(Đồ án tốt nghiệp) THIẾT kế hệ THỐNG dây CHUYỀN CHIẾT rót, ĐÓNG nắp và ĐÓNG THÙNG BẰNG kỹ THUẬT điều KHIỂN PHÂN tán sử DỤNG các PLC s7 1200 và WINCC

Kết cấu và một số khâu của hệ thống được nhóm thiết kế với những gì hiểu biết cũng như sẵn có để đáp ứng được mô phỏng ý tưởng… Hệ thống hoàn toàn tự động chiết rót, đóng nắp và đóng thù

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn: TS Phạm Thanh Phong

Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai

Phan Lê Tiến Sĩ

Lớp: 18TDH1

18TDH1

Đà Nẵng, 5/2022

Đề tài này trình bày về kết quả thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp và đóng thùng trong nhà máy bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng 3 PLC S7-1200 Mô hình trong đề tài tương tự trong công nghiệp sử dụng 3 PLC S7-1200 sát với thực tế, trong

đó 1 PLC điều khiển trung tâm 2 PLC còn lại điều khiển các dây chuyền nhỏ trong hệ thống Kết cấu và một số khâu của hệ thống được nhóm thiết kế với những gì hiểu biết cũng như sẵn có để đáp ứng được mô phỏng ý tưởng… Hệ thống hoàn toàn tự động chiết rót, đóng nắp và đóng thùng các chai Kết quả đưa ra cho thấy khi sử dụng hệ thống này cho thấy có nhiều ưu điểm như: sản phẩm chất lượng đáp ứng đủ số lượng, năng suất cao, tiết kiệm lớn nhân công,…Với các ưu điểm trên chúng ta có thể thấy việc sử dụng hệ thống tự động này phục vụ trong hệ thống công nghiệp vừa tận dụng được nguồn nhân công và năng suất, chất lượng đạt mong muốn Hệ thống dễ dàng giám sát cũng như điều khiển Việc tiến hành cải tạo hệ thống đơn giản nhưng mang lại hiệu quả thiết thực, tiết kiệm được khoảng chi phí tại các khu công nghiệp cũng như cắt giảm được lượng lớn nhân công

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài:

Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều

khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và WinCC

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

………

………

………

3 Nội dung chính của đồ án:

1 Khảo sát về toàn bộ dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm

2 Đưa ra các chức năng chính của hệ thống

3 Xây dựng mô hình hệ thống

4 Xây dựng qui trình công nghệ, bảng phân công đầu vào - đầu ra cho từng PLC

5 Thiết kế, điều khiển các khâu nhỏ của hệ thống bằng PLC S7-1200

6 Thiết kế bộ điều khiển trung tâm

7 Xây dựng giám sát trên WinCC

8 Báo cáo thiết minh đề tài

Chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp hiện nay Dùng sức người, công việc này đỏi hỏi sự tập trung và có tính lặp đi lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những khâu dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra và cần một lượng lớn nhân công Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới tiến độ, chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống

tự động chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Sau khi tham quan gián tiếp trên mạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng nước giải khát, nhóm chúng em nhận thấy công nghệ điều khiển tự động hóa được

áp dụng chiếm khoảng 80-90% Giảm được một lượng lớn nhân công, đồng thời sự chính xác gần như hoàn hảo trong quá trình làm việc đã mang tới năng suất rất cao cho nhà máy cũng như các khu công nghiệp khác Khi chai không được đưa vào băng chuyền thì cảm biến phát hiện sẽ bắt đầu rót nước, tiếp đến nắp tự động cho vào miệng chai rồi cảm biến phát hiện khâu đóng nắp thực hiện đồng thời chai đã được đóng nắp được khâu nâng gắp cho vào thùng rồi đóng gói sản phẩm Nhờ vậy ta có thể dễ dàng thực hiện từng công đoạn một cách chính xác nhất Thông qua hệ thống đếm tự động cho đến khi

đủ số lượng quy định thì hệ thống sẽ tự động dừng một khoảng thời gian để làm các công đoạn như: chiết rót, đóng nắp và đóng gói sản phẩm Hệ thống hoạt động cho đến khi có lệnh dừng Người công nhân chỉ việc tới lấy thùng xếp lên xe đẩy và đưa vào kho hàng Hệ thống hoàn toàn tự động có điểm mạnh là năng suất và tính chính xác cao, cần

ít sức người mà vẫn đạt hiểu quả cao nên có thể cạnh tranh về giá cũng như chất lượng trên thị trường Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào của nước ta cũng đầu tư số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh như nước ngoài Đó

là ý tưởng để chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và WinCC”

Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thức về điều khiển tự động là một điều cần thiết Và Đồ án tốt nghiệp là một công cụ hữu hiệu để em

bổ sung, mở rộng và tổng kết kiến thức căn bản về điện, về ngành tự động Mặc dù vậy, với vị trí là một sinh viên còn đang ngồi trên ghế nhà trường, với kiến thức và kinh

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CAM ĐOAN

Nhóm chúng em xin cam đoan

1 Sẽ cố gắng dùng những kiến thức đã có và học trên trường, cũng như được thầy

TS Phạm Thanh Phong hướng dẫn tận tình để nghiên cứu thiết kế ra hệ thống chiết

rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm này, cũng như thiết kế đưa ra ý tưởng hệ thống này và kết quả cuối cùng là hoàn thiện mô hình hoàn toàn tự động hoạt động theo ý muốn đã đề ra và dễ dàng điều khiển, giám sát

2 Những nội dung trong đồ án này là do nhóm chúng em thực hiện dưới sự hướng

dẫn trực tiếp của thầy TS Phạm Thanh Phong Mọi tham khảo tài liệu dùng trong đồ án

đều được nhóm chúng em trích dẫn rõ ràng tên tác giả, thời gian, địa điểm công bố

Sinh viên thực hiện {Chữ ký, họ và tên sinh viên} Phan Lê Tiến Sĩ

Bùi Văn Mai

MỤC LỤC

Danh sách các bảng, hình vẽ viii

Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt ix

Trang Chương 1: KHẢO SÁT VỀ TOÀN BỘ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP VÀ ĐÓNG THÙNG SẢN PHẨM 4

1.1 Tổng quan sơ lược 4

1.1.1 Dây chuyền chiết rót nước, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm 4

1.1.2 Đặc điểm của dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động 5

1.1.3 Quy trình sản xuất đồ uống đóng chai của các nhà máy 5

1.1.4 Phân loại các dạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng chai 6

1.1.5 Các công đoạn của quy trình sản xuất nước của các nhà máy 7

1.2 Khảo sát mô hình trong thực tế 13

1.2.1 Sục rửa vỏ chai tự động 14

1.2.2 Chiết rót tự động 14

1.2.3 Vặn nắp chai tự động 15

1.2.4 Dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động 16

1.2.5 Co màng tự động 16

1.2.6 Dán nhãn chai tròn, dán nhãn decal, sticker 16

1.2.7 Đóng gói màng Block – Shrink Tunnel 17

1.2.8 Đóng thùng Carton + Dán thùng Carton tự động – Carton Sealer 18

1.2.9 Đóng đai tự động – Strapping Mchine 18

1.2.10 Quấn màng Pallet – Wrapping Machine 19

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ TIA PORTAL 20

2.1 Tổng quan PLC 20

2.1.1 Cấu trúc PLC 20

2.1.2 Nguyên lí hoạt động của PLC 22

2.1.3 Phân loại PLC 22

2.2 Giới thiệu PLC Siemens 23

2.2.1 Giới thiệu chung PLC S7–1200 23

2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU 121x 25

2.2.3 Cấu trúc PLC S7-1200 26

2.2.4 Kích thước vùng nhớ trong PLC S7-1200 28

2.3 Giới thiệu phần mềm Tia Portal 29

2.3.1 Giới thiệu phần mềm Tia Portal V15 29

2.3.2 Ưu điểm và hạn chế của phần mềm Tia Portal 30

2.3.3 Cách cài Tia Portal V15 31

2.4 Giới thiệu về phần mềm WinCC 35

2.4.1 Phần mềm WinCC trong Tia Portal 36

2.4.2 Các ứng dụng của WinCC 36

2.5 Phương thức truyền thông Ethernet của các PLC 36

2.5.1 Giới thiệu phương thức truyền thông Ethernet 36

2.5.2 Ưu điểm và nhược điểm của Ethernet 38

2.6 Cách truyền nhận dữ liệu giữa các PLC 39

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 45

3.1 Các phương án thiết kế 45

3.1.1 Phương án thiết kế tập trung 45

3.1.2 Phương án thiết kế phân tán 45

3.1.3 So sánh giữa hai phương án 46

3.2 Các chức năng chính hệ thống chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm 47 3.2.1 Hệ thống tiêu chuẩn 47

3.2.2 Chức năng chính của khối trung tâm 47

3.2.3 Chức năng chính của khối khu vực 48

3.3 Giới thiệu phần cứng trong hệ thống 48

3.3.1 Van điện từ 24V 48

3.3.4 Cảm biến vật cản 50

3.3.5 Băng chuyền 50

3.3.6 Động cơ DC 51

3.3.7 Van khí nén 24V 52

3.3.8 Relay 24V 52

3.3.9 Máy khí nén 53

3.3.10 Nút nhấn 53

3.3.11 Bộ chuyển đổi Switch 54

3.3.12 Dây cáp mạng 55

3.3.13 Bộ giảm tốc DC PWM 55

3.3.14 PLC S7-1200 56

3.3.15 Các thiết bị khác 56

3.4 Sơ đồ đấu nối dây 56

3.4.1 Sơ đồ đấu nối PLC Slave 1 56

3.4.2.Sơ đồ đấu nối cho PLC Slave 2 58

3.4.3 Sơ đồ đấu nối cho Master 59

3.4.4 Sơ đồ đấu nối nguồn tổ ong và bộ giảm tốc 60

3.4.5 Sơ đồ đấu nối nút nhấn 60

Chương 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ, BẢNG PHÂN CÔNG ĐẦU VÀO – ĐẦU RA CHO TỪNG PLC 61

4.1 Quy trình công nghệ của hệ thống 61

4.1.1 Giới thiệu quy trình công nghệ 61

4.1.2 Yêu cầu công nghệ 61

4.2 Bảng phân công đầu vào - đầu ra cho từng PLC 62

4.2.1 Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Master 62

4.2.2 Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Slave 1 62

4.2.3 Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Slave 2 63

4.3 Giản đồ thời gian cho từng PLC 63

4.3.1 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 1 64

4.3.2 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 2 65

4.3.3 Giản đồ thời gian cho PLC Master 65

4.4 Sơ đồ thuật toán của hệ thống 66

4.4.2 Sơ đồ thuật toán của PLC Slave 2 69

4.5 Chương trình chính cho từng PLC 72

4.5.1 Chương trình chính cho PLC Master 72

4.5.2 Chương trình chính cho PLC Slave 1 78

4.5.3 Chương trình chính cho PLC Slave2 79

Chương 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN WINCC 81

5.1 Các bước kết nối giữa WinCC với PLC 81

5.2 Thiết kế giao diện WinCC cho hệ thống 84

5.2.1 Các bước thiết kế giao diện 85

5.2.2 Kết quả giao diện hệ thống hoàn chỉnh 89

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 1

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU 121x 25

Bảng 2.2 Vùng nhớ Load memory trong PLC S7-1200 28

Bảng 2.3 Vùng nhớ Word memory trong PLC S7-1200 29

Bảng 2.4 Vùng nhớ Retentive memory trong PLC S7-1200 29

Bảng 4.1 Bảng phân công đầu vào cho PLC Master 62

Bảng 4.2 Bảng phân công đầu vào cho PLC Slave 1 62

Bảng 4.3 Bảng phân công đầu ra cho PLC Slave 1 63

Bảng 4.4 Bảng phân công đầu vào cho PLC Slave 2 63

Bảng 4.5 Bảng phân công đầu ra cho PLC Slave 2 63

Hình 1.1 Tổng quan dây chuyền chiết rót, đóng nắp 4

Hình 1.2 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay 6

Hình 1.3 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng thẳng 6

Hình 1.4 Máy đóng thùng tự động 7

Hình 1.5 Máy đóng thùng bán tự động 7

Hình 1.6 Tạo chai nhựa 8

Hình 1.7 Dây chuyền khâu chiết rót nước 9

Hình 1.8 Dây chuyền đóng nắp chai 11

Hình 1.9 Máy dán nhãn và in date 12

Hình 1.10 Máy đóng thùng 12

Hình 1.11 Dây chuyền chiết rót - dán nhãn - đóng gói phổ biến 13

Hình 1.12 Dây chuyền đóng chai 13

Hình 1.13 Dây chuyền súc rửa vỏ chai 14

Hình 1.14 Dây chuyền chiết rót tự động 14

Hình 1.15 Dây chuyền vặn nắp chai tự động 15

Hình 1.16 Dây chuyền dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động 16

Hình 1.17 Dây chuyền dán nhãn 17

Hình 1.18 Dây chuyền đóng thùng, dán thùng Carton 18

Hình 1.19 Dây chuyền đóng đai loại lớn 18

Hình 1.20 Dây chuyền đóng đai loại nhỏ 19

Hình 1.21 Máy quấn màng Pallet 19

Hình 2.1 Hệ điểu khiển bẳng relay và bằng PLC 20

Hình 2.2 Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLC 21

Hình 2.4 Sơ đồ khối của PLC S7 – 1200 27

Hình 2.5 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7 – 1200 1214C 27

Hình 2.6 Giao diện Tia Portal 30

Hình 3.1 Sơ đồ khối phương án thiết kế tập trung 45

Hình 3.2 Sơ đồ khối phương án thiết kế phân tán 46

Hình 3.3 Van điện từ 48

Hình 3.4 Xylanh tác động kép 49

Hình 3.5 Bộ nguồn 24V 49

Hình 3.6 Cảm biến vật cản 50

Hình 3.7 Băng chuyền 50

Hình 3.8 Các loại động cơ 51

Hình 3.9 Van điện từ 52

Hình 3.10 Relay 52

Hình 3.11 Máy khí nén 53

Hình 3.12 Nút nhấn 53

Hình 3.13 Bộ chuyển đổi Switch 54

Hình 3.14 Dây cáp mạng 55

Hình 3.15 Bộ giảm tốc PWM 55

Hình 3.16 PLC S7-1200 56

Hình 3.17 Sơ đồ đấu nối của PLC Slave 1 57

Hình 3.18 Sơ đồ đấu nối của PLC Slave 2 58

Hình 3.19 Sơ đồ đấu nối của Master 60

Hình 3.20 Sơ đồ đấu nối nguồn tổ ong và bộ giảm tốc 60

Hình 3.21 Sơ đồ đấu nối nút nhấn cho Master 60

Hình 4.1 Quy trình công nghệ của hệ thống 61

Hình 4.2 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 1 64

Hình 4.3 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 2 65

Hình 4.4 Giản đồ thời gian cho PLC 66

Hình 4.5 Truyền nhận tín hiệu giữa PLC Master và PLC Slave 1, PLC Slave 2 66

Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 1 67

Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán khâu chiết rót cho PLC Slave 1 68

Hình 4.8 Lưu đồ thuật toán khâu đóng nắp cho PLC Slave 1 68

Hình 4.9 Lưu đồ thuật toán khâu đẩy chai cho PLC Slave 1 69

Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 2 70

Hình 4.13 Lưu đồ thuật toán khâu cắt băng keo cho PLC Slave 2 72 Hình 5.1 Giao diện của mô hình hệ thống 88 Hình 5.2 Kết quả giao diện hoàn chỉnh hệ thống 90

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

CHỮ VIẾT TẮT:

PLC: Programmable Logic Controller WinCC: Windows Control Centre HMI: Human Machine Interface Tia Portal: Totally Integrated Automation Portal

RTU: Remote Terminal Units

CPU: Central Processing Unit

MỞ ĐẦU

Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia Đối với các nước phát triển như Mỹ, Nhật… thì tự động hóa không còn xa lạ và dần dần trở nên quen thuộc Ở các nước này hầu như máy móc

đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm đi hẳn và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp quá trình thông qua màn hình máy tính Việc điều khiển qua màn hình HMI là

vô cùng cần thiết, giúp người vận hành có cái nhìn trực quan, tổng quát quá trình hoạt động của toàn bộ dây chuyền sản xuất

Một trong những ứng dụng giám sát đó là WinCC, nó giúp ta giám sát và điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất thông qua máy tính mà không cần phải xuống trực tiếp nơi sản xuất để quan sát Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng dụng WinCC trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa Việt Nam là một nước đang phát triển thì nhu cầu hiện đại hóa trong công là điều hết sức quan trọng đối với phát triển kinh tế cũng như nhu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

Là sinh viên theo học ngành tự động hóa cùng những nhu cầu và ứng dụng thực tế cấp thiết của nhu cầu công nghiệp nước nhà, em muốn được tìm hiểu và nghiên cứu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội để biết thêm những kiến thức thực tế, cũng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp hóa công nghiệp hóa

Khóa luận nhằm nắm vững các kiến thức

Đồ án tốt nghiệp tự động hóa là học phần vận dụng các kiến thức từ các môn chuyên ngành để tạo ra một mô phỏng về các dây chuyền sản xuất, hệ thống công nghiệp trong thực tế Giúp em từng bước tiếp cận với nền công nghệ hiện nay

1 Mục đích thực hiện đề tài

Ngày nay, thế giới đang phát triển rất nhanh có rất nhiều hệ thống dây chuyền tự động đã được thiết kế phục vụ trong công việc thay thế cho con người và cả trong đời sống sinh hoạt hằng ngày Hệ thống dây truyền tự động đem lại rất nhiều lợi ích cho con người chúng ta, nó có thể đem lại năng suất cao, thay thế cho con người trong những công việc nguy hiểm,… Ở Việt Nam hiện nay thì hệ thống dây chuyền được sử dụng nhiều chủ yếu là ở trong các nhà máy lớn như các công ty chế tạo ra lốp xe, các công ty nước giải khát, công ty linh kiện… Ngoài ra, việc chế tạo một hệ thống dây chuyền tự động về “Chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm” là cái nền cơ bản để tìm hiểu nghiên cứu sâu hơn các mô hình lớn hơn như dây chuyền sản xuất xi măng, nước giải

khát… Vì vậy nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và WinCC” làm đề tài nghiên cứu

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng những nghiên cứu lý thuyết

để áp dụng trong thực tế là một điều hết sức quan trọng để kiểm nghiệm một cách chính xác nhất tính đúng đắn và hiệu quả của những nghiên cứu đó Ý tưởng về một dây chuyền sản xuất sản phẩm trong các nhà máy sản xuất cũng ra đời từ đó và dựa trên những nền tảng có từ trước cùng với sự nghiên cứu phát triển thêm của nhóm, nhóm đã mạnh dạn thiết kế mô phỏng mô hình dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm

Đề tài được thực hiện trong phạm vi tương đối hẹp, chưa thể ứng dụng được trong thực tế nếu không có sự nghiên cứu và đầu tư thêm nhưng qua đó nhóm cũng đã thực hiện được mục tiêu mà mình đã hướng đến đó là ứng dụng những điều đã được học và nghiên cứu để giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống Mặt khác, trong một phạm vi nhất định thì tập đồ án này có thể coi như một tài liệu tham khảo, học tập cho những sinh viên trong nghành kỹ thuật

2 Mục tiêu đề tài

Hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu là những chai lọ đã được kiểm duyệt để đưa vào quá trình chiết rót, đóng nắp và đóng thùng một cách hoàn toàn tự động Cũng như tạo ra được các sản phẩm chất lượng đáp ứng được nhu cầu về số lượng với năng suất làm việc được kiểm soát theo ý muốn đặt ra nhằm hạn chế tối thiểu lượng lớn nhân công

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm hoàn toàn tự động

Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu PLC S7-1200 thông qua việc đọc các tài liệu manual và lập trình mô phỏng PLC trên Tia cho các vấn đề xử lí số liệu analog song song với thiết kế một hệ SCADA giám sát bằng phần mềm WinCC Tia Vì thế mà đề tài có giới hạn về phạm vi nghiên cứu ở dòng S7-1200 lập trình trên phần mềm TIA cho

hệ thống chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm thông qua xylanh và cảm biến vật cản

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng cảm biến vật cản để giám sát quá trình chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm

Tìm hiểu về phần mềm Tia Portal cũng như phần cứng mô hình

Ứng dụng phần mềm Tia Portal vào lập trình cho mô hình

5 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Cấu trúc đồ án gồm 5 phần:

 Phần mở đầu

 Phần Nội dung: bao gồm 5 chương

 Khảo sát về toàn bộ dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm

 Tổng quan về PLC và Tia Portal

 Xây dựng mô hình hệ thống

 Xây dựng quy trình công nghệ, bảng phân công đầu vào - đầu ra cho từng PLC

 Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC

 Kết luận

 Tài liệu tham khảo

 Phụ lục

Chương 1: KHẢO SÁT VỀ TOÀN BỘ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT,

ĐÓNG NẮP VÀ ĐÓNG THÙNG SẢN PHẨM

1.1 Tổng quan sơ lược

Nước uống là một sản phẩm thiết yếu không thể thiếu trong cuộc sống Chính

vì vậy việc sản xuất sản phẩm này cần đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm do sản phẩm có tác động trực tiếp tới sức khỏe người sử dụng Để đảm bảo được các yêu cầu về sản xuất như an toàn vệ sinh, công suất các dây chuyền máy chiết rót, đóng nắp và đóng thùng chai đã được ra đời

Dây chuyền máy chiết rót, đóng nắp chai và đóng thùng tự động được ứng dụng

để sản xuất các sản phẩm nước tinh khiết, thực phẩm, hóa chất,…Đây là thiết bị dây chuyền hiện đại áp dụng nhiều công nghệ cao, giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất lao động, tiết kiệm tối đa thời gian cũng như nhân công trong quá trình sản xuất Tất

cả các công đoạn chiết rót, đóng nắp và đóng thùng đều vận hành hoàn toàn tự động

Hình 1.1 Tổng quan dây chuyền chiết rót, đóng nắp

1.1.1 Dây chuyền chiết rót nước, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm

Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm là một hệ thống bao gồm các máy móc hiện đại kết hợp với nhau thành một dây chuyền hoàn chỉnh Quy trình sản xuất nước đóng chai bao gồm các công đoạn: Định hình chai - Xử lý vô trùng - Chiết rót - Đóng nắp - Dán nhãn - In date - Đóng thùng Trong đó, chiết rót, đóng nắp và đóng thùng là công đoạn quan trọng nhất Dây chuyền chiết rót có mức tự động hóa cao nên hiệu quả, năng suất và tính vệ sinh cũng rất cao; đóng nắp đòi hỏi phải chặt miệng để nước không bị đổ khi vận chuyển cũng như khâu đóng thùng để cho gọn gàng các thành

Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm có nhiều ưu điểm như:

 Dễ dàng điều khiển: dễ điều chỉnh dung tích cần chiết rót bằng cách thiết lập trên màn hình cảm ứng

 Độ chuẩn xác cao: các cơ cấu chấp hành thay đổi theo lệnh tác động, máy điều khiển hoạt động chính xác bằng các thiết bị điện thông minh

 Tốc độ chiết rót cao: kiểu chiết rót mới điều khiển áp lực dòng chảy phun nhờ điều khiển biến đổi tần số để điều chỉnh tốc độ chiết rót

 Các bộ phận tiếp xúc với chất chiết rót được làm từ chất liệu inox chống gỉ có độ chống ăn mòn cao và dễ dàng vệ sinh chùi rửa

1.1.2 Đặc điểm của dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động

 Hệ thống điều khiển bằng màn hình cảm ứng PLC giúp việc cài đặt và thao tác dễ dàng hơn

 Thiết bị tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt của GMP và được thiết kế từ thép không

gỉ và hợp kim nhôm cao cấp, có khả năng chống chịu ăn mòn và dễ dàng làm sạch sau thời gian làm việc

 Toàn bộ các thông số, mẫu mã có thể được thiết kế và tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng

 Dây chuyền chiết rót tự động 3 trong 1 được tích hợp tất cả các khâu chỉ trong một thiết bị bao gồm chiết rót, đóng nắp chai và đóng thùng tự động

 Định lượng chiết theo thời gian lập trình sẵn, đảm bảo chiết chính xác, dây chuyền được thiết kế theo công nghệ tiến tiến nhất nên hoạt động rất ổn định

 Có thể điều chỉnh lượng chiết theo nhu cầu của người sản xuất đạt độ chính xác cao giúp giảm tối đa chi phí về nhân công, đem lại hiệu quả công việc cao

1.1.3 Quy trình sản xuất đồ uống đóng chai của các nhà máy

1 Trong kho nguyên liệu, các hộp chứa các chai rỗng được đặt trên băng tải đến

máy cấp chai

2 Bộ phận cấp chai lấy chai ra khỏi thùng và đặt lên băng chuyền để đưa đến máy

rửa

3 Máy rửa chai và sau đó làm khô bằng dòng khí nóng

4 Các chai đi vào máy chiết rót qua một đường ống và được làm đầy thể tích

5 Các chai đã đầy vào máy đóng nắp, nơi nắp vặn được đặt và đóng kín

6 Máy dán nhãn có nhiệm vụ gắn nhãn nhận dạng và đánh dấu vào từng chai

7 Các chai được đặt trên mâm xoay và xếp vào các hộp

8 Các hộp được đóng và niêm phong trong kho thành phẩm

1.1.4 Phân loại các dạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng chai

Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng thường có dạng chiết rót và đóng nắp đi đôi với nhau còn đóng thùng đi riêng nên phân loại có 2 kiểu như sau

1.1.4.1 Máy chiết rót và đóng nắp

 Máy chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay:

Hình 1.2 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay Quy trình như sau: Máy tự động cấp chai → Vào quy trình chiết rót → Cấp nắp bằng tay → Vặn nắp tự động → Thu chai

 Máy chiết rót và vặn nắp dạng thẳng:

Hình 1.3 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng thẳng

Quy trình hoạt động: Cấp chai bằng tay → Chiết rót tự động → Cấp nắp bằng tay

→ Vặn nắp tự động

Quy trình hoạt động: Cấp chai tự động → Chiết rót tự động → Cấp nắp tự động

→ Vặn nắp tự động

1.1.4.2 Máy đóng thùng

 Máy đóng thùng tự động:

Hình 1.4 Máy đóng thùng tự động Quy trình hoạt động: Cấp thùng tự động  Gập nắp tự động  Dán keo tự động

 Cắt keo tự động

 Máy đóng thùng bán tự động:

Hình 1.5 Máy đóng thùng bán tự động Quy trình hoạt động: Cấp thùng bằng tay  Gập nắp tự động  Dán keo tự động

 Cắt keo tự động

1.1.5 Các công đoạn của quy trình sản xuất nước của các nhà máy

Quy trình sản xuất nước của các nhà máy gồm 6 công đoạn như mục bên dưới

1.1.5.1 Định hình chai

 Giai đoạn tạo phôi: Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng cần phải sử dụng nguyên liệu nhựa Pet chính phẩm Quá trình tạo phôi bắt đầu bằng việc những hạt nhựa

sẽ được đưa vào thiết bị sấy nóng Ở đây chúng sẽ được sấy ở nhiệt độ lên tới 180 0 C trong vòng từ 3 tới 4 giờ Tiếp đó hạt nhựa Pet sẽ được đưa qua máy tạo phôi hoạt động bán tự động Máy này sẽ biến hạt nhựa từ dạng rắn sang dạng lỏng Sau đó được cho vào khuôn để tạo hình Sau đó phôi lại tiếp tục được làm nguội Trong quá trình tạo hình, chu kỳ ép phôi chỉ diễn ra trong vài chục giây đến vài phút Sau mỗi chu kỳ này chỉ có thể tạo ra được từ 12 đến 16 phôi Các loại phôi sẽ được chứa trong các thùng Tại đây, chúng sẽ được kiểm tra xem có chứa bọt khí hay không và cắt bỏ bavia Những sản phẩm đạt yêu cầu sẽ để nguội ngoài không khí một thời gian sau

đó sẽ được dùng làm nguyên liệu để thổi chai

 Giai đoạn thổi chai: Công đoạn này sẽ phải trải qua hai giai đoạn chính là gia công

làm mềm phôi và thổi chai trong khuôn:

 Để làm mềm phôi chai nhựa Pet, cần phải sử dụng đến hệ thống đèn sấy đặc biệt

Sở dĩ cần phải làm điều này là bởi sẽ giúp phôi mềm hơn để có thể dễ dàng thổi ra hình dạng cần thiết

 Sau khi mềm, phôi sẽ được gắn lên ngàm kẹp của khuôn Khuôn được đóng kín, thanh đẩy sẽ kéo phần phôi Pet xuống tận đáy khuôn Lúc này khí nén được bơm vào làm tăng áp lực trong lòng khuôn Chính vì thế, phôi Pet sẽ bị dạt ra ngoài và mang hình dạng giống như hình dạng của khuôn

Hình 1.6 Tạo chai nhựa

Trong suốt quá trình thổi và sau thổi, áp suất luôn được giữ ở mức ổn định Điều này sẽ giúp phôi Pet được định hình hoàn toàn Sau đó, phôi lại được làm nguội (thường

chính là quá trình nhả áp Quá trình này chai sẽ được lấy ra khỏi khuôn, được kiểm tra

kỹ lưỡng trước khi đem ra chiết rót chất lỏng như nước tinh khiết, nước uống có ga…

1.1.5.2 Xử lí vô trùng

Thông thường các nguồn nước ngọt được sử dụng trong sản xuất nước uống đều

có chứa các tạp chất, vi khuẩn Khử trùng là một công đoạn rất cần thiết Việc lựa chọn một phương pháp khử trùng phù hợp phải được điều chỉnh theo những yêu cầu cụ thể

để đảm bảo độ an toàn cao nhất cho người sử dụng Hơn nữa, cũng cần phải xem xét những quy định về việc chỉ được sử dụng một số chất khử trùng nhất định trong khử trùng nước uống

 Khử trùng bằng tia cực tím: Với phương pháp khử trùng bằng tia cực tím, lượng nước cần khử trùng sẽ được xử lí bằng tia cực tím bước sóng ngắn Do đó, nó loại bỏ vi khuẩn một cách an toàn mà không làm thay đổi chất lượng nước Khử trùng bằng tia

UV không có hiệu quả kéo dài nhưng phương pháp này lại vượt trội hơn các phương pháp khác trong việc khử khuẩn Cryptosporidium hoặc Giardia

 Khử trùng bằng ion bạc: Với phương pháp khử trùng bằng ion bạc, các ion bạc được

bổ sung vào nước với tỷ lệ từ 0.005-0.1 mg/l Các ion bạc có khả năng diệt khuẩn (olidodynamic) Tuy nhiên, hiệu quả diệt khuẩn cụ thể là không xác định được và sự bảo vệ khỏi vi khuẩn trong thời gian dài cũng không được đảm bảo Thời gian xử lý kéo dài khoảng vài giờ Hiện nay, quy trình này chủ yếu được ứng dụng trong khử trùng nước uống trên tàu hoặc cho việc cung cấp nước cho những vùng gặp thiên tai

1.1.5.3 Khâu chiết rót

Hình 1.7 Dây chuyền khâu chiết rót nước Hiện nay có khá nhiều công nghệ rót nước vào chai, tùy loại chất lỏng mà có các cách chiết rót khác nhau như: nước có ga, nước không ga, chất lỏng dạng cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót nó vào chai, bình, lọ… Định lượng sản phẩm bằng máy đang được sử dụng rộng rãi trong ngành sản

xuất thực phẩm Khi định lượng bằng máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác:

Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

 Định lượng bằng bình định mức: Chất lỏng được định mức chính xác bằng bình định mức trước khi rót vào chai

 Định lượng bằng cách chiết tới mức cố định: Chất lỏng được chiết tới mức cố định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; sau đó thể tích trong chai sẽ sụt xuống một khoảng nhất định bất kì các thể tích trong chai có bằng nhau hay không Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng sẽ được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ đứng lại Phương pháp này có độ chính xác không cao phụ thuộc nhìu vào độ đồng đều của chai

 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: Cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian nhất định có thể xen như thể tích chất lỏng chảy là không đổi, phưởng pháp này chỉ áp dụng cho sản phẩm có giá trị thấp, không yêu cầu độ chính xác trọng lượng Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:

 Phương pháp rót áp suất thường: Chất lỏng tự chảy vào chai do chênh lệch về độ cao thủy tĩnh Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với chất lỏng ít nhớt

 Phương pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phướng pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai

 Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này áp dụng cho các sản phẩm có gas như bia, nước ngọt,…Trong khi rót áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga ra khỏi chất lỏng Với phương pháp rót dẳng áp thông thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp sút trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao Máy định lượng chiết rót sản phẩm gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót được bố trí cho 1 chai

Các cơ cấu rót có thể bố trí thẳng hàng làm việc cùng lúc hoặc bố trí trên bàn quay làm việc tuần tự Đầu tiên, các chai được đưa lên hệ thống băng tải và đi qua hệ thống súc rửa để làm sạch bụi bẩn Sau khi được rửa sạch, các chai được băng tải đưa đến hệ thống rót liệu, vào vị trí rót để đảm bảo có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai Tại đây, chất lỏng được chiết vào chai theo các phương pháp khác nhau, chiết đẳng áp,

Hình 1.8 Dây chuyền đóng nắp chai Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống, thực phẩm, mĩ phẩm và hóa chất công nghiệp Máy có tác dụng đóng kín các loại chai thủy tinh, nhựa đảm bảo sự phóng kín không rò rỉ chất lỏng ra ngoài Khi chiết xong, chai được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút hoặc đóng nắp Khâu đóng nút ( nắp) bao gồm cơ cấu cấp phôi và đóng nút (nắp) Cơ cấu đóng có thể là xylanh khí nén (với nút dập) hoặc motor (với nút nút vặn)

Phương pháp đóng nắp:

 Đóng nắp bằng xylanh khí nén (nút dập): Khi chai đã đi qua cơ cấu cấp nắp tự động thì chai sẽ được phát hiện tại vị trí đóng nắp, hệ thống xylanh khí nén sẽ dập nắp trực tiếp làm cho nắp chai kín và khớp với miệng chai

 Đóng nắp bằng motor (nút vặn): Khi chai đã đi qua cơ cấu cấp nắp tự động thì chai

sẽ được phát hiện tại vị trí đóng nắp, hệ thống xylanh khí nén sẽ hạ xuống có động

cơ vặn gắn liền với xylanh để vặn nắp theo chiều cố định xoay đến khi nắp được siết chặt

1.1.5.5 Dán nhãn và In date

Dán nhãn và in date để thể hiện nội dung cơ bản và vô cùng cần thiết về hàng hóa

để cho người tiêu dùng nhận biết hàng hóa một cách dễ dàng Là cơ sở để người tiêu dùng lựa chọn và sử dụng hàng hóa đúng mục đích và đảm bảo chất lượng Nhãn dán không chỉ có vai trò quảng bá mà còn phản ánh chân thực bản chất của hàng hóa Máy được sử dụng với công dụng chính là dán nhãn decal, nhãn hàng hóa lên sản phẩm một cách chính xác và tiết kiệm thời gian, công sức nhất có thể Giải pháp dán tem nhãn với máy dán tự động đem lại chất lượng cao và đồng đều, nâng cao năng suất

và sản lượng từ đó hạ thấp giá thành và tăng sức cạnh tranh trên thị trường cho sản phẩm của bạn

Máy dán nhãn chai nhựa có một hệ thống băng truyền tự động, chỉ cần lấy sản phẩm đã hoàn thành đóng nắp, chất lượng dán lên sản phẩm rất là tốt, không bị sai vị trí nhờ có hệ thống cảm biến, nhãn dán dán xong rất phẳng, đẹp và chính xác

Máy dán nhãn chai nhựa được thiết kế một cách chắc chắn, bền vững vận hành rất

dễ dàng và đơn giản, linh hoạt với băng tải thích ứng được với nhìu chai nhựa khác nhau Nhưng đây cũng là một điều hạn chế nhãn đẹp hay xấu là phụ thuộc vào nhân công đứng máy

gạt sẽ loại bỏ chai sang 1 băng tải khác Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai được xếp thành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ

Như vậy, nhờ dây chuyền chiết rót tự động, toàn bộ quá trình đóng chai đều được

tự động hóa, từ khâu sản xuất cho đến khi thành phẩm, đảm bảo đạt năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác

1.2 Khảo sát mô hình trong thực tế

Dây chuyền chiết rót – dán nhãn – đóng gói sử dụng cho các ứng dụng đóng gói, chiết rót chai: nhựa Pet, chai thủy tinh cho các loại đồ uống khác nhau: nước tinh khiết,

đồ uống, hóa chất…tùy thuộc yêu cầu

Hình 1.11 Dây chuyền chiết rót - dán nhãn - đóng gói phổ biến Dây chuyền đóng chai tự động là hệ thống tự động tích hợp các công đoạn: Sục rửa chai – Chiết rót – Vặn nắp – Đóng chai – Dán nhãn – Co màng lốc chai – Đóng thùng Carton – Đóng đai – Quấn màng Pallet được trang bị các các công nghệ hiện đại Các công đoạn trong dây chuyền được tự động hóa gần như hoàn toàn giúp đảm bảo độ chính xác và năng suất cao

Ứng dụng cho: chai nước tinh khiết, chai rượu, đồ uống có cồn, có gas, nước hoa quả, dược phẩm, hóa chất, thực phẩm…

Hình 1.12 Dây chuyền đóng chai

Các công đoạn của một dây chuyền đóng chai phổ biến thường bao gồm:

Dựng, cấp chai bằng hệ thống băng tải, feeder từ thùng chứa vỏ chai hoặc tự động hoàn toàn với cơ cấu gắp tự động Thông thường việc cấp vỏ chai vào hệ thống feeder được thực hiện thủ công bằng thao tác của công nhân đứng máy

1.2.1 Sục rửa vỏ chai tự động

Hình 1.13 Dây chuyền súc rửa vỏ chai Công đoạn sục rửa vỏ chai được tiến hành bằng nước (nước nóng) để tiệt trùng chai, làm sạch Sau khi được sục rửa, vỏ chai được qua hệ thống sấy dryer hoặc blower

để làm khô Với các chai nhựa chỉ dùng một lần, khâu sục rửa sẽ được lược bỏ Vỏ chai nước tinh khiết sẽ được cấp trực tiếp theo hệ thống feeder vào các đầu vòi chiết rót Thông thường với dây chuyền đòi hỏi công suất lớn, sử dụng máy sục rửa - chiết rót và vặn nắp 3in1 giúp quá trình chiết rót khép kín với công suất cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm

1.2.2 Chiết rót tự động

Hình 1.14 Dây chuyền chiết rót tự động Máy chiết rót với bàn xoay: 8-10-16-20-40…đầu chiết cùng lúc tùy thuộc công

định lượng Hoặc chiết rót nhiều lần, mỗi lần qua một vòi với một lượng thể tích nhất định Sao cho chai được chiết rót đủ dung tích theo yêu cầu sau khi ra khỏi đầu chiết cuối cùng-Linear filling

Với các dây chuyền chiết rót không yêu cầu tính tự động hóa cao và sản lượng thấp, vỏ chai có thể được cấp bằng băng tải gắn cùng máy chiết rót 1-2 đầu Vỏ chai được đặt vào và nhấc ra khỏi vị trí chiết rót bởi người công nhân hoặc băng tải ngắn với lượng vỏ chai vừa đủ cho công suất chiết rót thấp

Có nhiều lựa chọn chiết rót tự động bao gồm:

 Chiết rót với dung tích cố định cho một loại chai với một dung tích chính xác

 Chiết rót với dung tích có thể thay đổi linh hoạt

 Chiết rót theo dải dung tích: 100-500ml, 500-1000ml, 1000-2000ml, 5000ml…

2000-Việc kiểm soát tình trạng của dây chuyền chiết rót, số lượng chiết, công suất, điều chỉnh dung tích chiết rót đều được tích hợp và hiệu chỉnh trên màn mình điều khiển HMI giao diện thân thiện, dễ thao tác

1.2.3 Vặn nắp chai tự động

Máy vặn nắp chai, siết nắp chai sử dụng đầu 2, 3, 4 roller vặn nắp giúp đảm bảo tính chính xác và công suất đáp ứng được công đoạn chiết rót Hầu hết các sản phẩm chai, lọ nhựa và thủy tinh cho các sản phẩm nước tinh khiết, nước ngọt, đồ uống sử dụng nắp chai nhựa có ren Chúng tôi cũng cung cấp giải pháp đóng nút chai cho chai thủy tinh chứa các loại đồ uống có cồn như rượu vang, rượu trắng sử dụng nút bấc (nút gỗ) Với một số loại chai nước tinh khiết và đồ uống, nắp chai sẽ được niêm phong nhãn sau khi được vặn nắp nhờ máy co màng nắp chai dạng hầm gia nhiệt- Shrink Tunnel

Hình 1.15 Dây chuyền vặn nắp chai tự động Công đoạn cấp nắp chai có thể được thực hiện bởi người công nhân nhằm tiết kiệm chi phí Nắp chai cũng có thể được cấp tự động bởi hệ thống bowl feeder-phễu rung tích hợp cùng máy vặn nắp

Có 2 hình thức dán nhãn chai phổ biến đó là phóng nhãn + co nhãn nilon và dán nhãn chai bằng nhãn giấy, nhãn decal, sticker

1.2.4 Dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động

Thông thường các sản phẩm chai nước lọc, chai nhựa, thủy tinh được dán nhãn màng nhựa bởi hình dáng đặc thù của vỏ chai Với nhãn màng nhựa (plastic film), công đoạn dán nhãn chai được thực hiện bằng máy phóng nhãn màng nilon – Sleeve labelling Máy được thiết kế khuôn phóng nhãn theo hình dáng của chai Cắt nhãn từ cuộn nhãn dán và tự động phóng nhãn lên cổ chai, thân chai (vị trí chính xác cần dán nhãn theo yêu cầu khách hàng)

Hình 1.16 Dây chuyền dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động

1.2.5 Co màng tự động

Nhờ máy co màng với buồng gia nhiệt giúp nhãn được co nhiệt và bám chắc vào thân chai Máy co màng nilon cho chai nhựa, chai thủy tinh dễ dàng được điều chỉnh nhiệt độ và lưu lượng khí nóng tùy theo loại nhãn chai giúp màng co nhanh, chắc chắn

và đẹp mà không ảnh hưởng tới chất lượng của chai và sản phẩm bên trong

1.2.6 Dán nhãn chai tròn, dán nhãn decal, sticker

Phương pháp dán nhãn chai với nhãn bằng giấy decal, sticker này được sử dụng khi chai nhựa PE, Pet, chai thủy tinh có hình dáng trơn, bề mặt phần dán nhãn không thay đổi Với phương thức dán nhãn này, chai chỉ cần chạy qua hệ thống roller cuộn nhãn và được quay tròn dán nhãn đúng vị trí trên thân chai Dán nhãn decal, nhãn giấy sticker không cần máy co màng như với nhãn nilon, nhãn màng nhựa plastic film Cấu tạo của máy dán nhãn giấy thường bao gồm:

 Cụm tách chai ( sản phẩm ) khi chai đi vào máy để đến vị trí dán cần được tạo khoảng cách giữa 2 chai liền kề giúp đảm bảo cycle time và hệ thống hoạt động nhịp nhàng

 Cụm ép xoay chai để dán nhãn gồm động cơ xoay và xylanh điều khiển

 Cụm cấp nhãn tự động : được sử dụng động cơ step motor và sensor cảm biến các vị trí dừng nhãn, cảm biến sản phẩm đầu vào giúp việc cấp và dừng nhãn chính xác Hệ thống điều khiển thông minh tính toán và điều chỉnh các cụm chức năng đồng tốc với nhau để quy trình dán nhãn chai tròn tuần tự và chính xác

Hệ thống kiểm soát lỗi với sensor, cảm biến phát hiện khi không có chai, hết nhãn, nhãn bị rách…giảm thiểu tối đa sai hỏng

Tủ điện điều khiển được bố trí gọn nhẹ trên máy, các thiết bị PLC, servo, drive, biến tần, sensor, màn hình cảm ứng nhập khẩu từ các thương hiệu Schneider, Panasonic,

Delta…nhập khẩu nguồn gốc Đài Loan, EU, Nhật Bản, Australia, Trung Quốc giúp vận

hành ổn định, nâng cao chất lượng và độ chính xác khi dán nhãn Màn hình HMI cảm ứng điều khiển trực quan, giao diện thân thiện và dễ dàng thao tác và vận hành Hệ thống hiệu chỉnh mold cho chai giúp thay đổi nhãn dán theo các sản phẩm khác nhau, các vị trí khác nhau trên sản phẩm

Hình 1.17 Dây chuyền dán nhãn Với một số sản phẩm chai vuông, dẹp có cách dán nhãn đặc biệt hơn, các cơ cấu dán nhãn của máy sẽ được tùy chỉnh để đảm bảo nhãn được dán tại vị trí chính xác trên

vỏ chai, không nhàu nát và bám dính tốt Các loại máy dán nhãn phẳng, máy dán nhãn chai vuông, máy dán nhãn chai dẹp, máy dán nhãn một mặt, hai mặt, máy dán nhãn phẳng, máy dán nhãn nằm ngang…

Với hầu hết các loại chai nước lọc, sản phẩm sau khi dán nhãn, vặn nắp và co màng nắp được chuyển ngay qua công đoạn đóng thùng trên máy dán thùng carton Các chai nước ngọt, đồ uống lại hay được đóng gói theo block trước khi đóng thùng carton Đóng gói chai theo block với màng co giúp thuận tiện cho việc vận chuyển và mua bán hàng

1.2.7 Đóng gói màng Block – Shrink Tunnel

Các chai được đóng gói theo block 6, 10, 20 chai…tùy theo quy cách đóng gói của

và kích thước, trọng lượng chai Các chai sau công đoạn co màng nhãn, dán nhãn tự

động sẽ được theo băng tải đưa tới vị trí chờ và nhanh chóng được tập kết thành các block Các block (có thể được xếp vào khay) được đóng gói nhờ máy đóng gói và hàn nhiệt - packing and sealer

1.2.8 Đóng thùng Carton + Dán thùng Carton tự động – Carton Sealer

Hình 1.18 Dây chuyền đóng thùng, dán thùng Carton Đây là công đoạn đóng thùng sản phẩm trên máy gập nắp, dán thùng Nếu các chai sau khi dán nhãn không được đóng gói theo các block, chúng sẽ được sắp xếp vào trong thùng carton thủ công bởi công nhân hoặc tự động bằng các cơ cấu gạt, gắp Thùng carton thường được mở và đặt sẵn vào máy dán (sau khi đã xếp sản phẩm) Cũng có thể

tự động hóa với máy mở vỏ thùng đặt ngay trước đó Thùng carton sau đó được gập nắp

và dán niêm phong mặt trên hoặc cả mặt trên và mặt dưới

1.2.9 Đóng đai tự động – Strapping Mchine

Công đoạn đóng đai nhựa cho thùng sản phẩm hoàn thiện với máy đóng đai thùng carton đảm bảo chắc chắn trong lưu kho và vận chuyển

Hình 1.19 Dây chuyền đóng đai loại lớn Máy đóng đai hoạt động trên dải kích thước và chiều dày đai phù hợp cho nhiều loại thùng với kích cỡ và trọng lượng khác nhau: Đai nhựa 9-15, dày 0.5-1.1mm Máy đóng đai hỗ trợ đóng đai thùng ngang, thùng carton đứng linh hoạt Quá trình đóng đai chỉ diễn ra trong vòng vài giây với tốc độ 20~30 đai/phút Vì vậy năng suất đóng đai đem lại là rất lớn

Máy đóng đai loại nhỏ và trung bình sử dụng cho đóng đai thùng carton đơn Với tùy chọn đóng hàng lên pallet, máy siết đai loại lớn sẽ cố định các thùng hàng vào pallet với nhau

Hình 1.20 Dây chuyền đóng đai loại nhỏ

1.2.10 Quấn màng Pallet – Wrapping Machine

Sản phẩm sau khi được đóng pallet chờ nhập kho hoặc xuất tới khách hàng sẽ được quấn màng bằng máy quấn màng tự động nhằm bảo quản sản phẩm trong quá trình vận chuyển Tùy thuộc kích thước và trọng lượng của pallet, kiện hàng sẽ được quấn màng trên bàn xoay hoặc băng tải hỗ trợ

Hình 1.21 Máy quấn màng Pallet Dây chuyền chiết rót, đóng chai và đóng thùng tự động giúp thay thế cho con người, nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất

Sau khi tìm hiểu khảo sát về các dây chuyền sản xuất chai nước của các nhà máy, nhóm chúng em quyết định thực hiện mô phỏng lại 3 khâu của dây chuyền đó là chiết rót và đóng nắp dạng thẳng và đóng thùng tự động sử dụng 3 PLC điều khiển quá trình

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ TIA PORTAL

2.1 Tổng quan PLC

PLC là bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Sự khác biệt cơ bản giữa điều khiển logic khả trình (thay đổi được quy trình hoạt động) và điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được quy trình hoạt động) là: Sự kết nối dây không còn nữa thay vào đó là chương trình PLC có thể được lập trình nhờ vào các ngôn ngữ lập trình đơn giản Đặc biệt đối với người sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có thể lập trình PLC được nhờ vào các liên kết logic cơ bản

Hình 2.1 Hệ điểu khiển bẳng relay và bằng PLC Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu

xử lý số liệu Nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bởi một số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình Chương trình này mô tả các bước thực hiện gọi một tiến trình điều khiển, tiến trình này được lưu vào bộ nhớ nên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình Trên cơ sở khác nhau ở khâu xử

lý số liệu có thể biểu diễn hai hệ điều khiển như hình

Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại mạch, thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình (PLC) thì ta chỉ thay đổi chương trình soạn thảo

2.1.1 Cấu trúc PLC

Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ sau:

Hình 2.2 Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLC

Bộ điều khiển PLC được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở ngõ vào của nó Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong

bộ nhớ chương trình Kết quả xử lý được đưa ra ngõ ra để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu

bộ nhớ cố định, ví dụ như EPROM, EEPROM Nội dung chương trình ở EPROM có thể

 Bit nhớ (Bit memory): Các bit memory là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu

 Bộ đệm (Proccess Image): Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ các trạng thái tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân

 Accumulator: Là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timer hay counter được nạp vào hay thực hiện các phép toán số học

 Counter, Timer: Timer và counter cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các giá trị đếm trong nó

 Hệ thống Bus: Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành và các modul ngoại vi (các ngõ vào và ngõ ra) được kết nối với PLC thông qua Bus nối Một Bus bao gồm các dây dẫn mà các dữ liệu được trao đổi Hệ điều hành tổ chức việc truyền dữ liệu trên các dây dẫn này

2.1.2 Nguyên lí hoạt động của PLC

Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý

và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle) Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 1ms-100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại

vi

2.1.3 Phân loại PLC

Tùy thuộc vào từng loại PLC mà có các cách phân loại khác nhau như PLC

S7-1200 thì phân loại theo 2 đặc điểm sau

 PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

 PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

 PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra

2.1.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của PLC

Với việc PLC nó giúp ích rất nhiều cho con người bên cạnh đó có những ưu nhược điểm cũng như ứng dụng trong các ngành khác nhau được thể hiện qua các mục bên dưới

2.1.4.1 Ưu điểm của PLC

 Chức năng lập trình PLC dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn

 Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao

 Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa, giảm đến 80% số lượng dây nối

 Cấu trúc của PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác

 Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp

 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác

2.1.4.2 Nhược điểm của PLC

 Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình

 Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn

2.1.4.3 Ứng dụng của PLC

PLC được sử dụng rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, điều khiển quá trình, máy nông nghiệp, thiết bị y tế, thiết bị thu thập dữ liệu trong các hệ SCADA…

2.2 Giới thiệu PLC Siemens

PLC Siemens có rất nhiều loại cho việc lập trình và điều khiển nhưng thông dụng và

dễ lập trình nhất thì đó là PLC S7-1200 nên sẽ tìm hiểu về nó ở mục bên dưới

2.2.1 Giới thiệu chung PLC S7–1200

Các kết cấu chính và đặc điểm nhận dạng PLC được thể hiện qua các mục sau

2.2.1.1 Sơ lược về PLC S7–1200

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-

1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)