Hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn tự động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN TỰ ĐỘNG NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh Viên Thực Hiện MSSV Lớp Đỗ Quốc Hoàng 1711060120 17DTDA2 Huỳnh Việt Thiện 1711050264 17DTDA2 Nguyễn Tấn Minh 1711050187 17DTDA2 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 092021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH vii MỤC LỤC BẢNG vii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 GIỚI T.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh Viên Thực Hiện: MSSV: Lớp: Đỗ Quốc Hoàng 1711060120 17DTDA2 Huỳnh Việt Thiện 1711050264 17DTDA2 Nguyễn Tấn Minh 1711050187 17DTDA2 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 09/2021 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH vii MỤC LỤC BẢNG vii LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Phạm vi đề tài 1.4 Tổng quát toàn dây chuyền .4 1.4.1 Chiết rót nước vào chai 1.4.2 Đóng nắp chai 1.4.3 Dán nhãn vào chai 1.5 Khả ứng dụng dây chuyền chiết rót, đóng nắp dán nhãn 1.5.1 1.6 Ứng dụng vào sản xuất Một số dây chyền chiết rót, đóng nắp, dán nhãn Việt Nam 1.7 Mục đích nghiên cứu 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 11 2.1 Giới thiệu hệ thống tự động 11 2.1.1 Tổng quát .11 2.1.2 Vai trò hệ thống tự động .12 2.1.3 Khó khăn việc ứng dụng hệ thống tự động 12 2.2 Các thiết bị sử dụng thị trường 13 2.2.1 Thiết bị thủ công 13 2.2.2 Thiết bị tự động 13 2.2.3 Thiết bị bán tự dộng 14 2.3 Mục tiêu .14 2.4 Từng khâu hệ thống .15 iii 2.5 Nội dung nghiên cứu 15 2.6 Bố cục đề tài 16 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 17 3.1 Phương pháp phương tiện nghiên cứu 17 3.2 Phương án giải 17 3.2.1 Hệ thống chiết rót 17 3.2.2 Hệ thống lấy nắp 18 3.2.3 Hệ thống đóng nắp 18 3.2.4 Hệ thống dán nhãn 19 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 23 4.1 Quy trình nghiên cứu 23 4.2 Yêu cầu hệ thống 24 4.3 Phương án thiết kế 24 4.3.1 Chọn kết cấu khí cho phận vận chuyển chai .24 4.3.1.1 Phương án băng tải PVC .24 4.3.1.2 Phương án băng tải 25 4.3.1.3 Phương án băng tải lăn 26 4.3.2 Chọn kết cấu khí cho phận dẫn động 27 4.3.2.1 Phương án hộp giảm tốc .27 4.3.2.2 Phương án biến tần .28 4.3.3 Chọn động điện cho hệ dẫn băng tải 30 4.3.3.1 Phương án chọn động AC 30 4.3.3.2 Phương án động DC 31 4.3.3.3 Phương án động AC servo 32 4.3.4 Nút nhấn 33 4.3.5 Cảm biến tiệm cận .34 4.3.6 Cảm biến lưu lượng nước 37 4.3.7 Màn hình HMI 40 4.3.8 Máy bơm nước 42 4.3.9 Xi lanh 43 4.3.10 PCL Mitshubishi FX5U-32MR/ES 45 iv 4.4 Tính tốn băng tải 47 4.4.1 Xác định thông số bảng băng tải .47 4.4.2 Xác định công suất dẫn động băng tải 48 4.4.3 Xác định lực kéo băng tải .48 4.4.4 Xác định lực căng băng nhánh vào nhánh tang trống chủ động 49 4.4.5 Kiểm tra lực căng băng tải 49 4.5 Xác định công suất động .49 4.6 Tính tốn xi lanh định lượng vòi chiết: 50 4.7 Chế tạo khí 51 4.7.1 Dụng cụ chế tạo 51 CHƯƠNG 5: THI CÔNG 54 5.1 Các thiết bị cần sử dụng mơ hình: 54 5.1.1 Băng tải 54 5.1.2 Động DC 54 5.1.3 Cảm biến tiệm cận .56 5.1.4 Rơ le trung gian 58 5.1.5 Xi lanh 59 5.1.6 Van điện từ AirTAC 60 5.1.7 Van tiết lưu chiều điều khiển tay 61 5.2 Thi công hệ thống 63 5.2.1 Bản vẽ Sketchup 63 5.2.2 Lập trình GX Works3 66 5.2.3 Q trình mơ MELSOFT GT Designer3 (GOT2000) 68 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 77 6.1 Kết đạt 77 6.1.1 Phần khí 77 6.1.2 Phần điện lập trình 77 6.1.3 Toàn hệ thống 77 6.2 Những vấn đề chưa đạt .77 6.3 Hạn chế đề tài 77 v 6.4 Hướng phát triển 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 vi MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy chiết rót nước bàn quay Hình 1.2: Máy chiết rót đóng nắp chai kiểu bàn xoay Hình 1.3: Máy dán nhãn Hình 1.4: Hệ thống sản xuất nước có gas cơng ty Bidrico Hình 1.5: Một đoạn hệ thống sản xuất Aseptic Tân Hiệp Phát Hình 2.1: Ứng dụng tự động hóa sản xuất bia Heniken Việt Nam 11 Hình 3.1: Hệ thống chiết rót vào chai 17 Hình 3.2: Hệ thống lấy nắp 17 Hình 3.3: Hệ thống đóng nắp .18 Hình 3.4: Cơ cấu máy dán nhãn 20 Hình 3.5: Cơ cấu kẹp thủy lực .21 Hình 3.6: Cơ cấu băng ma sát 22 Hình 4.1: Băng tải PVC 25 Hình 4.2: Băng tải 26 Hình 4.3: Băng tải lăn 27 Hình 4.4: Sơ đồ truyền động 28 Hình 4.5: Biến Tần .29 Hình 4.6: Động không đồng pha .30 Hình 4.7: Động DC 31 Hình 4.8: Động AC servo 32 Hình 4.9: Nút nhấn .34 Hình 4.10: Cảm biến tiệm cận 35 Hình 4.11: Sơ đồ cảm biến điện áp 36 Hình 4.12: Sơ đồ dòng cảm biến điện dung 36 Hình 4.13: Cảm biến lưu lượng nước 37 Hình 4.14: Màn hình HMI 40 Hình 4.15: Giao diện hình HMI 41 Hình 4.16: Máy bơm nước mini 12V 42 vii Hình 4.17: Cấu tạo xi lanh khí nén (Nguồn Internet) 43 Hình 4.18: Một số loại xi lanh .45 Hình 4.19: PLC Mitshubishi FX5U-32MR/ES 45 Hình 4.20: Kích thước PLC 47 Hình 5.1: Một số loại động thực tế 55 Hình 5.2: Cấu tạo động điện chiều 56 Hình 5.3: Cảm biến tiệm cận E3F – DS10C4 57 Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý cảm biến tiệm cận 58 Hình 5.5: Rơ le MY2N-J 59 Hình 5.6: Cấu tạo xi lanh 60 Hình 5.7: Trạng thái ON OFF van đảo chiều 60 Hình 5.8: Ký hiệu van điện từ chiều tác động 60 Hình 5.9: Van AirTAC (4V210-08) .61 Hình 5.10: Van tiết lưu đầu xi lanh 62 Hình 5.11: Van tiết lưu đầu đường ống .62 Hình 5.12: Lưu đồ giải thuật 63 Hình 5.13: Giao diện Sketup 64 Hình 5.14: Các góc vẽ 64 Hình 5.15: Cấu tạo mơ hình 65 Hình 5.16: Mơ hình hồn thiện 65 Hình 5.17: Các thơng số mơ hình 66 Hình 5.18: Giao diện GX Works 67 Hình 5.19: Chọn Ok .67 Hình 5.20: Giao diện lập trình 68 Hình 5.21: Chọn New 69 Hình 5.22: Chọn Next 69 Hình 5.23: Chọn Next 70 Hình 5.24: Chọn Next 70 Hình 5.25: Chọn loại PLC 71 Hình 5.26: Chọn giao thức kết nối .71 Hình 5.27: Chọn Next 72 viii Hình 5.28: Chọn Next 72 Hình 5.29: Thiết lập địa IP .73 Hình 5.30: Chọn hình 73 Hình 5.31: Chọn Next 74 Hình 5.32: Chọn Finish 74 Hình 3.33: Giao diện mơ 75 Hình 5.34: Thiết kế mơ hình mơ .75 Hình 5.35: Mơ hình mơ .76 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: Dụng cụ hổ trợ chế tạo khí 51 ix LỜI MỞ ĐẦU Tính Cấp thiết đề tài Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật, giới có chuyển biến rõ rệt ngày tiên tiến hơn, đại Sự phát triển công nghệ, đặc biệt công nghệ tự động tạo hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc đại với đặc điểm vượt trội xác cao, tốc độ nhanh, khả thích ứng, chun mơn hóa… ứng dụng rộng rãi công nghiệp đại Công nghệ tự động hoá trở thành ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ, đáp ứng địi hỏi không ngừng ngành khác công nghiệp, xây dựng, y tế…kể nông - lâm nghiệp ngày ứng dụng nhiều thực tế đời sống hàng ngày Trong công nghiệp, nhà máy sản xuất nước uống đóng chai dây chuyền chiết rót, đóng nắp khâu khơng thể thiếu quan trọng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nhóm thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống chiết rót, đóng nắp chai dán nhãn Tình hình nghiên cứu Dây chuyền chiết rót aseptic cho chai pet dây chuyền chủ yếu sử dụng lĩnh vực sản xuất nước giải khát: Trà, nước ép trái cây, đồ uống Carbonated Quy trình cơng nghệ Aseptic: Tồn phơi chai, nắp sản xuất từ hạt nhựa nguyên sinh nhập khẩu, chất lượng tốt Dây chuyền sản xuất nước khống Mục đích nghiên cứu Với pháp triển khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng nghiên cứu lý thuyết để áp dụng thực tế điều quan trọng để kiểm nghiệm cách xác nhất, tính đắn hiệu nghiên cứu Ý tưởng dây chuyền sản xuất chiết rót, đóng nắp chai dán nhãn từ đời dựa tảng từ trước với nghiên cứu phát triển thêm nhóm, nhóm mạnh dạn thiết kế mơ hình chiết rót, đóng nắp dán nhãn chai sản phẩm Đề tài thực phạm vi tương đối hẹp, chưa thể ứng dụng thực tế khơng có nghiên cứu đầu tư thêm, qua nhóm thực mục tiêu mà hướng đến ứng dụng điều học nghiên cứu để giải vấn đề thực tiễn sống Mặt khác phạm vi định mơ hình đồ án coi tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn, thiết kế, chế tạo mơ hình chiết rót, đóng nắp dán nhãn tự động Đối tượng nghiên cứu mơ hình chiết rót, đóng nắp dán nhãn tự đơng Chai nhựa dung tích 297 ml, loại nắp vặn, dán nhãn Hệ thống điều khiển với điều khiển PLC Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu đặc điểm sản xuất lập trình điều khiển hệ thống Nghiên cứu thiết kế: tính tốn, thiết kế cấu khí, thiết kế điều khiển trung tâm lập trình PLC Phương pháp nghiên cứu Dựa sơ lý thuyết tính tốn, thiết kế, chế tạo theo giai đoạn, sau tìm phương án hợp lý, đơn giản tiết kiệm Khảo sát thực tế, tìm hiểu phương án định lượng, cấu rót, chất lượng rót đưa vào sử dụng, kế thừa ưu điểm tìm cách khắc phục khuyết điểm để áp dụng vào thiết kế đề tài, sau tìm hiểu thực tế tiến hành nghiên cứu thiết kế cấu truyền động, cấu rót tự động, cấu định lượng Giai đoạn tiến hành chế tạo giai đoạn Hình 5.18: Giao diện GX Works  Bước 2: Vào New – bảng New – Series – chọn FX5U – chọn OK Hình 5.19: Chọn Ok 67  Bước 3: Bắt đầu viết chương trình Hình 5.20: Giao diện lập trình 5.2.3 Q trình mơ MELSOFT GT Designer3 (GOT2000) 68 Bước 1: Mở GT Designer3 chọn New Hình 5.21: Chọn New Bước 2: Chọn Next Hình 5.22: Chọn Next 69 Hình 5.23: Chọn Next Hình 5.24: Chọn Next 70 Hình 5.25: Chọn loại PLC Hình 5.26: Chọn giao thức kết nối 71 Hình 5.27: Chọn Next Hình 5.28: Chọn Next 72 Hình 5.29: Thiết lập địa IP Hình 5.30: Chọn hình 73 Hình 5.31: Chọn Next Bước 3: Chọn Finish Hình 5.32: Chọn Finish 74 Bước 4: Tiến hành mơ Hình 3.33: Giao diện mơ Hình 5.34: Thiết kế mơ hình mơ 75 Chương trình mơ hồn thành Hình 5.35: Mơ hình mơ Phỏng 76 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Kết đạt 6.1.1 Phần khí - Thiết kế, tính tốn chạy thực nghiệm thành cơng cấu chiết rót, đóng nắp dán nhãn tự động - Chế tạo cấu vặn nắp - Tính tốn thiết kế băng tải 6.1.2 Phần điện lập trình - Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thống điện, khí nén Chọn đầy đủ thiết bị khí cụ điện động lực, điều khiển thiết bị khí nén - Lập lưu đồ giải thuật, viết chương trình điều khiển 6.1.3 Toàn hệ thống - Hệ thống chạy tương đối ổn định - Hệ thống chiết rót 20 chai/phút 6.2 Những vấn đề chưa đạt - Chỉ tính tốn kết cấu khí chủ yếu dây chuyền - Khâu chiết rót, đóng nắp hoạt động theo nguyên lý gián đoạn nên suất chưa cao, thích hợp với sản xuất vừa nhỏ - Phần kiểm tra chất lượng sản phẩm chưa kiểm tra như: nắp bị vênh, chiết chưa thể tích, chưa thực 6.3 Hạn chế đề tài Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dán nhãn sản phẩm ứng dụng thực tế sản xuất điều mà nhóm mong muốn thực Tuy nhiên với kiến thức nhiều hạn chế với điều kiện khách quan khác mà phạm vi 77 đồ án Em thi cơng mơ hình, mơ lại thực tế, dù nhóm tìm hiểu chế hoạt động, nguyên lý giống thực tế sản xuất 6.4 Hướng phát triển Do hạn chế mặt kiến thức, thời gian, điều kiện kinh tế nên phạm vi đồ án dừng lại mơ hình, hi vọng đề tài ngày nghiên cứu phát triển hoàn thiện tương lai để ứng dụng nhà máy sản xuất thực tế Đó hướng phát triển đề tài mà nhóm mong muốn thực 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo sách - Ts Nguyễn Như Hiền, Ts Nguyễn Mạnh Tùng (2007), Điều khiển Logic PLC, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội - Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (2000), Tự động hoá với Simatic S7200, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Tài liệu tham khảo từ nguồn internet [1] http://www.plcvietnam.com.vn [2] http://opac.vimaru.edu.vn/edata/Vbook/May%20truc%20Van%20chuyen.pdf [3] http://www.dientuvietnam.net [4] http://www.youtube.com 79 PHỤ LỤC  Chương trình PLC 80 81 ... kế, chế tạo mơ hình chiết rót, đóng nắp dán nhãn tự động Đối tượng nghiên cứu mơ hình chiết rót, đóng nắp dán nhãn tự đơng Chai nhựa dung tích 297 ml, loại nắp vặn, dán nhãn Hệ thống điều khiển... vị trí hệ thống tự động xoay nắp chai chặt lại + Khâu dán nhãn : sau đóng nắp xong chai nước di chuyển phần băng tải đưa tới nơi dán nhãn, hệ thống dán nhãn tự động kích hoạt bắt đầu dán nhãn lên... hệ thống dập nắp hoạt động (Hình 1.2) Sau dập nắp chai đưa tới phận vặn nắp để chắn tất nắp phải đóng kín Hình 1.2: Máy chiết rót đóng nắp chai kiểu bàn xoay 1.4.3 Dán nhãn vào chai Máy dán nhãn