Đồ án Rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng

Đồ án chuẩnTìm hiểu và thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng 1.2.Tìm hiểu tổng quan về hệ thống rót chất lỏng vào chai trong nhà máy1.2.1.Quá trình rót chất lỏng 1.2.2.Quy trình đóng nút1.2.3.Quy trình dán nhãn1.2.4.Quá trình đóng thùngI.CÁC CÔNG NGHỆ TRÊN DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG VÀO CHAI TỰ ĐỘNG2.1.Cảm biến mức2.2.Cảm biến quang2.3.Hệ thống băng chuyềnII.SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNGIII.BỘ ĐIỀU KHIỂN PLCTìm hiểu và làm quen với một dây chuyền sản xuất tự động cùng với các thiết bị điện hiện đại như PLC, Sensor, biến tần…Nghiên cứu và sử dụng được chương trình Step7 MicroWin trong việc viết chương trình điều khiển đáp ứng đúng yêu cầu của một hệ thống máy.Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề. Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

Đề tài: Tìm hiểu và thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai

trong hệ thống sản xuất chất lỏng.

Sinh viên thực hiện: Nhóm 4

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Hà Văn Phương

Hà Nội, 5/2018

LỜI NÓI ĐẦU

Trong học phần Đo lường và Cảm biến, chúng em đã được tiếp thunhững kiến thức lý thuyết về cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động, ứng dụngcủa các thiết bị đo lường và cảm biến Đồng thời với những tiết học thực hành,chúng em được tiếp xúc thực tế với thiết bị, giúp hiểu rõ hơn những lý thuyếtđược học

Những kiến thức và kỹ năng thu được trong học phần giúp chúng em cóthể sống và làm việc trong thời đại Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa

Kết thúc học phần, nhóm được thầy giao cho đề tài: “Tìm hiểu và thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng” Chúng em

nhận thấy đây là đề tài cần thiết và hợp lý giúp áp dụng lý thuyết và kỹ năngđược học và thực tiễn

Do sự thiếu sót về kiến thức và kinh nghiệm Chúng em mong có sựgiúp đỡ và góp ý từ thầy để đề tài của chúng em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Nhiệm vụ của đề tài

1.2. Tìm hiểu tổng quan về hệ thống rót chất lỏng vào chai trong nhà máy

1.2.1. Quá trình rót chất lỏng

1.2.2. Quy trình đóng nút

1.2.3. Quy trình dán nhãn

1.2.4. Quá trình đóng thùng

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

I. CÁC CÔNG NGHỆ TRÊN DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG VÀO CHAI TỰ ĐỘNG

2.1. Cảm biến mức

2.2. Cảm biến quang

2.3. Hệ thống băng chuyền

III. BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Nhiệm vụ của đề tài

- Rót chất lỏng theo mức được định trước

- Lượng chất lỏng rót vào chai theo 3 chế độ: 0.5 lít; 1 lít; 1.5 lít

- Tốc đọ 60 chai/ phút

- Đếm được số lượng sản phẩm

1.2. Tìm hiểu tổng quan về hệ thống rót chất lỏng vào chai trong nhà máy

Hiện nay với công nghệ hiện đại rất nhiều quá trình công nghiệp được tự động hóa Trong đó dây truyền đóng nút chai tự động là một trong những hệ thống được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi.

Một hệ thống sản xuất nước đóng chai hiện đại thường được phân chia thànhnhiều khâu nối tiếp nhau Một quy trình dây truyền đóng chai khép kín có thể được mô tả như sau:

Từ khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên chai được cho đi qua hệ thống rửa Chai dùng trong hệ thống đóng chai thường là chai thành phẩm, nên thường tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi.Sau khi được rửa sạch, các chai được băng chuyền đưa đến hệ thống rót liệu,tới vị trí rót, chai sẽ được dừng chính xác nhờ một cảm biến, để đảm bảo chính xác hơn nữa, có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai Hệ thống van rót,

cơ cấu rót được hạ xuống sao cho vòi rót ngập sâu trong miệng chai Sở dĩ cần thiết kế như vậy vì áp suất trong bể chứa được giữ rất lớn và không đổi, đảm bảo tốc độ rót cao và thời gian mỗi lần rót là như nhau, việc nhúng vòi rót vào trong chai để tránh chất lỏng văng ra ngoài khi rót với tốc độ lớn

Khi chai đạt được mức quy định được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút Khâu đóng nút bao gồm cơ cấu cấp nắp chai và đóng nút Cơ cấu đóng có thể là xi lanh thủy khí (với nút dập) hoặc mô tơ (với nút vặn), cơ cấu cấp nắp chai có thể dưới dạng gài sẵn trên băng tải hoặc kết hợp với cơ cấu dập

Sau đó là khâu dán nhãn, đây có thể coi là khâu đơn giản nhất trong hệ thốngđóng chai Cơ cấu bôi keo dính được gắn ngay trên băng tải và bố trí tiếp tuyến sao cho tì vào mặt chai, ngoài chuyển động thẳng trên băng tải, chai còn chuyểnđộng quay tròn do lực tì của cơ cấu bôi keo Tương tự với cơ cấu cấp nhãn, chaisau khi bôi keo, quay tròn, cuốn băng giấy nhãn 1 vòng quanh chai

Khâu cuối cùng là kiểm tra và đóng gói sản phẩm Khâu kiểm tra bao gồm một loạt các cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nút dán nhãn đạt yêu cầu…) sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại bỏ chai sang một 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 toàn bộ quy trình công nghệ đóng nút chai được tự động hoàn toàn, với đầu vào là nguyên liệu và chai rỗng, đầu ra là sản phẩm có thể đem bán trực tiếp

• Gồm những quá trình cơ bản sau:

1.2.1. Quá trình rót chất lỏng

Các chai sau khi rửa được băng tải đưa đến vị trí rót Khi gặp cảm biến vị trí băng tải dừng lại Cảm biến vị trí lại báo cho bộ điều khiển hệ thống rót chất lỏng hoạt động, hệ thống rót xả nhiên liệu vào trong chai được đo bằng cảm biến mức, khi đạt mức quy định cảm biến lưu lượng sẽ báo bộ điều khiển dừng

hệ thống rót Quá trình rót kết thúc

Hình 1.1: Máy chiết rót tự động FOL

Hình 1.3: Máy đóng nắp và chiết rót tích hợp

1.2.3. Quy trình dán nhãn

Sau khi các chai qua vị trí đóng nút, tiếp tục được di chuyển Khi đến vị trí dán nhãn cảm biến vị trí lại báo cho hệ thống băng tải dừng lại Tại vị trí dán nhãn có cơ cấu kẹp ở hai bên đi vào giữa kẹp chặt chai lại Khi đó xi lanh dán nhãn hoạt động và các chai được dán nhãn Sau khi dán xong cơ cấu kẹp nhả ra

và cảm biến vị trí báo cho hệ thống băng tải tiếp tục chạy Các chai sau khi dán xong được đưa vào đóng hộp

Hình 1.4: Máy dán nhãn

1.2.4. Quá trình đóng thùng

Các máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô sơ tới cực kỳhiện đại Tùy theo dạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói khác nhau Với

chai lọ thủy tinh dễ vỡ hay các chai có dung tích lớn thường được đóngthùng bằng cánh tay Robot Phương pháp này hiện đại và chính xác nhất,đảm bảo chống va đập làm hỏng sản phẩm Số lượng sản phẩm phụ thuộcvào kích thước thùng chứa, số lượng chai gắp trong một lần cũng dễ dàngcài đặt, ví dụ như để đóng két cho bia chai thì mỗi lần cánh tay robot

có thể gắp 20 chai Dây chuyền đóng thùng gồm 2 băng tải, một băng tảiđưa sản phẩm đến tay gắp, một băng vận chuyển thùng, hai băng tải đặtngang nhau Bộ phận gắp chai được điểu khiển đồng bộ bằng khí nén

Hình 1.5: Bộ phận gắp chai vào thùng

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

I. CÁC CÔNG NGHỆ TRÊN DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT CHẤT LỎNG VÀO CHAI TỰ ĐỘNG

2.1 CẢM BIẾN MỨC

Mục đích việc đo và phát hiện mức chất lỏng là xác định mức độ hoặckhối lượng chất lỏng trong bình chứa

Có 2 dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng

Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tíchchất lỏng còn lại trong bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biếnđưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mứcngưỡng có đạt hay không

Có 3 phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức chất lỏng:

- Phương pháp thủy tĩnh dùng biến đổi điện

- Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lỏng

- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lỏng.Trên dây chuyền đo mức cho nhà máy sản xuất ta sử dụng cảm biến theo phương pháp điện

- Phương pháp điện:

Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt động theo nguyêntắc chuyển đổi trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựavào tính chất điện của chất lỏng Các cảm biến thường dùng là cảm biến

độ dẫn và cảm biến điện dung

Dây chuyền sử dụng cảm biến đo mức nước trong bình nhiên liệuloại LFV 300 theo phương pháp cảm biến điện dung:

Hình2.1: Cảm biến đo mức nhiên liệu LFV 300

LFV 300 là cảm biến mức ứng dụng phổ biến cho các loại chất lỏng

sử dụng nguyên lý dung của đầu đo cho kết quả tin cậy và ổn định Nó cókhả năng phát hiện chất lỏng với độ chính xác tới hàng mm kể cảtrong những điều kiện làm việc rất khắc nghiệt

- Thiết kế chắc chắn

- Ứng dụng linh động cho phép lựa chọn giải pháp trong những ứng dụng

cụ thể, đặc biệt trong lĩnh vực y tế cũng như khả năng cháy nổ cao

- Khả năng làm việc lặp lại với tần số cao

- Dải đo: 80……6000mm

- Được đúc từ 100% nhôm

- Cánh cảm biến bằng thép không gỉ

- Thông số kỹ thuật:

Lắp đặt Cố định bằng đai ốc (khung lắp: Max 7mm)

Cấu tạo

Thân: Nhôm đúc vỏ bọc:

Nhôm đúcĐai ốc: Thép không gỉTrục: Thép không gỉ, 8.0mm cánh: Thép không gỉ1.5mm

Dây dẫn Cáp 5 lõi, độ dài: 2m

Trọng

lƣợng

(L)=85mm: xấp xỉ 645g (L)=100mm: xấp

xỉ 650g (L)=150mm:

xấp xỉ 670g (L)=200mm: xấp xỉ 690g

(L)=250mm: xấp xỉ 710g (bao gồm cả dây

Theo tiêu chuẩn IP66

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cảm biến LFV 300

- Nối dây

Hình 2.3: Sơ đồ nối dây

2.2 Cảm biến quang

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sảnphẩm Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để

ra lệnh điều khiển Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, tadùng loại cảm biến quang điện Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồnphát quang và 1 bộ thu quang Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laserphát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng 1 bộ thuquang sử dụng diode hoặc transitor quang Ta đặt bộ thu và phát sao chovật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuấthiện Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính ở phần thu ánh

sáng từ thấu kính tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắnthì chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu được sóng dao động dùng để

bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Ánh sáng của mạchphát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao động Phương pháp này sử dụngmạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suấthơn

Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện chính:Through- beam sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors(cảm biến phản quang), Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạkhuếch tán)

Hình 2.4: Cảm biến quang

* Vị trí của cảm biến trong dây truyền

Hệ thống cảm biến O5G500 được sử dụng ở các phân đoạn như: phát

hiện chai PET trong hệ thống chiết chai, phát hiện Keg trong hệ thốngchiết Keghoặc làm sạch CIP Keg và đếm số sản phẩm

Thông số của cảm biến

Cảm biến quang loại phản xạ gương

• Kích thước (mm): 56 x 18,2 x 46,8 mm

• Khoảng cách phát hiện: 1.5 m

• Loại: 4-wire

• Ngõ ra: DC PNP/NP

2.3 Hệ thống băng chuyền

Băng chuyền sản xuất là thiết bị dùng để tối ưu hóa qui trình sản xuất củadoanh nghiệp nhằm nâng cao tính cạnh tranh trên thương trường thông quaviệc tự động hóa các khâu sản xuất giúp giảm thiểu nhân công và gia tăngkhối lượng thành phẩm

Sử dụng hệ thống băng chuyền trong sản xuất là phương án sống còn củadoanh nghiệp hiện nay Với khoản đầu tư không lớn nhưng năng suất laođộng tăng lên kéo theo giá thành sản phẩm giảm đáng kể do tiết kiệm đượcchi phí nhân công Chất lượng sản phẩm cũng tăng lên nhờ tránh được saisót của người lao động.

Băng chuyền sản xuất được áp dụng rất rộng rãi trong trong việc vậnchuyển vật liệu, hàng hóa nhẹ tới nhưng bộ phận được chỉ định sẵn

Một hệ thống băng chuyền cơ bản được cấu thành từ những bộ phận sau:

– Khung băng chuyền: có kết cấu bằng vật liệu nhẹ và linh hoạt trong lắp ráp Thôngthường được làm bằng thép sơn tĩnh điện, inox hoặc nhôm định hình

– Động cơ dùng để giảm tốc: Có công suất 0.2KW, 0.4KW, 0.75KW, 1.5KW,2.2KW.

– Bộ điều khiển băng chuyền: Thường gồm có biến tần, contractor, sensor,timer, PLC…

– Dây băng chuyền: Thường sử dụng dây băng PVC hoặc dây PU dầy 2-5 (mm)

– Cơ cấu truyền động gồm có: Rulo chủ động kéo, cơ cấu chống lệch băng, conlăn đỡ dây…

– Bàn thao tác trên băng chuyền thường bằng gỗ, hoặc inox trên mặt có dán lớpnhựa PVC chống trầy sước cho sản phẩm

– Ghế ngồi làm việc được thiết kế phù hợp có khả năng tháo lắp và di chuyển

– Hệ thống đường khí nén và đường điện có ổ cắm để lấy điện cho các máydùng trên băng chuyền

– Ngoài ra thường có thêm đường điện chiếu sáng hoặc hệ thống điều khiển khínén để công nhân thao tác lắp ráp

Thông số kỹ thuật của băng chuyền:

hoặc bằng inox, thép sơn tĩnh điện

hoặc màu trắng, khả năng chống tĩnh điện của hãng Sampla(Italia),Ammerral (Hà Lan), Esbelt (Tây Ban Nha)

tùy thuộc vào từng sản phẩm và công suất băng tải

• Hệ thống chiếu sáng: Tất cả hệ thống đều có hệ thống đèn chiếu sáng tiếtkiệm điện, không gây mỏi mắt …

gỗ MDF phủ cao su, PVC hoặc bằng Inox

còn thiết kế móc treo dụng cụ, khay đựng linh kiện, quạt làm mát, hệthống khí nén

II. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Từ thực tế dây truyền tại nhà máy và qua tìm hiểu, nhóm 4 đã xây dựng được sơ đồ khối của đề tài như sau:

 Nguyên lý hoạt động

• Nhấn nút khởi động hệ thống đồng thời chọn lượng chất lỏng cần rótvới 3 chế độ: 0.5 lit; 1 lit; 1.5 lit

• Sau khi ấn nút khởi động, động cơ kéo băng tải quay và đẩy xilanh

chặn đầu ra của hệ thống rót chất lỏng, đồng thời hút chất lỏng vàobình chứa trước khi rót

• Các chai theo băng tải đi qua cảm biến quang ở đầu vào của hệ thốngrót chất lỏng Cảm biến phát hiện chai và gửi tín hiệu về bộ đếm

• Khi bộ đếm đủ 6 chai, đẩy xilanh chặn đầu vào của hệ thống rót chấtlỏng và xilanh hạ cần rót

• Cần rót hạ xuống đúng vị trí đặt cảm biến hạ cần thì thực hiện rót chấtlỏng Do lưu lượng chất lỏng không đổi, nên ta định lượng bằng cáchxác định thời gian rót

- 1.5 giây đối với chế độ 0.5 lit

- 3 giây đối với chế độ 1 lit

- 4.5 giây đối với chế độ 1.5 lit

• Sau khi rót xong, cần rót được nâng lên và cảm biến hạ cần không còntín hiệu, mở đầu ra của hệ thống rót chất lỏng

• Cảm biến quang tại đầu ra cũng đếm và phát hiện đủ 6 chai thì mở đầuvào và chặn đầu ra của hệ thống, đồng thời hút thêm chất lỏng vàobình chứa

• Quy trình được lặp lại đến khi ấn nút OFF, hệ thống dừng hoạt động

III. BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC

Để triển khai và duy trì hoạt động cả quá trình công nghệ chúng ta phải cần tới công nghệ lập trình PLC

- PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại

- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện

- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,…

- PLC có những ưu điểm:

+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy

+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp

+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển

+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi

+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém

- Trên thị trường có rất nhiều loại PLC như: Siemen, Mitsubishi, Omron, Idec,Fuji Qua tìm hiểu và phân tích các thông số của từng loại PLC cũng như làyêu cầu của dây truyền công nghệ thì chúng em thấy Siemen có những ưuđiểm phù hợp với yêu cầu của dây truyền

Với đề tài này chúng em lựa chọn CPU 224 AC/DC/RLY

Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz

- Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm

- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

- Chương trình được bảo vệ bằng Password

- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khiPLC bị mất điện

- Xuất sứ: Siemens Germany

- CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc,mức 0 là 0Vdc) 10 ngõ ra dạng relay.

Mô tả các đèn báo trên S7-200:

- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.

- RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình nạp ở trong máy

- STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ

dừng, không thực hiện chương trình hiện có

- Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x Đèn sáng