Đồ án dán nhãn sản phẩm trên tia portal và PLC S71200

Hình 1.1 Máy dán nhãn dùng con lănCơ cấu này gồm: Nguyên lý hoạt động: chai được cấp vào thông qua mâm cấp chai 1, qua băng tải 2 sẽ đi qua khe hở giữa con lăn giữa con lăn di động và c

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nềnkinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trongnhiều lĩnh vực như chất lượng mẫu mã và giá thành sản phẩm Cùngvới đó Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển giúp tiện ích trongsinh hoạt, linh hoạt trong sản xuất Do đó hầu hết trong các nhà máycông nghiệp đều đều ứng dụng khoa học nhằm tăng năng suất, chấtlượng sản phẩm đảm bảo Muốn làm được điều đó không thể khôngthực hiện tự động hóa, vì tự động hóa là phương án duy nhất nângcao năng suất, chất lượng sản phẩm, tạo tiền đề cho việc giảm giáthành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.Dán nhãn sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rấtnhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏitính tỉ mỉ, sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khóđảm bảo chính xác được trong công việc Điều đó sẽ ảnh hưởng trựctiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Hiện naydán nhãn chai có tầm quan trọng trong việc quyết định tính thẩm

mỹ, mẫu mã, số lượng cũng như đảm bảo độ đồng đều của sản phẩmthông qua đó nói lên chất lượng sản phẩm Dán nhãn chai tự độngđược sử dụng phổ biến trong các nghành sản xuất thực phẩm (chaibia, chai rượu, chai siro, chai nước chấm…) và y tế (chai, lọ chứathuốc…) Do đặc thù của nghành phục vụ mà yêu cầu nêu ra đối vớimáy dán nhãn chai tự động chủ yếu là đảm bảo được vị trí nhãn dántrên chai là đều, đẹp, không bị lệch, nhãn không bị tróc, tự động loại

bỏ những sản phẩm không đạt yêu cầu Với mong muốn hiểu thêm

về máy móc thiết bị cũng như các nguyên lí thiết kế, điều khiển nên

em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển máy dán nhãn chai tự động ”.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY DÁN NHÃN CHAI

TỰ ĐỘNG

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thiết kế bản vẽ, điều khiển máy dánnhãn chai phục vụ cho việc kinh doanh các cơ sở sản xuất vừa

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy dán nhãn chai tự động

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- phân tích, tổng hợp lý thuyết

1.5 Kết quả dự kiến đạt được

- Nắm được lý thuyết về cơ cấu chuyển động của máy

- Tính toán, thiết kế khung chuyển động của máy

Tìm hiểu được về cài đặt hệ thống điện, cảm biến động cơ

1.6 Phân loại máy dán nhãn chai tự động.

Trên thực tế hiện nay có rất nhiều kiểu máy dán nhãn sau: dùng băng ma sát (nhiều loại), dùng con lăn di động, dùng cơ cấu kẹp thủy lực

1.6.1 Máy dán nhãn dùng con lăn di động

Hình 1.1 Máy dán nhãn dùng con lăn

Cơ cấu này gồm:

Nguyên lý hoạt động: chai được cấp vào thông qua mâm cấp chai

1, qua băng tải 2 sẽ đi qua khe hở giữa con lăn giữa con lăn di động

và con lăn cố định Nhãn được cấp liên tục, dẫn động bằng cặp bánh

ma sát 9 Dưới tác dụng kéo của băng tải , lực ép của lò xo 7, các conlăn di động thì nhãn sẽ được dán lên chai

Ưu điểm: cơ cấu đơn giản, năng suất cao

Nhược điểm: khả năng dán chính xác thấp, dễ bung ra sau khi dán, yêu cầu nhãn dán phải có keo hai mặt điều này dẫn đến giá thành tăng, gây rất nhiều khó khăn cho việc giữ vệ sinh sau khi dán, nhìn chung phương án này không khả thi.

1.6.2 Máy dán nhãn dung cơ cấu kẹp thủy lực

Hình 1.2 Máy dán nhãn dùng cơ cấu kẹp thủy lựcNguyên lý hoạt động: nhờ cơ cấu kẹp bằng thủy lực được dẫn hướng bằng hai rãnh, hai xilanh thủy lực được điều khiển do tín hiệu phát ra từ cảm biến màu, khi chai cách nhãn khoảng cách nhất định, cảm biến màu nhận ra chai sẽ điều khiển hai thanh kẹp,kẹp chai lại đồng thời dán nhãn lên chai

Ưu điểm: độ chính xác cao, năng suất lớn

Nhược điểm: máy móc phức tạp, khó chế tạo, yêu cầu băng keo hai mặt nên giá thành cao và giữ vệ sinh khó khăn sau khi dán vào

chai do bề mặt ngoài còn keo sẽ bám bụi vào, hoặc phải thêm công đoạn phải dán lớp nilong vào mặt ngoài như vậy giá thành sẽcao.

1.6.3 Máy dán nhãn chai dùng cơ cấu băng ma sát

1.6.3.1 Loại 1

Nguyên lý hoạt động: chai di chuyển trên băng tải đồng thời được quay tròn nhờ cơ cấu ma sát, trên băng ma sát được căng cuộn băng keo hai mặt, khi chai lăn không trượt sẽ cuốn theo cả nhãn chai, nhãn chai được dán cứng nhờ được lăn ép trên băng ma sát

Ưu điểm: độ chính xác cao, ít phế phẩm

Nhược điểm: cũng như những máy ở trên cũng phải sử dụng nhãn

có băng keo hai mặt nên giá thành cao và vấn đề vệ sinh sau khi

đã dán nhãn

1.6.3.2 Loại 2

Hình 1.3 Máy dán nhãn dùng cơ cấu băng ma sát

Nguyên lý hoạt động: nhãn được bóc ra do băng dán nhãn bị gấp khúc đột ngột, chai từ cơ cấu cấp phôi đưa tới nhãn dính vào chai

sau đó được dán chặt nhờ băng ma sát, nếu một chai do sự cố không dính nhãn sẽ được nhận biết do cảm biến quang, chai được đưa ra ngoài qua cơ cấu gạt trong đó chai và nhãn được nhận biết nhờ các bộ cảm biến quang học và cảm biến màu.

Ưu điểm: năng suất cao, cơ cấu đơn giản, đạt độ chính xác caoNhược điểm: chi phí ban đầu cao do yêu cầu các cơ cấu chính xác

 Qua nhưng ưu, nhược điểm của các loại máy dán nhãn trên, ta chọn phương án máy dán nhãn chai dùng băng ma sát loại 2

1.7 Kết cấu chung của máy dán nhãn chai.

1.7.1 Phần cơ khí

1.7.1.1 Khung máy: gồm nhiều thanh thép chữ nhật được hàn

lại thanh hệ thống khung dùng để đỡ và giữ chặt hệ thống băng tải, băng ma sát và hệ thống nhãn dán.1.7.1.2 Thanh đỡ chai: gồm các thanh inox hình chữ nhật

10*15 và các vít tân có chức năng đỡ chai, nhắm giúp chai không trượt ra khỏi băng tải

1.7.1.3 Bộ phận cấp nhãn: bao gồm: cuộn nhãn, 1 động cơ

bước, các rulo làm căng cuộn nhãn, tấm composite để gắng các rulo lại với nhau… Dùng để cấp nhãn giúp quá trinh tách nhãn ra khỏi cuộn nhãn để giúp nhãn bám vào chai

1.7.1.4 Hệ thống băng ma sát: bao gồm băng ma sát và băng

cao su tạo lực ép chai

1.7.1.5 Cơ cấu truyền động: gồm động cơ, băng tải, bánh đai

và bộ phận căng đai

1.7.2 Phần điều khiển

1.7.2.1 PLC: điều khiển toàn bộ hoạt động của máy dán nhãn

chai1.7.2.2 Cảm biến quang: dùng để nhận biết chai đã đi đến vị trí

cần dán nhãn hay chưa

1.8 Tính năng của máy dán nhãn chai tự động.

1.8.1 Tính năng tự động cao

Máy dán nhãn chai tự động có thiết kế rất dễ sử dụng, giúp cho

chúng ta giảm được chi phí nhận công trực tiếp từ đó nâng cao được năng suất sản xuất

1.8.2 Tính linh hoạt cao

Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với từng nhu cầu dán nhãn chai khác nhau, do đó rút ngắn được khoảng thời gian phụ và chuẩn bị khởi động máy Bất cứ lúc nào cũng có thể bắt đầu tiến hành vận hành với chương trình sẵn có hoặc chuyển đổi sang chương trình khác

1.8.3 Tính cơ động, gọn nhẹ, dễ dàng sửa chữa bảo hành

Máy có thiết kế khá nhỏ gọn, dễ dàng vận chuyển máy từ nơi này sang nơi khác, thích hợp với những nơi có không gian làm việc giới hạn như nhà dân hoặc các xưởng sản xuất nhỏ lẻ Bên cạnh đó máy khá dễ tháo lắp, tra mỡ, dầu cho các cơ cấu vận hánh được trơn tru, hiệu quả trong quá trình hoạt động

1.8.4 Tính công nghệ

Máy dán nhãn chai tự động sẽ không bao giờ bị lỗi thời so với nhanh sản xuất, vì những tính năng nổi trội và phù hợp với công đoạn đóng gói và dán nhãn vào sản phẩm

1.9 Công dụng của máy dán nhãn chai tự động

1.9.1 In nhiệt tốt

1.9.2 Dán nhãn tự động trên dây xích, băng truyền hay trên

băng tải

1.9.3 Với ưu điểm góc quay chính xác của động cơ bước do đó

sản phẩm sẽ được bắn ra ở một vị trí cực kỳ chuẩn và không

để lại nếp nhăn của nhãn trên bề mặt sản phẩm

1.9.4 Chế độ tách nhãn linh động và khoảng cách giới hạn bề

rộng nhãn lớn giúp thao tác thay đổi các cuộn nhãn có nhiều kích thước khác nhaumottj cách dễ dàng

1.10 Nhu cầu và ứng dụng của máy dán nhãn chai tự

động trong sản xuất.

1.10.1 Nhu cầu trong nghành sản xuất thực phẩm

Xã hội ngày căng phát triển đời sống người dân ngày càng được nângcao Do đó nhu cầu ăn uống của người dân cũng được nâng cao Chính vì vậy mà những năm gần đây các loại nước ngọt, nước giải khát đóng chai, các loại nước uống có cồn, các loại thực phẩm đóng chai phục vụ cho người dân rất đa dạng và được bán rộng trên khắp

cả nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc chọn lựa đa dạng cả về mẫu mã lẫn chất lượng Vì vậy việc in nhãn trên chai lọ không thể thiếu trong nhanh sản xuất thực phẩm

1.10.2 Nhu cầu trong nghành sản xuất dược phẩm, y tế

Nhãn dược phẩm y tế rất quan trọng với mỗi sản phẩm của các hãng dược phẩm vì nó có thể bao gồm nhiều ngôn ngữ, liều lượng, hướng dẫn sử dụng, thành phần chế tạo, nhà sản xuất, nơi sản xuất, hạn sử dụng, một số cảnh báo và nhiều hơn nữa mà không cần thêm những thứ khác để hướng dẫn chỉ cần dán nhãn trên bề mặt chai

1.10.3 Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Công việc dán nhãn sản phẩm vào chai là một công việc lặp đi lặp lại nên không thể tranh được sự nhàm chán trong công việc Công việc dán nhãn sản phẩm chai là một công việc mất khá nhiều thời gian và

dễ gây sự nhầm lẫn Ngày nay việc dán nhãn sản phẩm chai có tầm quan trọng việc quyết định tính thẩm mỹ, thông qua đó nói lên chất lượng sản phẩm giúp việc nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY DÁN NHÃN CHAI 1.1 Lưu đồ thuật toán.

Hình 2.1 Lưu đồ thuật toán

1.2 Các thông số của máy.

1.2.1 Năng suất

Năng suất thiết kế của máy dán nhãn chai tự động là 120 chai/phút.

2 44 63 52 52 4

15 6010 40300 800

60 90

Với tỉ số truyền yêu cầu là i = 96,67 ta chọn phối hợp bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc trục vít – bánh vít 1 cấp.

Ta có:

i = iđ * itvTrong đó:

iđ : tỉ số truyền của bộ truyền đai thang

itv : tỉ số truyền trục vít – bánh vít 1 cấp

việc kết hợp bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc 1 cấp trục vít – bánh vít có sẵn nhằm đạt được tỉ số truyền mong muốn

Chọn hộp giảm tốc trục vít – bánh vít 1 cấp có tỉ số truyền itv = 30

Từ đó ta có tỉ số truyền của bộ truyền đai là:

Theo bảng trên thì việc chọn bộ truyền đai thang là đạt yêu cầu

1.4 Tính toán công suất yêu cầu của máy

1.4.1 Trọng lượng của chai và nước

Khối lượng chất lỏng trong 1 chai:

Khối lượng chai và nước lấy tròn m’ = 0,4 kg

Trên mâm có 10 chai, vậy khối lượng tổng là: M1 = 0,4 10 = 4 kg

1.4.2 Khối lượng mâm quay

Vật liệu bằng thép không gỉ

Khối lượng riêng  = 7800 kg/m3

24,76 kgVới h: chiều dài mâm cấp chai

Mtoång = M1 + M2 + M3 = 4 + 24,76 + 7 = 35,76 kgMomen đà :

V: lực dọc trục do trọng lượng các khối lượng đè lên trục

V = m g = 35,76 9,81 = 350,81 NF: hệ số ma sát, F = 0,1

d: đường kính ngổng trục lắp ổ d= 45 mm

M o å =350,81 0,1 45.10-3/2 = 0,79 NmCông suất cần thiết:

Momen cần thiết khi mở máy: M = Mñ+ Mo å = 1,42 + 0,79 = 2,21 NmCông suất cần thiết trên trục chính:

1.5 Thiết kế hệ dẫn động

1.5.1 Chọn động cơ điện

Công suất cần thiết trên trục động cơ:

Ở đây tải trọng được xem như không đổi trong quá trình làm việc:

 = ñ tv kn 0Trong đó:

 : hiệu suất tổng

ñ : hiệu suất bộ truyền đai ñ = 0,95

tv : hiệu suất bộ truyền trục vít tv = 0,75

kn :hiệu suất bộ truyền khớp nối kn = 0,95

0 :hiệu suất 1 cặp ổ lăn 0 = 0,99

1.5.3 Tính toán bộ truyền đai thang

1.5.3.1 Chọn loại đai và tiết diện đai

Theo ( 1, trang 59, hình 4.1 ) với công suất cần truyền là 0,06 kW và số vòngquay bánh đai nhỏ là 1378 vg/ph : ta chọn đai A

1.5.3.2 Xác định các thông số của bộ truyền:

Đường kính bánh đai nhỏ: chọn đường kính bánh đai nhỏ d1 = 100mm.Vận tốc đai:

Do V < 25m/s nên việc chọn đai thường là hợp lý

Đường kính bánh đai lớn:

Sai số tương đối:

%u < 5% , sai số chấp nhận được

a = 315 mm, thỏa mãn điều kiện trên

Chiều dài đai 1:

Chọn l = 1320 (mm) , theo (1,trang 59, bảng 4.13)

Kiểm nghiệm về tuổi thọ đai:

I< Imax = 10, thỏa mãn Tính góc ôm trên bánh đai nhỏ:

1 > 120o , thỏa mãn.1.5.3.3 Xác định số đai:

da = 315 + 2 3,3 = 321,6 (mm).

1.6 Con lăn kéo nhãn và băng ma sát

1.6.1 Số vòng quay con lăn kéo nhãn

Theo thời gian số vòng quấn của dải giấy để dán nhãn chai lên thay đổi từ bánhquấn bị động sang bánh quấn chủ động do đó cặp bánh quấn kéo nhãn có đườngkính thay đổi theo thời gian, dẫn đến vận tốc quay cũng thay đổi theo từng thờiđiểm, điều này khá phức tạp do vậy đối với bánh quấn dùng động cơ bước đượcđiều khiển bằng cảm biến

1.6.2 Tính cặp bánh ma sát và chiều dài băng cao su

Hình 2.3 Cơ cấu truyền động bánh ma sátTrong đó:

CHƯƠNG 3 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động dán nhãn chai 1.1 Hệ thống cảm biến.

Gồm các cảm biến quang học và cảm biến màu

1.1.1 Mục đích sử dụng

Các cảm biến quang học và cảm biến màu được dùng để nhận biết chai, nhãn đã được đưa đến đúng vị trí, các cảm biến màu được nối với các bộ khuếch đại tín hiệu để điều khiển các động cơ và các cơ cấu khác

1.1.2 Vị trí chức năng của các cảm biến trong hệ thống cảm biến quang nhận

diện chai trước khi dán

Nhiệm vụ của các cảm biến này là nhận biết chai trước khi dán để phát tín hiệu kích hoạt cơ cấu cuốn cuộn nhãn, đưa nhãn đến vị trí con lăn, nhãn bung ra và dính vào chai

Giả sử thời gian phát tín hiệu và thời gian động cơ đạt tốc độ tính toán bằng 0 khi

đó khoảng cách từ cảm biến đến nhãn chai bằng khoảng cách giữa hai tâm chai

Hình 3.1 Cảm biến nhận biết nhãn1.1.3 Cảm biến nhận biết nhãn chai

Quá trình điều khiển cuộn nhãn do cảm biến màu, mục đích xác định vị trí chính xác nhãn chai khi nhãn chai bong ra chuẩn bị dính vào chai đồng thời xác định vịtrí nhãn chai kế tiếp, cảm biến này được đặt đối diện với nhãn chai chuẩn bị dính vào chai

Khi đã nhận biết được nhãn chai đã vào vị trí xác định cảm biến phát tín hiệu điều khiển ngắt nguồn động cơ truyền động cuộn nhãn

Tùy vào từng loại nhãn có màu sắc khác nhau mà xác định loại cảm biến màu khác nhau

1.1.4 Cảm biến phát hiện lỗi sau khi dán

Nhằm đảm bảo cảm biến nhận biết chính xác chai bị lỗi, yêu cầu nhãn chai phải đối diện với cảm biến vậy yêu cầu cảm biến được đặt tại vị trí sao cho sau khi

chai ra khỏi băng ma sát đến vị trí cơ cấu gạt đồng thời nhãn chai cũng đến vị trí cảm biến khoảng cách từ con lăn làm bong nhãn chai đến cơ cấu gạt là:

Hình 3.2 Cảm biến nhận biết nhãn chưa bong

1.2 Sơ đồ điều khiển

1.2.1 Sơ đồ

Hinh 3.3 Sơ đồ điều khiển

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Băng tải 1 được kích điện, quay đưa chai cấp vào mâm cấp chai, sau đó mâm cấpchai quay, đưa chai đến băng tải 2, các cảm biến màu cảm nhận và kích cho động

cơ mang nhãn hoạt động, đồng thời lúc này các bộ đếm hoạt động, tiếp theo băngtải ép nhãn hoạt động, vậy là kết thúc một chu trình, tiếp tục reset bắt đầu lại

1.4.1 Khái niệm chung PLC S7-1200

PLC S7-1200 được hãng Siemens cho ra đời năm 2009 nhằm thay thế S7-200

Nó được giới tự động hóa đánh giá cao và yêu thích bởi vì S7-1200 đã khắc phụcnhững nhược điểm của S7-200 một cách hoàn hảo Thiết bị PLC Siemens S7-

1200 là thiết bị tự động hóa đơn giản nhưng có độ chính xác cao, tốc độ xử lý nhanh được thiết kế dưới dạng module nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng PLC S7-1200 của siemens có một giao diện truyền thông đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng công nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoànchỉnh và toàn diện

1.4.2 Các module trong hệ PLC S7-1200

1.4.2.1 Giới thiệu về các module CPU

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau

PLC S7-1200 có các loại sau: