(Nguồn: https://www.alibaba.com/product-detail/M18-Threaded-cylindrical-
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận
Bơm là thiết bị dùng để vận chuyển và tăng năng lượng của dòng môi chất, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn Khi bơm hoạt động, năng lượng từ động cơ sẽ được chuyển hóa thành năng lượng để đẩy môi chất qua hệ thống Việc chuyển đổi năng lượng này là yếu tố then chốt đảm bảo dòng chảy ổn định và hiệu suất tối ưu của toàn bộ hệ thống.
Khoảng cách phát hiện Điện áp làm việc
Nhiệt độ làm việc Đầu ra Giá sản phẩm
36 thế năng, động năng và trong một chừng mực nhất định thành nhiệt năng của dòng môi chất
Hình 4.18: Máy bơm nước mini R385
(Nguồn: https://www.thegioiic.com/r385-may-bom-nuoc-12v-1-2l-phut) Điện áp hoạt động 12VDC
Công suất 4,8 W Áp suất đầu vào 0,3 Mpa
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của máy bơm 4.3.5 Van điều khiển xylanh
Yêu cầu lựa chọn: kiểm soát được dòng chảy chất khí của xy lanh
Ta lựa chọn van điện từ khí nén 3/2 AIRTAC 3V110-06-NC có 3 cổng, 2 vị trí và một đầu coli điện
Hình 4.19: Van điều khiển 3V110-06-NC
(Nguồn: https://https://khinenthuanhung.vn/van-dien-tu-khi-nen-airtac-3v110-06- van-khi-nen-3-2/)
Hình 4.20: Cấu tạo của Van điều khiển
(Nguồn: https://khinenthuanhung.vn/van-dien-tu-khi-nen-airtac-3v110-06-van-khi- nen-3-2/)
Hãng sản xuất Điện áp
Kích thước ống xả Áp suất hoạt động
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của van điều khiển 4.3.6 Máy nén khí
(Nguồn: https://by.com.vn/6E2GF7) Điện áp Công suất Dây dẫn điện
Lưu lượng khí Áp suất hơi tối đa
Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật của máy nén khí
4.3.7 Dụng cụ và công cụ cần thiết cho lắp ráp
KÌM BẤM COS ĐA NĂNG
Hệ thống điều khiển
4.4.1 Xác lập các chức năng điều khiển, sơ đồ khối hệ thống, lưu đồ giải thuật
4.4.1.1 Xác lập các chức năng điều khiển
Cài đặt số lượng chai chiết rót
- Cài đặt thời gian chiết rót
- Cài đặt thời gian chờ đẩy chai
- Reset số lượng chai đã chiết rót
- Start khởi động hệ thống
SST Thiết bị Type Address
Bảng 4.6: Ngõ ra vào của plc
PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình, giúp thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Bộ điều khiển PLC đáp ứng các yêu cầu về tự động hóa, độ chính xác và độ linh hoạt trong hệ thống điều khiển công nghiệp Với khả năng lập trình dễ dàng và hiệu quả, PLC thường được sử dụng trong các lĩnh vực tự động hóa sản xuất và điều khiển thiết bị.
- Lập trình dễ dàng do ngôn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo trì
- Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hệ thống điều khiển tin cậy trong môi trường công nghiệp
- Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các mô đun mở rộng
❖ Bộ điều khiển lập trình PLC FX1S
Hình 4.22: PLC FX1S thực tế
(Nguồn: https://codienhaiau.com/product/bo-dieu-khien-lap-trinh-plc-mitsubishi- fx1s-30mr-001/) Đặc điểm chung của dòng PLC FX1S:
Hệ thống PLC hỗ trợ tới 256 điểm I/O trực tiếp, cùng với khả năng kết nối thêm 256 điểm I/O từ xa thông qua mạng CC-Link, giúp tổng số điểm I/O có thể lên đến 384 điểm Điều này tối ưu hóa khả năng mở rộng và linh hoạt trong điều khiển tự động công nghiệp.
Khối/thiết bị mở rộng I/O của dòng FX2N có khả năng kết nối linh hoạt, hỗ trợ tối đa 8 khối hoặc thiết bị chức năng FX0N, FX2N, và FX3U, trong đó duy nhất dòng FX0N-3A có thể kết nối được FX1S phù hợp để làm việc với các module analog và bộ điều khiển nhiệt độ nhằm mở rộng chức năng hệ thống tự động hóa Phần mềm lập trình như GX Works2 và GX Developer cho phép người dùng chuyển đổi chương trình từ xa và giám sát hoạt động của PLC một cách dễ dàng qua kết nối modem với bảng mở rộng RS-232C và bộ điều hợp truyền thông mở rộng RS-232C, nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống tự động.
Trong ngành công nghiệp hiện đại, bộ điều khiển lập trình PLC là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống điều khiển tự động hóa PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ tự động hóa sản xuất đến các lĩnh vực không chuyên, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình điều khiển.
- Điều tốc cho máy bơm,
- Dây chuyền sản xuất, đóng gói, băng tải
Mức 0: tương đương với 0 V hoặc mạch hở
Tín hiệu tương tự: Là tín hiệu liên tục từ 0 – 10 V hoặc 4 – 20 mA Thông số cơ bản của PLC FX1S
Cấu trúc bộ nhớ CPU:
- Vùng chứa chương trình ứng dụng
- Vùng chứa tham sốc của hệ điều hành và chương trình ứng dụng
- Vùng chứa các khối dữ liệu
Bộ điều khiển lập trình FX1S-30MR-001
Hình 4.23: Bộ điều khiển FX1S-30MR
Bộ CPU với 30 I/O: 16 đầu vào và 14 đầu ra relay
Tích hợp cổng RS232C, RS 485
Cáp kết nối FX-USB-AW, USB-SC09, USB-SC09
Hình 4.24: Phân bố và đi dây I/O thiết bị ngoại vi
(Nguồn: https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/satellite/data/jy997d57501c.pdf)
Hình 4.25: Mạch đấu nối của PLC 4.4.3 Tính chọn thiết bị điện, điều khiển
- Nhiệm vụ: Có chức năng dùng để báo hiệu
- Mã sản phẩm: 22 YW1P-1EQM3G Idec
Hình 4.26: Đèn báo 22 YW1P-1EQM3G Idec
(Nguồn: https://hoplongtech.com/products/yw1p-1eqm3g)
Hình 4.27: Thông số kĩ thuật của đèn báo
Rơ le trung gian là một loại nam châm điện tích hợp hệ thống tiếp điểm, giúp chuyển đổi trạng thái của mạch điện một cách an toàn và hiệu quả Còn gọi là rơ le kiếng, thiết bị này hoạt động như một công tắc chuyển đổi, điều khiển các thiết bị điện tử hoặc mạch điều khiển trong hệ thống tự động hóa Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định và an toàn cho toàn bộ hệ thống điện.
Rơ le 48V hoạt động dựa trên nguyên lý của công tắc điện, có hai trạng thái chính là ON và OFF Trạng thái của rơ le phụ thuộc vào việc dòng điện có chạy qua thiết bị hay không, giúp kiểm soát hoạt động của hệ thống một cách chính xác và an toàn.
- Rơ le trung gian 14 chân
Cấu tạo của role trung gian
Thiết bị nam châm điện được thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây, trong đó cuộn dây có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp hoặc cả hai loại kết hợp Lõi thép động được gắn kết chắc chắn bằng lò xo và định vị chính xác bằng vít điều chỉnh, giúp đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị Cơ chế tiếp điểm của nam châm điện bao gồm tiếp điểm nghịch và tiếp điểm thuận, góp phần điều chỉnh và kiểm soát dòng điện hiệu quả.
Nguyên lý hoạt động của role trung gian
Khi dòng điện chạy qua rơ le, nó tạo ra một từ trường hút mạnh mẽ, tác động lên đòn bẩy bên trong làm mở hoặc đóng các tiếp điểm điện Quá trình này giúp rơ le thay đổi trạng thái hoạt động, đóng hoặc mở mạch điện theo thiết kế Số lượng tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là một hoặc nhiều, tùy thuộc vào kiểu loại của rơ le.
Rơ le có hai mạch độc lập hoạt động cùng nhau để điều khiển thiết bị Một mạch chịu trách nhiệm điều khiển cuộn dây của rơ le, xác định việc dòng điện có chạy qua hay không, qua đó điều khiển rơ le ở trạng thái ON hoặc OFF Mạch còn lại kiểm soát dòng điện mà chúng ta cần điều khiển xem có thể qua rơ le hay không, dựa trên trạng thái ON hoặc OFF của rơ le, đảm bảo quá trình vận hành chính xác và an toàn.
Rơle trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tiếp mạch điện, giúp điều khiển các thiết bị khác một cách an toàn và chính xác Nó thường được sử dụng để điều khiển động cơ băng tải, cấp chai, bơm nước và van điện từ Việc sử dụng rơle trung gian giúp tăng độ tin cậy và hiệu suất hoạt động của hệ thống tự động hóa.
Mã sản phẩm: Role trung gian MY2N-GS 24VDC Omron
Hình 4.28: Relay trung gian MY2N 24VDC Omron
(Nguồn: https://requaluonne.com/san-pham/relay-role-trung-gian-omron-220v-10a-
8-chan-kem-de-van-oc-s139585411-p2455877782.html)
Loại role Role 8 chân Điện áp 24 VDC
Kiểu lắp đặt Bắt vít, chân cắm, chân hàn, 8 chân dẹp, có đèn
Tiếp điểm DPDT 5A Độ bền đóng ngắt 500.000 lần
Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật của relay
Thiết bị đóng cắt từ xa dùng để điều khiển, bảo vệ an toàn cho người sử dụng bằng cách mở hoặc đóng các thiết bị điện, máy móc Thường được lắp đặt trên bảng điều khiển hoặc tủ điện để dễ dàng thao tác từ xa Để đảm bảo an toàn và hiệu quả, việc thao tác mở hoặc đóng mạch điện cần phải dứt khoát và chính xác Đây là khí cụ quan trọng trong hệ thống điều khiển điện để đảm bảo hoạt động liên tục và an toàn cho các quá trình sản xuất.
Nút nhấn có cấu tạo gồm hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường hở hoặc đóng và vỏ bảo vệ chắc chắn Khi nhấn, các tiếp điểm chuyển đổi trạng thái để hoàn thành mạch điện, còn khi nhả ra, các tiếp điểm trở về vị trí ban đầu Thiết kế này giúp đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn trong các hệ thống điện.
- Theo chức năng trạng thái hoạt đỗng của nút nhấn: nút nhấn đơn, nút nhấn kép
- Theo hình dạng: loại hở, bảo vệ, loại bảo vệ chống nước và chống bụi, loại bảo vệ khỏi nổ
- Theo yêu cầu điều khiển: 1 nút, 2 nút, 3 nút
- Theo kết cấu bên trong: có và không có đèn báo
Hình 4.30: Cấu tạo của nút nhấn
Model Điện áp hoạt động Màu Đường kính nút
Khối lượng Đấu nối Giá sản phẩm
Bảng 4.8: Thông số kĩ thuật của nút nhấn
(Nguồn: https://www.thegioiic.com/nguon-xung-vao-220vac-ra-24v-5a-120w) Điện áp vào 110v – 220VAC Điện áp ra 24 VDC
Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 24V Công dụng:
- Cấp nguồn cho động cơ băng tải, xoáy nắp,bơm nước
- Cấp nguồn cho các thiết bị khác như: role trung gian, nút ấn,
(Nguồn: https://www.thegioiic.com/nguon-xung-vao-220vac-ra-12v-5a-60w) Điện áp vào 110 – 220VAC Điện áp ra 12VDC
Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 12V Công dụng: Cấp nguồn cho động cơ cấp chai và động cơ máy bơm
(Nguồn: https://chintvn.com/san-pham/mcb-nxb-63/) Định nghĩa:
CB hay còn gọi là aptomat chống giật, CB là tên viết tắt của từ Circuit Breaker,
CB là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng chính là đóng, ngắt mạch điện để bảo vệ hệ thống khỏi quá tải, ngắn mạch và sụt áp Việc sử dụng CB giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho các thiết bị điện trong hệ thống, đồng thời giảm thiểu rủi ro gây hỏng hóc hoặc cháy nổ Đây là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống điện để duy trì hoạt động liên tục, an toàn và hiệu quả.
CB được cấu tạo bởi các bộ phận: tiếp điểm, hồ dập quang điện, cơ cấu truyền động cắt CB, móc bảo vệ
Tiếp điểm của CB thường gồm 2 cấp, gồm tiếp điểm chính và hồ quang, hoặc cũng có thể được thiết kế với 3 cấp tiếp điểm gồm tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và hồ quang dập Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính, trong khi khi ngắt mạch, quá trình hoạt động của các tiếp điểm diễn ra ngược lại, bắt đầu từ tiếp điểm chính và kết thúc bằng hồ quang điện.
Hộp dập hồ quang (CB hộp dập hồ quang) thường sử dụng hai kiểu thiết bị dập hồ quang chính là kiểu nửa kín và kiểu hở Trong đó, kiểu nửa kín của CB được đặt trong vỏ kín và có lỗ thoát khí, phù hợp cho dòng điện giới hạn không quá 50KA Ngược lại, loại kiểu hở thường dùng cho các ứng dụng với dòng điện lớn hơn 50KA hoặc điện áp vượt quá 1000V, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình xử lý hồ quang.
- Cơ cấu truyền động cắt CB
Lập bảng tính giá thành vật liệu, ước lượng thời gian thi công, công cụ cần thiết
Hình ảnh minh họa Tên thiết bị, linh kiện
Số lượng và kích thước Giá thành Động Cơ Giảm Tốc Trục GB37-
LA38-11 3 20.000 VNĐ Đèn báo 22 YW1P- 1EQM3G Idec
Cảm biến tiệm cận NPN E3F- DS30C4
Relay trung gian MY2N 24VDC Omron
Máy bơm nước mini R385 2 50.000 VNĐ
Máng Nhựa Răng Lược Đi Dây Điện Nắp
Bảng 4.11: Giá các thiết bị, linh kiện cần thiết
Thi công, lắp ráp phần cơ khí
5.1.1 Kích thước của bàn và vị trí chân bàn, vị trí chân kê tủ điện
Hình 5.1: Vị trí chân bàn và chân kê tủ điện
Hình 5.2: Thanh ngang kê tủ điện
Hình 5.3: Băng tải 5.1.3 Khung hệ thống chiết rót
5.1.4 Lắp ráp khung, băng tải và xylanh, cảm biến cố định vào bàn
Hình 5.5: Khung, đế hộp đựng chai, vị trí cảm biến và xylanh
5.1.5 Vị trí van điều khiển
Hình 5.6: Vị trí của solennol
5.1.6 Lắp ráp hoàn tất phần cơ khí
Hình 5.7: Hệ thống chiết rót tự động thực tế
Thi công, lắp phần điện, điện tử điều khiển
Hình 5.8: Bản vẽ CAD hệ thống điều khiển 5.2.1 Kích thước và vị trí hệ thống điều khiển
Hình 5.9: Kệ tủ để lắp ráp hệ thống điện
5.2.2 Thi công lắp ráp hệ thống điện
Dựa vào sơ đồ kêt nối của plc với các linh kiện điện tử và các thiết bị cơ khí ta tiến hành đấu nối lắp ráp
Hình 5.10: Lắp ráp linh kiện lên tủ điện 5.2.3 Đấu nối đường dây điện giữa PLC với relay và nguồn
Hình 5.11: Tiến hành đấu nối dây điện
5.2.4 Hoàn thành lắp ráp hệ thống điện
Hình 5.12: Hoàn tất hệ thống tủ điện
Sau khi hoàn tất đấu nối hệ thống điện ta thục hiện kết nối với các linh kiện cơ khí để điều khiển
Hình 5.13: Mặt ngoài của hệ thống điều khiển
Viết phần mềm điều khiển và giám sát
Sử dụng phần mềm GT WORD2 và HMI để tiến hành điều khiển giám sát hệ thống chiết rót tự động
Hình 5.14: Giao diện HMI giám sát hệ thống chiết rót
Hình 5.15: Giao diện HMI để điều khiển hệ thống
Hình 5.16: Một đoạn code của HMI để điều khiển và giám sát hệ thống
Chạy thử, chỉnh sửa, hoàn thiện sản phẩm
Sau khi chạy thử hệ thống gặp phải các lỗi sau:
- Xì hơi van khí khi cấp khí từ bơm vào
- Băng tải bị gờ làm ngã chai
- Rò rỉ nước từ van đóng ngắt
Đã khắc phục và chỉnh sửa hoàn thiện sản phẩm
Các phần mềm sử dụng để hỗ trợ, thực hiện đồ án
Kết quả đạt được
- Thiết kế, tính toán và chạy thực nghiệm thành công cơ cấu mô hình chiết rót chai tự động
- Chế tạo được hộp cấp chai đẩy vào băng tải
- Tính toán thiết kế được mô hình
- Ước tính trong vòng 10 phút số chai chiết rót đạt dc 30 chai
6.1.2 Phần điện và lập trình
Trong quá trình thiết kế hệ thống, cần xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thống điện và khí nén để đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả Việc lựa chọn đầy đủ các thiết bị khí nén, thiết bị của điện động lực và thiết bị điều khiển là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất vận hành của hệ thống Sơ đồ nguyên lý giúp hình dung rõ các mối nối, chức năng của từng thiết bị và quá trình truyền động, từ đó đảm bảo tính an toàn và dễ dàng sửa chữa, bảo trì.
- Lập lưu đồ giải thuật, viết chương trình điều khiển
- Hệ thống chạy tương đối ổn định
- Hệ thống đã chiết rót được
Những vấn đề chưa đạt được
- Chỉ mới tính toán được các kết cấu cơ khí chủ yếu của dây chuyền
- Khâu chiết rót tự động hoạt động theo nguyên lý từng bước nên năng suất chưa cao, chỉ thích hợp với sản xuất vừa và nhỏ
- Phần kiểm tra chất lượng sản phẩm chiết rót tự động thì có chai vẫn không đúng thể tích.
Hạn chế của đề tài
o Chiết được ít chai o Chiết chậm do vòi o Chưa phát triển được hệ thống chiết rót liên tục
Dây chuyền chiết rót tự động đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất và là mục tiêu chính của nhóm chúng tôi trong dự án này Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức và gặp phải nhiều điều kiện kinh tế cùng yếu tố khách quan, chúng tôi chỉ có thể mô phỏng hệ thống trên mô hình máy tính thay vì thi công trực tiếp Mặc dù vậy, nhóm đã nghiên cứu kỹ lưỡng cơ chế hoạt động và nguyên lý của dây chuyền chiết rót tự động để đảm bảo mô phỏng chính xác như trong thực tế sản xuất.
Hướng phát triển
Do những hạn chế về kiến thức, thời gian và điều kiện kinh tế, nhóm chỉ giới hạn việc thực hiện mô hình nhỏ trong phạm vi đồ án Trong tương lai, chúng tôi mong muốn phát triển mô hình lớn hơn với quy trình ổn định hơn, có khả năng chiết rót nhiều chai hơn để tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất Đó chính là hướng phát triển mà nhóm hy vọng đạt được trong quá trình nghiên cứu và phát triển dự án.