HD4 nhữ quý thơ nghiên cứu thiết kế hệ thống dán nhãn chiết rót và đóng nắp cho chai dầu nhớt

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Cơ Khí -  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN NHÃN CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHO CHAI DẦU NHỚT NHPWTS GVHD : Ths Nhữ Quý Thơ Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tấn 2018605475 Mai Thanh Tùng 2018605457 Nguyễn Văn Tĩnh 2018605523 Hà Nội - 2022 I II MỤC LỤC MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC BẢNG BIỂU VIII LỜI NÓI ĐẦU IX CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHO CHAI DẦU NHỚT 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Giới hạn phạm vị nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống khí 2.2 Hệ thống điện, điều khiển 2.2.1 Hệ thống điện 2.2.2 Hệ thống điều khiển 14 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG DÁN NHÃN, CHIẾT RĨT VÀ ĐÓNG NẮP CHO CHAI DẦU NHỚT 20 3.1 Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống 20 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 22 3.2.1 Thiết kế băng tải chuyển động 22 3.2.2 Thiết kế cấu dán nhãn 30 3.2.3 Tính tốn thiết kế cấu chiết rót .36 3.2.4 Tính tốn thiết kê cấu cấp nhắp chai đóng nắp chai dầu 38 3.2.5 Tính chọn thành phần khí khác 39 3.3 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện 43 3.3.1 Tổng quát hệ thống điện 43 3.3.2 Hệ thống điện đầu vào .43 3.3.3 Hệ thống điện đầu 46 3.4 Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển 50 3.4.1 Thiết kế giao diện người dùng 50 3.4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển .51 III 3.5 Kết q trình mơ hệ thống 61 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64 4.1 Kết đạt 64 4.2 Phương hướng phát triển .64 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 IV DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Băng tải công nghiệp .5 Hình 2.2 Xylanh tác động kép .6 Hình 2.3 Cơ cấu dán nhãn điển hình ngồi thực tế Hình 2.4 Cơ cấu chiết rót kiểu van Hình 2.5 Cơ cấu chiết rót bình đinh mức van trượt Hình 2.6 Cơ cấu chiết rót đẳng áp khí Hình 2.7 Hệ thống cấp nắp đóng nắp cơng nghiệp Hình 2.8 Bộ nguồn chuyển đổi nguồn điện Hình 2.9 Cảm biến tiệm cận điện dung .10 Hình 2.10 Cảm biến quang 10 Hình 2.11 Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng khơng tiếp xúc Velt-ULS 11 Hình 2.12 Cảm biến lưu lượng 11 Hình 2.13 Sơ đồ đấu dây động kích từ độc lập .12 Hình 2.14 Sơ đồ đấu nối dây động kích từ hỗn hợp .12 Hình 2.15 Sơ đồ đấu nối dây rơ le 12V .13 Hình 2.16 Một số van điện từ điều khiển 14 Hình 2.17 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PLC 15 Hình 2.18 PLC s7-1200 simatic CPU 1214 AC/DC/RLY 16 Hình 2.19 Giao diện hình Wincc 18 Hình 2.20 Sơ đồ hệ thống điều khiển khí nén .19 Hình 3.1 Kết cấu hệ thống dán nhãn, chiết rót đóng nắp dầu nhớt 20 Hình 3.2 Góc nhìn 2D hệ thống 21 Hình 3.3 Hệ thống sau lắp ráp hoàn chỉnh 21 Hình 3.4 Kết cấu vẽ 2D băng tải 22 V Hình 3.5 Mơ hình băng tải 3D .22 Hình 3.6 Các lực căng tác động lên băng tải .24 Hình 3.7 Cơ cấu dán nhãn 2D 30 Hình 3.8 Cơ cấu dán nhãn 3D soidwork 30 Hình 3.9 Chai dầu chiết rót 31 Hình 3.10 Sơ đồ lực sơ phần lò xo căng nhãn 32 Hình 3.11 Động bước KH65QM2U038 35 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống chiết rót .36 Hình 3.14 Máy bơm lưu lượng DC 12V 36 Hình 3.15 Vị trí bơm, cảm biến bồn chứa dầu 37 Hình 3.16 Cơ cấu đóng nắp 38 Hình 3.17 Động giảm tốc LK0226 39 Hình 3.18 Xylanh làm việc 42 Hình 3.19 Tổng quát hệ thống điện .43 Hình 3.20 Sơ đồ đấu nối nút nhấn với PLC s7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC .44 Hình 3.21 Đấu nối cảm biến tiệm cận với rơ le trung gian 45 Hình 3.22 Đấu nối tiếp điểm rơ le cảm biến lưu lượng với PLC .45 Hình 3.23 Sơ đồ đấu nối động bước với PLC s7-1200 46 Hình 3.24 Sơ đồ đấu nối động băng tải chiết rót .47 Hình 3.25 Sơ đồ đấu nối hệ thống đèn báo 5V 47 Hình 3.26 Sơ đồ đấu nối mạch khí nén .48 Hình 3.27 Sơ đồ dấu nối điều khiển xylanh đóng mở van chiết 49 Hình 3.28 Giao diện mở đầu 50 Hình 3.29 Giao diện vận hành giám sát hệ thống 50 Hình 3.30 Giao diện hưỡng dẫn vận hành 51 VI Hình 3.31 Sơ đồ hoạt động điều khiển hệ thống 51 Hình 3.32 Chai dầu vị trí cảm biến 53 Hình 3.33 Các van cảm biến đường ống 54 Hình 3.34 Xylanh chặn vào sau chiết rót xong 54 Hình 3.35 Lưu đồ thuật tốn tổng qt q trình điều khiển .57 Hình 3.36 Lưu đồ thuật tốn quy trình dán nhãn 58 Hình 3.37 Lưu đồ thuật tốn trình định lượng dầu .59 Hình 3.38 Lưu đồ thuật tốn q trình đóng nắp 60 Hình 4.1 Thiết kế mô hệ thống phần mềm Sloidwork 61 Hình 4.2 Bồn chứa dầu mặt sau hệ thống .61 Hình 4.3 Chế độ điều khiển tay chạy mơ 62 Hình 4.4 Chế độ chạy tự động hệ thống 62 Hình 4.5 Cảnh báo lỗi hết dầu bồn khơng cịn dầu 63 Hình 4.6 Bản vẽ băng tải hệ thống 68 Hình 4.7 Các chi tiết băng tải 69 Hình 4.8 Bản vẽ cấu dán nhãn 70 Hình 4.9 Các chi tiết cấu dán nhãn 71 Hình 4.10 Một số chi tiết phận đóng nắp 72 Hình 4.11 Bản vẽ cấu đóng nắp 73 Hình 4.12 Sơ đồ đấu nối tổng quát PLC S7 1200-1214-DCDCDC .74 Hình 4.13 Bản vẽ kết cấu tổng thể hệ thống 75 Hình 4.14 Lập trình điều khiển hệ thống .78 Hình 4.15 Lập trình giao diện điều khiển hệ thống .78 VII DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông tin cơng suất hệ thống điều khiển khí nén 19 Bảng 3.1 Thông số cuối truyền đai băng tải 29 Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật động KH65QM2U038 35 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật 37 Bảng 3.4 Yêu cầu kĩ thuật động đóng nắp 39 Bảng 3.5 Chú thích phần tử sơ đồ đấu nối cảm biến 45 Bảng 3.6 Chú thích sơ dồ đấu nối xylanh van điện 48 Bảng 3.7 Địa vào hệ thống điều khiển PLC s7-1200 55 Bảng 4.1 Chú thích chi tiết băng tải 69 Bảng 4.2 Chú thích chi tiết cấu dán nhãn 71 Bảng 4.3 Chú thích chi tiết phận đóng nắp 72 Bảng 4.4 Lựa chọn thông số động cho hệ thống băng tải .76 VIII LỜI NÓI ĐẦU Trong dây chuyền sản xuất theo hướng công nghệ đại nay, trình chiết rót định lượng chất lỏng tự động sử dụng rộng rãi Q trình chiết rót tự động cải thiện điều kiện vệ sinh, đảm bảo suất cao, định lượng xác sản phẩm Trong đề tài này, nhóm sinh viên thiết kế mơ thành cơng mơ hình hệ thống chiết rót, dán nhãn đóng nắp chai dầu tự động Hệ thống phát chai rỗng thơng qua cảm biến, sau tự động dán nhãn, chiết rót đóng nắp chai Hệ thống sử dụng PLC S7 1200 để điều khiển thành phần khí, thủy khí hoạt động ý muốn Với kết nhận được, mơ hình ứng dụng để thiết kế, phát triển ứng dụng vào dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao suất chất lượng sản phẩm Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy, cô môn Cơ Điện Tử Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, đặc biệt đến giảng viên hướng dẫn thầy Nhữ Quý Thơ Thầy tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hồn thành đề tài nghiên cứu Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè hỗ trợ chia sẻ kinh nghiệm cho nhóm thời gian qua Cuối nhóm xin chúc thầy tồn thể bạn lớp nhiều sức khỏe thành công công việc Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực Chu Văn Tấn Mai Thanh Tùng Nguyễn Văn Tĩnh IX CHƯƠNG 4.1 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết đạt Thiết kế thành cơng mơ hình khí 3D hệ thống dán nhãn, chiết rót đóng nắp chai tự động phần mềm Solidworks Tính toán, hiệu chỉnh thống số vật liệu chế tạo để đưa vào chế tạo thực tiễn Xây dựng hệ thống đấu nối mạch điện linh kiện điện tử với PLC s7-1200 gồm sơ đồ dây, sơ đồ nguồn Thiết kế thành công giao diện người dùng cho hệ thống Lập trình điều khiển thành công hệ thống ngôn ngữ ladder PLC s7-1200 Mô hệ thống phần mềm TIA potal đáp ứng yêu cầu hệ thống Hiểu nguyên lý, cách thức vận hành, làm việc hệ thống chiết rót, dán nhãn đóng nắp chai dầu tự động Ngồi kiến thức chun mơn, thơng qua đồ án nhóm hiểu q trình chiết rót loại chất lỏng thực tế Các công nghệ đại mà cơng ty, xí nghiệp sử dụng, từ trang bị kiến thức thực tế cần thiết cho công việc sau Hạn chế cần khác phục Bên cạnh kết đạt đồ án cịn số hạn chế cần khác phục như: Phần thiết kế khí thiết kế mô 3D, loại vật liệu thực tế có thay đổi Phần code cần phải tối ưu từ tăng suất hoạt động hệ thống Một số thiết kế chưa tối ưu cấu đóng nắp, dán nhãn làm cho việc thi cơng thực tế gặp nhiều khó khăn trình chế tạo 4.2 Phương hướng phát triển Hệ thống dán nhãn, chiết rót đóng nắp sản phẩm thiết bị quan trọng tích hợp cải tiến để phù hợp với nhiều loại chai lọ khác Lượng dầu chiết thay đổi lịch hoạt trình sản xuất để tăng xuất hệ thống Tích hợp thêm cơng nghệ phát lỗi, tự động sửa lỗi có lỗi q trình dán nhãn đóng nắp sản chai Tiếp tục tiến hành cải tiến, tối ưu hóa cấu khí hệ thống Nâng cấp chương trình điều khiển lập trình hệ thống, từ nâng cao suất hệ thống 64 q trình hoạt động Kết hợp cơng nghệ đại vào việc giám sát hệ thống như: xử lý ảnh, điều khiển qua internet, xuất file báo cáo làm việc Tiến hành chế tạo mơ hình thử nghiệm, vận hành thực tế 65 KẾT LUẬN Nghiên cứu hệ thống chiết rót đóng chai đề tài khơng cịn mới,tuy nhiên lại mang tính thực tế cao Nhóm cố gắng tìm kiếm bổ sung nhiều tài liệu tài liệu liên quan để đề tài ứng dụng tốt thực tế nghiên cứu Qua thời gian thực Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Cơ điện tử, với nỗ lực không ngừng, nhóm hồn thành Đồ án tốt nghiệp thời gian, mục tiêu, nhiệm vụ yêu cầu đề Qua nhóm nghiên cứu, tìm hiểu tích lũy nhiều kiến thức bổ ích vấn đề: o Lý thuyết hệ thống khí, cụ thể băng tải, cấu chiết rót cấu dán nhãn dây chuyền sản xuất đại o Lý thuyết điều khiển tự động hóa trình sản xuất chai dầu nhớt thơng qua PLC giao diện Wincc Kết nhóm thành cơng mơ hình hóa mơ hệ thống phần mềm Tia Portals, Solidworks; q trình chiết rót diễn theo yêu cầu mà nhóm đặt Mặc dù cịn nhiều thiếu sót việc thiết kế tính tốn, nhóm giới hạn việc mơ hệ thống mà không thiết kế sản phẩm thực tiễn, song kết đạt đáp ứng yêu cầu thầy cô đề Cùng với đó, nhóm đưa phương hướng phát triển tương lai để hệ thống trở nên hoàn thiện hơn, sớm đưa vào áp dụng sản xuất thực tế 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất - Lê Văn Tuyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Hà Nội: NXB giáo dục, 2014 [2] PGS Nguyễn Thanh Nam, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KỸ THUẬT, Đại học Bách Khoa TP Hồ CHí Minh, 2011 [3] TS Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, HCM: Đại học quốc gia TPHCM, 2015 [4] GS.TS Trần Văn Địch, Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy [5] Bùi Hải Triều, Hệ thống điều khiển khí nén thủy lực, Hà Nội: Giáo dục, 2003 [6] Plctech, TÀI LIỆU PLC SIEMENS S7 1200, Hà Nội [7] Hoàng Minh Cơng, Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, Nhà xuất xây dựng, 2011 [8] chetaomaytruongphat.com/cac-phuong-phap-chiet-rot-dung-dich/ [9] SIEMENS, s7-1200 programmable controller, SIEMENS [10] PGS.TS Phạm Văn Hòa, Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA, Hà Nội: NXB đại học Bách KHoa Hà Nội [11] Nguyễn Minh Hải, Ứng dụng s7-1200 để điều khiển giám sát lò đốt bã mĩa, 2017: Trường đại học SPKT TP HCM 67 PHỤ LỤC Một số vẽ khí đồ án Hình 4.1 Bản vẽ băng tải hệ thống 68 Hình 4.2 Các chi tiết băng tải Bảng 4.1 Chú thích chi tiết băng tải Chi tiết sô 10 12 14 15 16 18 Tên chi tiết Nhơm định hình Gối đỡ Trục Băng tải Thanh chắn Góc 34 Motor 24v Puley nhỏ Puley lớn Đai Vật Liệu Nhôm Thép Thép Vải cao su Thép Thép Vải cao su 69 Số lượng 16 1 1 Hình 4.3 Bản vẽ cấu dán nhãn 70 Hình 4.4 Các chi tiết cấu dán nhãn Bảng 4.2 Chú thích chi tiết cấu dán nhãn STT 12 15 23 26 27 32 Tên chi tiết Khung đỡ Bàn đỡ Con lăn Lưỡi gà Motor Lò xo Bulong M6 Đai ốc M6 Cảm biến tiệm cận Cuộn nhãn Vật Liệu Thép Thép Thép Thép Thép Thép Thép 71 Số lượng 1 1 6 Hình 4.5 Một số chi tiết phận đóng nắp Bảng 4.3 Chú thích chi tiết phận đóng nắp STT 10 11 12 14 15 16 17 18 20 Tên chi tiết Nhôm định hình Nhơm định hình Xylanh Ống dẫn nắp Ke góc Tấm đỡ cảm biến Cảm biến tiệm cận Bulong M6 Bulong M8 Khớp nối trục Phơi xốy nắp Motor DC Trục nắp Vật Liệu Nhôm Nhôm Thép-nhôm Thép Thép Thép Thép Thép Thép Thép Thép 72 Số lượng 1 1 2 12 1 1 Hình 4.6 Bản vẽ cấu đóng nắp 73 Hình 4.7 Sơ đồ đấu nối tổng quát PLC S7 1200-1214-DCDCDC 74 Hình 4.8 Bản vẽ kết cấu tổng thể hệ thống 75 Các phần mềm sử dụng đồ án o Phần mềm thiết kế 2D Auto cad o Phần mềm thiết kế mơ hình khí 3D Sloidworks o Phần mềm lập trình thiết kế giao diện TIA protal Các thông tin lựa chọn Bảng 4.4 Lựa chọn thông số động cho hệ thống băng tải No load Load Stall Rated Volt Torque Output power Torque Current r/min kgf.cm W kgf.cm A 2.04 772.1 1.77 14.00 9.80 9.48 28.1 1.71 23.4 43.98 10.57 261.56 8.44 0.80 1296.5 3.99 1087.1 2.60 29.05 16.11 20.51 12.0 0.80 115.6 3.86 97.6 22.40 22.43 143.52 20.37 DS-42RP7750126000-125K 12.0 0.83 46.2 3.55 37.0 52.37 19.90 263.04 14.54 DS-42RP7750127000-3.7K 12.0 1.23 1929.4 5.90 1544.7 2.54 40.28 12.74 24.65 DS-42RP7750127000-125K 12.0 1.01 53.9 5.25 43.9 64.04 28.82 344.17 23.80 DS-42RP7750128000-25K 12.0 1.06 318.0 4.22 249.7 9.90 25.36 46.07 15.77 DS-42RP7750128000-92K 12.0 1.08 87.7 5.09 72.1 39.96 29.56 224.38 23.57 DS-42RP77501212000-3.7K 12.0 3.10 3234.8 13.50 2528.9 3.22 83.67 14.77 50.74 Motor model Current Speed Current V A r/min A DS-42RP7750123500-3.7K 12.0 0.40 941.9 DS-42RP7750123600-125K 12.0 0.36 DS-42RP7750126000-5K 12.0 DS-42RP7750126000-49K 76 Speed DS-42RP7750242000-336K 24.0 0.08 6.0 0.32 4.7 57.22 2.76 261.33 1.18 DS-42RP7750242100-49K 24.0 0.11 41.7 0.46 32.3 13.55 4.49 60.21 1.67 DS-42RP7750242100-67K 24.0 0.08 29.4 0.39 29.4 17.16 4.18 88.90 1.68 DS-42RP7750243000-18K 24.0 0.16 165.2 0.85 136.3 7.72 10.80 44.19 4.11 DS-42RP7750243000-49K 24.0 0.13 62.2 0.72 53.2 15.81 8.64 109.44 4.22 DS-42RP7750243600-125K 24.0 0.19 29.1 1.16 24.5 57.20 14.40 363.22 6.34 DS-42RP7750245000-27K 24.0 0.21 197.2 1.57 166.7 13.32 22.79 86.06 9.02 DS-42RP7750244500-181K 24.0 0.60 24.6 2.02 19.4 92.40 18.38 433.23 7.31 DS-42RP7750246000-25K 24.0 0.30 228.9 1.93 199.3 14.00 29.17 110.00 12.92 DS-42RP7750247000-13K 24.0 0.46 551.6 3.29 467.2 10.20 48.92 66.66 18.99 DS-42RP7750247000-67K 24.0 0.37 104.1 2.40 90.6 32.98 30.68 254.37 16.00 DS-42RP7750248000-25K 24.0 0.63 330.4 4.07 277.1 19.62 55.82 121.62 21.93 DS-42RP7750248000-92K 24.0 0.51 85.7 3.11 72.3 52.97 39.29 338.17 17.13 DS-42RP77502410000-13.7K 24.0 0.57 729.9 4.57 626.6 10.76 69.21 76.00 28.77 77 Một số hình ảnh lập trình điều khiển hệ thống Tia Portal Hình 4.9 Lập trình điều khiển hệ thống Hình 4.10 Lập trình giao diện điều khiển hệ thống 78 ... TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG DÁN NHÃN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHO CHAI DẦU NHỚT 3.1 Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống Hình 3.1 Kết cấu hệ thống dán nhãn, chiết rót đóng nắp dầu nhớt Hệ thống bao... viên thiết kế mơ thành cơng mơ hình hệ thống chiết rót, dán nhãn đóng nắp chai dầu tự động Hệ thống phát chai rỗng thông qua cảm biến, sau tự động dán nhãn, chiết rót đóng nắp chai Hệ thống sử... TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG DÁN NHÃN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHO CHAI DẦU NHỚT 20 3.1 Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống 20 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 22 3.2.1 Thiết kế băng