BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG PHA TRỘN, CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM Ngành Điện Điện Tử Chuyên ngành Điện Công Nghiệp Giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Vạn Quốc Sinh viên thực hiện Hoàng Trung Hiếu MSSV 1711020284 Lớp 17DDCB1 Sinh viên thực hiện Mai Đỗ Đình Hoài MSSV 1711020126 Lớp 17DDCB1 Sinh viên thực hiện Bùi Ngọc Linh MSSV 1711020446 Lớp 17DDCB1 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO.
GIỚI THIỆU
Các khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động hóa
Nhóm thực hiện đề tài sử dụng các phương pháp chủ yếu:
+ Phương pháp mô phỏng bằng mô hình nhỏ, thiết kế trênh lý thuyết
+ Nhương phương pháp tính toán: Tính toán lựa chọn các linh kiện, từ thực nghiệm điều chỉnh thống số cho phù hợp công nghệ
C Các kết quả đạt được của đề tài
+ Nắm được khả năng lập trình PLC
+ Lý thuyết về bộ điều khiển PLC, động cơ DC giảm tốc, xi lanh khí nén, rơ- le, van điện từ khí nén
+ Lập trình điều khiển hệ thống pha trộn, chiết rót và đóng nắp chai
+ Thiết kế được hệ thống SCADA giám sát trên GX3…
• Phần tính toán và thiết kế
+ Thiết kế và chế tạo phần cơ khí
+ Thiết kế và thi công các mạch điều khiển
+ Đã chế tạo thành công mô hình hoạt động
D Nội dung chính của đề tài
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Tìm hiểu vấn đề
Trong xã hội hiện đại, nhu cầu tiêu thụ thực phẩm và đồ uống của người dân ngày càng tăng cao, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp thực phẩm đóng gói và nước uống đóng chai Sự gia tăng này không chỉ thể hiện qua số lượng sản phẩm đa dạng trên thị trường mà còn phản ánh xu hướng tiêu dùng hiện đại.
Hiện nay, có nhiều loại dây chuyền công nghiệp khác nhau, nhưng chúng có thể được phân loại thành hai loại chính dựa trên khả năng ổn định làm việc: dây chuyền cố định và dây chuyền thay đổi.
Dây chuyền cố định là phương pháp sản xuất chỉ cho phép sản xuất một loại sản phẩm nhất định trong thời gian dài, với khối lượng lớn mà không có sự thay đổi Mỗi khu vực trên dây chuyền sẽ chuyên thực hiện một bước trong quy trình sản xuất, giúp tối ưu hóa hiệu suất cho các loại hình sản xuất có khối lượng đáng kể.
Dây chuyền thay đổi là loại dây chuyền sản xuất linh hoạt, cho phép điều chỉnh để sản xuất nhiều loại sản phẩm tương tự mà không chỉ giới hạn ở một sản phẩm duy nhất Quá trình sản xuất có thể tạm dừng để thực hiện các điều chỉnh cần thiết, giúp tối ưu hóa hiệu suất Loại dây chuyền này phù hợp cho cả sản xuất quy mô lớn và vừa, mang lại sự linh hoạt cho doanh nghiệp.
Các loại dây chuyền sản xuất có thể được phân chia dựa trên khả năng làm việc liên tục trong một chu trình nhất định, bao gồm dây chuyền sản xuất liên tục và dây chuyền sản xuất gián đoạn.
Dây chuyền sản xuất liên tục đặc trưng bởi việc vận chuyển các chi tiết một cách tuần tự mà không có thời gian nghỉ Mỗi chi tiết chỉ tồn tại trong trạng thái đang vận chuyển hoặc chế biến, đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra liên tục và hiệu quả.
Bùi Ngọc Linh cho biết, tốc độ làm việc của toàn bộ hệ thống dây chuyền sẽ được điều chỉnh theo nhịp độ bắt buộc, đảm bảo rằng thời gian chế biến tại tất cả các khu làm việc đều đồng nhất.
Khác với dây chuyền sản xuất liên tục, dây chuyền gián đoạn cho phép nguyên vật liệu có thời gian nghỉ giữa các giai đoạn chế biến Dây chuyền này hoạt động theo nhịp tự do, không bị ràng buộc bởi các phương tiện vận chuyển cưỡng bức như băng tải hay mặt trượt.
Tổng quan giải pháp
Mô hình pha trộn, chiết rót, đóng nắp và đếm số lượng sản phẩm
❖ Hệ thống xả gồm 2 loại:
- Xả có sử dụng động cơ
- Xả không sử dụng động cơ
+ Sử dụng van điện từ
+ sử dụng khóa bằng tay
Giúp kiểm soát được thời gian và lưu lượng nước khi xả
Hình 2.2: Một số loại bơm
❖ Một số loại hệ thống trộn
- Trộn bằng cách khuấy tấm
- Trộn bằng bộ khuấy chân vịt
- Trộn bằng cách khuấy turbine
- Trộn bằng cách khuấy dạng mở neo
Giúp cho hỗn hợp được sánh mịn, hòa trộn và hợp nhất với nhau
Hình 2.3: Bể khuấy trộn dùng cánh khấy chân vịt
❖ Phương pháp rót áp suất thường
- Chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh lệch về độ cao thủy tĩnh
❖ 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
❖ Phương pháp rót đẳng áp
- Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm có gas như bia, nước ngọt
Hình 2.4: Hệ thống rót chân không
❖ Định lượng bằng bình định mức
- chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai
❖ Định lượng bằng chiết tới mức cố định
- Chất lỏng được chiết tới mức cố định trong chai
❖ Định lượng bằng cách chiết theo thời gian
- Cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định
Hình 2.5: Định lượng chiết rót theo thời gian
2.2.5 Hệ thống điều khiển và giám sát
Thiết bị điều khiển lập trình là công cụ linh hoạt, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau Nó được sử dụng để điều khiển các hệ thống và dây chuyền tự động một cách hiệu quả.
- Sử dụng vi điều khiển
Hệ thống này bao gồm một vi xử lý kết hợp với các thiết bị ngoại vi, thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử hoặc dây chuyền sản xuất tự động.
Hình 2.6: Hệ thống điều khiển PLC
- Sử dụng màn hình HMI
Giúp con người giap tiếp và điều khiển một thiết bị, máy móc thông qua một màn hình, màn hình đó chính là HMI
- Sử dụng phần mềm SCADA
Hình 2.7: Hệ thống điều khiển giám sát
❖ Đóng nắp chai bằng tay
❖ Đóng nắp chai bán tự động
❖ Đóng nắp chai tự động
Hình 2.8: Cơ cấu đóng nắp chai
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Kết cấu hệ thống
+ Hệ thống thực hiện việc pha trộn theo tỉ lệ
+ Hệ thống thực hiện việc chiết rót chai nước có thể tích V = 250 ml
+ Độ bền cao, kết cấu vững chắc
+ Thiết kế đảm bảo an toàn và dễ sửa chữa
+ Nắp chai được vặn chặt
+ Hệ thống và băng tải có kích thước hợp lí, gọn gàng và phù hợp với không gian
+ Giảm thiểu tối đa sai số trong quá trình hoạt động
+ Hệ thống chứa: Chứa các nguyên liệu và thành phẩm để thực liện điều phối trong quá trình phối trộn
+ Hệ thống khuấy trộn: giúp các nguyện liệu hòa trộn với nhau tạo thành một dung dịch mới
+ Băng tải đầu vào: Đưa các chai rổng đến vị trí mâm xoay
+ Hệ thống bơm: Bơm dung dịch từ bồn chứa vào chai theo đúng thể tích quy định
+ Mâm xoay: Đưa chai đên các vị trí để thực hiện các chức năng như bơm dung dịch, cấp nắp, đóng nắp hay vặn nắp
+ Băng tải đầu ra: đưa chai đã được vặn nắp đến các hệ thống sao
Thảo luận và chọn phương án
• So sánh các phương án với tiêu chuẩn yêu cầu hệ thống
+ Phương án 1: Hệ thống pha trộn, chiết rót, đóng nắp, đếm số lượng sản phẩm + Phương án 2: Hệ thống cho ăn và định lượng thức ăn cho gia cầm
+ Phương án 3: Hệ thống pha trộn sơn
BẢNG SO SÁNH Tiêu chuẩn Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Dễ bảo trì X X Độ chính xác cao X X X
• Vậy phương án 1, là phương án có điểm số cao nhất nên ta chọn phương án này
3.2.2 Các giải pháp của phương án
Sau quá trình nghiên cứu và học tập, nhóm đã quyết định lựa chọn hệ thống điều khiển bằng PLC để thay thế cho hệ thống mạch điện và rơ le thông thường, nhờ vào những ưu điểm vượt trội mà nó mang lại.
+ Sửa đổi linh hoạt bằng chương trình
+ Độ tin cậy tuổi thọ cao
+ Hư hỏng có thể theo dõi bằng phần mềm ngoại vi…các mô-đun
+ Có thể được thay thế riêng
+ Khả năng linh hoạt mở rộng
• PLC có rất nhiều loại đến từ nhiều hãng như:
• Xét cho cùng về mục đích sử dụng của mô hình nên nhóm em đã chọn PLC của hãng Mitsubishi
PLC Mitsubishi là một trong những dòng PLC phổ biến nhất trên thế giới và tại Việt Nam, được sản xuất bởi tập đoàn Mitsubishi Electric Nhật Bản Mitsubishi Electric chuyên cung cấp các giải pháp tự động hóa công nghiệp toàn diện, từ bộ điều khiển đến thiết bị điều khiển truyền động và phân phối điện Với việc áp dụng công nghệ tiên tiến, Mitsubishi Electric phát triển sản phẩm đáp ứng nhu cầu của khách hàng, hướng đến những giải pháp FA đáng tin cậy cho thế hệ sản xuất mới.
PLC Mitsubishi nổi bật với giá thành hợp lý, chất lượng sản phẩm cao và khả năng đáp ứng linh hoạt các cấu hình yêu cầu Nó hỗ trợ nhiều tính năng như giao tiếp truyền thông, ngõ vào ra tương tự, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung nhanh và các module đọc nhiệt độ, loadcell, mang lại hiệu quả tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp.
+ Ở Việt Nam, PLC Mitsubishi được dùng nhiều trong nghành Dệt sợi, Bao bì giấy, Carton, Nilon, Nhựa, Thực phẩm, Cơ khí chính xác, Chế tạo máy,
- Các loại PLC của Mitsubishi
+ PLC Mitsubishi FX1N + PLC Mitsubishi FX2N + PLC Mitsubhishi FX1S + PLC Mitsubishi FX3G + PLC Mitsubishi FX3U + PLC Mitsubishi FX5U
- Sao quá trình ngiêm cứu nhóm chúng em đưa ra quyết định thống điều khiển sẽ dùng PLC FX5U cho mô hình vì các lý do sau:
+ Điện áp đầu vào PLC 24VDC
+ Kết nối và lập trình trên phần mềm GX3, MX OPC
+ Giám sát trên phần mềm LABVIEW
- Thông số kỹ thuật của PLC FX5U
+ Điện áp nguồn cung cấp: 100-240VAC hoặc 24VDC
+ Bộ nhớ chương trình: 64000 bước
+ Kết nối truyền thông: hỗ trợ kết nối RS485, Ethernet
+ Tích hợp 2 ngõ vào Analog và 1 ngõ ra Analog
+ Bộ đếm tốc độ cao: lên tới 6 chân max 200kHz
+ Loại ngõ ra: relay, transistor
+ Phát xung tốc độ cao: 4 kênh max 200kHz
❖ Tính chọn hệ thống xả
Do quy mô và công suất của mô hình không lớn, hệ thống bồn chứa được thiết kế trên cao Nhóm thiết kế đã lựa chọn phương án xả bằng van điện từ đặt dưới đáy bình chứa nhằm tối ưu hóa lượng chất lỏng đi qua van điện từ xuống hệ thống trộn.
Khi dòng điện được cung cấp, cuộn dây tạo ra từ trường mạnh mẽ, tác động để hút lõi sắt từ Từ trường này đủ sức để vượt qua lực của lò xo, mở van và cho phép chất lỏng lưu thông qua.
Hình 3.2: Ảnh thực tế và bảng vẽ kỹ thuật van điện từ
1 Thân van; 2 Môi chất; 3 ống rỗng; 4 Vỏ ngoài; 5 Cuộn từ; 6 Dây điện được kết nói với nguồn điện ngoài; 7 Trục van làm kín; 8 Lò xo; 9 Khe hở để lưu chất qua
- Để đảm bảo việc an toàn cho hệ thống và an toàn trong quá trình vận hành nên nhóm em đưa ra phương án chọn van điện từ 24V DC
❖ Thính chọn hệ thống bồn trộn
+ Trộn nguyên liệu là những dung địch có độ nhớt không cao
+ Thành phẩm phải được hòa nguyện tuyệt đối
Nhóm chúng em đã lựa chọn phương án khuấy trộn bằng cách sử dụng khuấy chân vịt do những ưu điểm nổi bật như khả năng hòa tan các chất hiệu quả, dễ dàng trong thiết kế và chế tạo, giá thành hợp lý và ít bị ăn mòn.
Hình 3.3: Cấu tạo thiết bị khuấy trộn dạng chân vịt
Nguyên lý hoạt động của máy khuấy trục dạng chân vịt là khi động cơ hoạt động, nó truyền động cho trục khuấy làm cho cánh khuấy quay Quá trình này tạo ra luồng chất lỏng dưới đáy thùng, di chuyển từ đáy lên thành thùng và liên tục trộn đều các thành phần cho đến khi đạt được sự đồng nhất Máy khuấy này thường hoạt động với tốc độ khấy trung bình, đảm bảo hiệu quả trộn tối ưu.
- Yêu cầu của hệ thống rót
+ Thành phẩm nhóm chúng em hướng đến là là các sản phẩm nước uống giả khác không gas và có tính nhớt thấp
+ Chi phí đầu tư cho hệ thống tối ưu nhất có thể
+ Cấu tạo của hệ thống đơn giản dễ sửa chửa
+ Quy trình chiết rót phải nhanh và chuẩn xác
Nhóm chúng em đã quyết định sử dụng phương pháp chiết rót với áp suất thường, dựa trên các yêu cầu đã đề ra Tuy nhiên, hệ thống bồn chứa được thiết kế có độ cao khá thấp, điều này cần được lưu ý trong quá trình thực hiện.
Bùi Ngọc Linh và nhóm của chúng em đã cải tiến phương pháp chiết rót bằng cách lắp thêm hệ thống bơm, giúp ổn định lưu lượng dòng chảy khi chiết rót vào chai Sự cải tiến này không chỉ nâng cao hiệu suất của dây chuyền mà còn tiết kiệm diện tích.
Khi lựa chọn hệ thống bơm cho các dự án, các hệ thống công nghiệp thường sử dụng động cơ AC có công suất lớn, tuổi thọ cao và khả năng hoạt động liên tục Tuy nhiên, trong các dự án quy mô nhỏ, ưu tiên sẽ được đặt vào việc sử dụng động cơ bơm nước một chiều.
DC vì kích thước nhỏ, tiết kiệm năng lượng và giá thành rẻ
Nhóm chúng em đã quyết định chọn phương án chiết rót với áp suất thường, sử dụng động cơ DC để cải thiện dòng chảy trong quá trình chiết rót Để tiết kiệm thời gian bù đắp cho dung dịch tiêu hao khi dừng hệ thống, chúng em đã lắp đặt thêm van một chiều cho hệ thống rót, do vị trí của hệ thống rót cao hơn bồn chứa.
+ Lưu lượng dung dịch trong lúc chiết rót không đổi
+ Hệ thống không yêu cầu độ chính sát cao (tương đối)
+ Đơn giản, nhỏ gọn dễ sửa chửa khi xảy ra sự cố
Nhóm chúng em đã chọn phương án định lượng theo thời gian do những ưu điểm nổi bật, bao gồm độ chính xác tương đối cao nhờ vào lưu lượng nước không đổi theo thời gian Hơn nữa, cấu trúc của hệ thống định lượng này đơn giản và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố vật lý và môi trường.
Sử dụng hệ thống đóng nắp tự động mang lại hiệu quả và năng suất tối ưu, khi cảm biến truyền tín hiệu đến bộ xử lý PLC để tiếp nhận và xử lý thông tin.
Bùi Ngọc Linh thông tin và trả lại tín hiệu thong qua ngõ ra của PLC, nhằm điều khiển xi lanh và motor đóng nắp hoạt động
Khi PLC phát tín hiệu, van xi lanh sẽ mở ngay lập tức, cho phép khí đẩy xi lanh đóng nắp chai Đồng thời, động cơ sẽ hoạt động theo hình xoắn ốc để vặn chặt nắp chai.
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Hệ thống chiết rót
Hình 4.2: Bản vẽ khung của hệ thống
• Hệ thống được làm bằng thép hộp mạ kẽm không ghỉ
• Với thông số như sau:
+ Thép hộp 13 x 26 x 1,2mm dài 6m + Thép vuông 13 x 13 x 1,2mm dài 6m + Thép vuông 26 x 26 x1,2mm dài 6m
Hình 4.3: Mân xoay mô phỏng
Mâm xoay là thiết bị quan trọng trong quy trình xử lý chai rỗng, giúp đưa chúng đến các vị trí bơm nước và đóng nắp một cách hiệu quả Có nhiều phương án thiết kế cho mâm xoay, nhưng nhóm thiết kế đã lựa chọn phương án tối ưu dựa trên cách bố trí các cơ cấu khác trong hệ thống.
2 tần có 4 lỗ đựng chai vì một số lý do sau:
+ Mâm xoay có 2 tầng giúp cố định phía trên và dưới của chai, giúp chai không dễ bị nghiêng đổ lúc di chuyển
+ Đảm bảo số lượng vị trí dừng cho các cơ cấu hoạt động một cách hiệu quả
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ lắp ráp và chế tạo
Trong nghiên cứu này, đối tượng được khảo sát là chai 250 ml với đường kính thân là 58 mm và đường kính cổ chai là 28 mm Nhóm thiết kế đã quyết định thiết kế lỗ đựng chai với kích thước 30 mm cho cổ chai và 60 mm cho thân chai, trong khi kích thước toàn bộ mâm xoay là 350 mm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi cảm biến gửi tín hiệu, khiến mâm xoay dừng lại để cho phép quá trình rót vào sản phẩm diễn ra Mâm xoay sẽ giữ cố định tại các vị trí I và II, đảm bảo sự chính xác trong quá trình rót.
+ Vị trí I: Vị trí tiếp nhận vỏ chai rỗng
+ Vị trí II: Sao khi cấp nắp chai được vặn nắp và đưa đến băng tải đầu ra
Cơ cấu sử dụng động cơ DC giảm tốc có khả năng tạo ra momen xoắn lớn hơn so với động cơ bước, mặc dù không đạt được độ điều khiển chính xác tương đương Để cải thiện độ chính xác trong điều khiển, có thể áp dụng công tắc hành trình kết hợp với phương pháp hãm động năng cho động cơ.
Động cơ được kết nối trực tiếp với mâm xoay qua trục mà không cần bộ truyền, vì nó đã cung cấp đủ mô-men cho mâm xoay Phương pháp hãm sử dụng cách đấu nối rơ-le để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Để đảm bảo điều khiển chính xác và tải an toàn, việc lựa chọn động cơ với tốc độ chậm và momen lớn hơn yêu cầu là rất quan trọng Do đó, nhóm đã quyết định chọn động cơ JGB37-550 DC.
Hình 4.4: Động cơ DC JGB37-550
+ Tỉ số truyền: 505:1 (động cơ quay 505 vòng trục chính hộp giảm tốc quay 1 vòng)
+ Dòng chịu đựng tối đa khi có tải: 7A
+ Tốc độ không tải: 32 RPM (32 vòng 1 phút)
+ Tốc độ chịu đựng tối đa khi có tải: 27 RPM (27 vòng 1 phút)
+ Lực kéo Moment định mức: 50 KG.CM
+ Lực léo Moment tối đa: 230 KG.CM
+ Chiều dài hộp số L: 38 mm
Có nhiều phương án thiết kế cơ cấu bơm nước, bao gồm số lượng bơm và vị trí đặt bơm như trên băng tải hoặc trên mâm xoay Đối với quy mô dự án, nhóm đã quyết định chọn phương án sử dụng bơm trên mâm xoay, vì phương án này mang lại nhiều ưu điểm đáng chú ý.
+ Tăng độ chính sát và tiết kiệm được cơ cấu giử khi chiết rót
+ Đồng bộ thời gian với cơ cấu đóng nắp, vặn nắp
+ Tránh dừng băng tải nhiều lần làm giảm tuổi thọ động cơ
Cơ cấu bơm nước bao gồm:
Trong các hệ thống chiết rót công nghiệp, động cơ bơm nước xoay chiều AC thường được ưa chuộng nhờ công suất lớn, tuổi thọ cao và khả năng hoạt động liên tục Tuy nhiên, đối với các dự án quy mô nhỏ, động cơ bơm nước một chiều DC là lựa chọn ưu tiên do kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng và chi phí thấp.
Để đáp ứng yêu cầu bơm đầy nước trong chai trong vòng 10 giây, tốc độ bơm của động cơ cần đạt 1,5 lít/phút Do đó, nhóm đã quyết định lựa chọn động cơ bơm nước DC 385.
Hình 4.5: Động cơ bơm nước DC 385
+ Loại động cơ: Động cơ DC 385
+ Điện áp đầu vào: 6 – 12V (điện áp khuyên dùng: 9 – 12 V DC – 1A) + Dòng điện tiêu thụ: 0.5 – 0.7 A
Khi cảm biến phát hiện chai ở vị trí I của mâm xoay, động cơ sẽ dừng lại để bơm thực hiện quá trình rót cho đến khi chai đầy Sau đó, mâm xoay tiếp tục di chuyển chai đến vị trí đóng và vặn nắp Quá trình này lặp lại liên tục, giúp hệ thống rót trên mâm xoay hoạt động chính xác và đồng bộ với thời gian đóng nắp, từ đó giảm thiểu thời gian chờ khi bơm nước vào chai.
4.1.3 Cơ cấu đóng nắp tự động
Bản vẽ cấu tạo của chu trình đóng nắp bao gồm các thành phần chính như xi lanh, motor đóng nắp, đầu văn nắp chai, giá đỡ kết nối giữa xi lanh và động cơ, cùng với trục giữ của hệ thống Các yếu tố này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo quy trình đóng nắp diễn ra hiệu quả và chính xác.
Cơ cấu cấp nắp tự động là hệ thống đảm bảo nắp được cung cấp chính xác sau khi chai đã được bơm đầy Hệ thống này yêu cầu độ tự động hóa cao và độ chính xác tuyệt đối để nắp có thể khớp hoàn hảo với chai, đảm bảo quá trình đóng nắp diễn ra suôn sẻ.
- Cấu tạo cơ cấu cấp nắp bao gồm:
- Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp nắp
Cơ cấu cấp nắp lắp ở vị trí đúng đảm bảo cho việc cấp nắp chính xác khi mâm xoay quay
Thanh giữ nắp hoạt động nhờ lực ép, giúp giữ nắp không rơi ra khỏi rãnh và đảm bảo nắp không bị giữ quá chặt khi chai xoay, tạo điều kiện cho việc lấy nắp dễ dàng Khi chai đến vị trí cấp nắp, lực tác động lên thanh giữ nắp sinh ra lực nén vừa đủ để lấy nắp ra Do đó, điều quan trọng nhất của cơ cấu cấp nắp là lực nén của thanh giữ nắp phải được điều chỉnh sao cho không quá chặt cũng không quá lỏng.
Thanh gạt nắp giúp gạt phẳng nắp chai, đảm bảo quá trình vặn nắp diễn ra chặt chẽ và chính xác Việc này ngăn chặn tình trạng nắp bị lệch so với miệng chai, từ đó cải thiện hiệu quả vặn nắp chai.
4.1.4 Cơ cấu đóng và vặn nắp chai
Cơ cấu của thiết bị bao gồm hai bộ phận chính: đóng nắp và vặn nắp Cả hai bộ phận này hoạt động theo cơ chế chuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ vào hai xi lanh Đặc biệt, cơ cấu vặn nắp còn được trang bị thêm động cơ truyền động quay, giúp quá trình vặn chặt nắp diễn ra hiệu quả hơn.
+ Cơ cấu tịnh tiến chung
+ Lực đóng nắp không quá mạnh làm hỏng nắp và vừa đủ để cân bằng nắp trước khi vặn
+ Momen quay vừa đủ để vặn chặt nắp chai
- Cơ cấu truyền chuyển động:
Hệ thống pha trộn
Hình 4.9: Bản vẽ hệ thống trộn 1: Bồn chứa số 1; 2: Bồn chứa số 2; 3: Bồn chứa số 3; 4: Van điện từ;
5: Ống dẫn xả; 6: Motor trộn; 7: Bồn trộn; 8: Cảm biến mực nước; 9: Bồn chứa hỗn hợp
Hệ thống pha trộn dung dịch bao gồm 4 van điện từ hoạt động theo quy trình tự động Khi nhấn nút khởi động, van điện từ 1 sẽ hoạt động và xả trong 10 giây Sau khi van điện từ 1 ngừng hoạt động, van điện từ 2 sẽ tiếp tục xả trong 15 giây Quá trình này đảm bảo sự pha trộn chính xác và hiệu quả của dung dịch.
Sau khi xả đúng 10 giây, van điện từ 3 sẽ dừng hoạt động và động cơ khuấy trộn sẽ hoạt động trong 30 giây tiếp theo Sau đó, van điện từ 4 sẽ xả toàn bộ hỗn hợp dung dịch ra bể chứa ngoài Khi cảm biến S nhận biết bể chứa sắp hết, nó sẽ kích hoạt chương trình để tiến hành chu trình phối trộn mới.
Hệ thống được phân tích bao gồm 4 van điện từ, với bơm 1 hoạt động ngay khi nhấn nút Start để duy trì mức dung dịch trong các bình chứa Phao được sử dụng để tự động bổ sung dung dịch khi mức xuống thấp Ba timer điều chỉnh thời gian hoạt động của các van điện từ: van 1 hoạt động trong 10 giây, van 2 trong 15 giây và van 3 trong 10 giây Ngoài ra, một timer khác giới hạn thời gian hoạt động của động cơ khuấy trộn dung dịch là 30 giây Quá trình này tiếp tục cho đến khi van điện từ 4 xả toàn bộ hỗn hợp và hệ thống chứa.
- Để đảm bảo vệ sinh và an toàn thì nhóm chúng em chọn vật liệu làm thùng là inox 304 có các đặc tính vật lý sao:
Inox 304 có khả năng chống ăn mòn rất tốt, không phản ứng với axit, giúp nó chống gỉ hiệu quả trong các môi trường như nhà bếp, phòng tắm và máy móc.
+ Khả năng chiệu nhiệt: Khả năng oxi hóa tốt ở nhiệt độ 1010 o C
+ Khả năng gia công tốt: Có thể thực hiện khi cả không cần gia nhiệt Các hành động như uốn, nắn và tạo hình cũng dễ dàng
Hình 4.10: Bồn chứa inox trong công nghiệp
Máy trộn thùng quay là sản phẩm công nghệ tiên tiến, thay thế lao động chân tay trong nhiều ngành công nghiệp Sản phẩm này không chỉ tiết kiệm sức lao động và thời gian, mà còn nâng cao năng suất đáng kể Máy trộn thùng quay được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như chế biến thực phẩm, hóa mỹ phẩm, xây dựng và dược phẩm.
+ Thuận tiện cho việc cấp và thu hồi sản phẩm, an toàn cho người sử dụng
+ Các linh kiện dễ thay thế khi hư hỏng
+ Thao tác vận hành, vệ sinh máy đơn giản
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi nguyên liệu được truyền qua ống dẫn vào bồn chứa Sau khi đủ nguyên liệu, hệ thống khấy trộn sẽ hoạt động trong 30 giây để đảo đều nguyên liệu Khi động cơ khấy trộn dừng lại, van điện từ của bộ trộ sẽ xả thành phẩm xuống bồn chứa.
Hình 4.11: Sơ đồ hệ thống khuấy trộn
Cơ cấu băng tải
Hình 4.12: Bản vẽ hệ thống băng tải 1: Băng tải 1; 2: Cảm biến rót; 3: Rãnh nắp; 4: Mâm xoay; 5: Motor đóng nắp và xi lanh; 6: Băng tải 2
- Cấu tạo băng tải: Gồm khung băng, rulô chủ động, rulô bị động, cơ cấu dẫn hướng, cơ cấu tăng đơ, dây băng tải, động cơ giảm tốc…
- Đặc điểm làm việc của băng tải:
+ Thiết bị vận liên tục luôn tì đè lên con lăn vì vậy thường xuyển kiểm tra bảo dưỡng con lăn
+ Làm việc được nhờ lực ma sát giữa bề mặt đai và tang dẫn - con lăn
+ Ưu điểm vận chuyển hàng hóa từ nơi nài sang nơi khác tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động
- Các loại băng tải hiện nai
- Khung băng tải có thể sử dụng một số vật liệu như:
- Các cơ cấu truyền động có thể sử dụng động cơ DC giảm tốc hoặc kết hợp động cơ DC với bộ truyền xích hoặc bộ truyền đai
- Với quy mô đồ án hiện tại, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế như sau: + Băng tải PVC
+ Khung băng tải sử dụng kết hợp nhôm định hình và thanh thép lỗ
+ Truyền động bởi động cơ DC giảm tốc Đặc điểm:
- Khung băng tải sử dụng kết hợp nhôm định hình và thanh thép lỗ:
+ Dễ tháo lắp, có thể điều chỉnh và di dời
+ Đa dạng về kích thước
+ Đảm bảo tính chắc chắn, ổn định
+ Đảm bảo độ đồng phẳng của băng tải
+ Có khả năng đàn hồi cao, chịu được nhiệt
+ Giá thành rẻ, độ bền cao
Vì đường kính chai nước d = 60 mm nên lựa chọn băng tải có bề rộng
B = 100 mm Chiều dài làm việc của băng tải L = 900 mm
Tính chọn động cơ DC giảm tốc:
+ Chiều dài băng tải: L = 850 mm
+ Vận tốc băng tải: V = 10 m/phút
+ Độ rộng băng tải: B = 100 mm
+ Tải trọng băng tải: 1,5kg
- Tính chọn tốc độ động cơ:
Tốc độ của băng chuyền: V = 10 m/phút
Với đường kính con lăn D = 49 mm
- Suy ra tốc độ động cơ:
- Tính mômen xoắn động cơ:
Tải trọng băng tải: m = 1,5kg
Suy ra momen xoắn tối thiểu của động cơ:
- Tính công suất động cơ:
T: Momen xoắn tối thiểu của động cơ
Chọn loại động cơ phù hợp: Chọn động cơ JGB37 – 520 DC
+ Tốc độ không tải: 66 RPM
+ Mô-men xoắn: 5 hg.cm
Động cơ Troy motor
Hình 4.15: Thông số kỹ thuật của động cơ Troy 6W
Hình 4.16: Thông số bánh răng hộp giảm tốc động cơ Troy
Hình 4.17: Kích thước động cơ Troy
Nút nhấn
Công tắc nút nhấn nhả màu đỏ R16-503A có kích thước phi 8mm, không có đèn, được làm từ nhựa Loại công tắc này hoạt động theo cơ chế nhấn và thả, tức là khi nhấn vào sẽ kích hoạt và khi thả ra, công tắc sẽ trở về trạng thái ban đầu Jack nối dây có thể được gắn bằng cách hàn hoặc cắm, tuy nhiên, phương pháp hàn được khuyến nghị là tốt nhất.
Công tắc nút nhấn nhả R16-503B được gắn vào khung bằng bulong nhựa như hình, đường kính phần gắn công tắc này là 8mm
Tất cả các bộ phận của một công tắc, chỉ đơn giản vậy thôi
Có hai màu nhưng thực tế là các dùng khác nhau, màu đỏ có mã là R16- 503A là nút nhấn giữ, còn màu xanh là R16-503B lại là nhấn nhả (reset)
Chỉ khác nhau chừng đó còn về hình dạng và kích thước hoàn toàn như nhau
CB
Thiết bị cầu dao tự động 2 pha MCB Panasonic BS1112TV có khả năng ngắt mạch điện nhanh chóng và chính xác trong trường hợp ngắn mạch quá tải, giúp bảo vệ dây dẫn và thiết bị điện Dòng điện qua các tiếp điểm ổn định, với điểm nhảy tiếp xúc không phụ thuộc vào thao tác gạt tay của người sử dụng, mang lại độ chính xác cao và tuổi thọ lâu dài cho thiết bị.
Các thiết bị đóng cắt trong mạch điện, như Aptomat và cầu dao tự động (MCB), đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và người sử dụng bằng cách kiểm soát nguồn điện một cách chính xác Panasonic nổi bật với các sản phẩm thiết bị điện chất lượng cao, được người tiêu dùng tin tưởng Các thiết bị đóng cắt mang thương hiệu Panasonic được nghiên cứu và sản xuất trên dây chuyền hiện đại, tuân thủ các tiêu chuẩn hàng đầu và trải qua quy trình kiểm tra, kiểm định nghiêm ngặt về hiệu suất, độ chính xác và an toàn.
Mã sản phẩm: BS1112TV
Dòng cắt ngắn mạch: 1.5kA Điện áp định mức: 240VAC
Biến Tần MITSUBISHI
Biến tần Mitsubishi FR - 720 - 0.2kw là một sản phẩm phổ biến và cơ bản của Mitsubishi, với nhiều chức năng đa dạng, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp như quạt, bơm và HVAC Sản phẩm hoạt động với nguồn cấp 3 pha, 200 - 240VAC, 50Hz/60Hz, công suất 0.2kw và dòng điện 1.4A Biến tần này có dải tần số từ 0.2 - 400Hz, mô men khởi động lên đến 150%, khả năng quá tải 150% trong 60 giây và 200% trong 0.5 giây.
Ngõ vào của thiết bị cho phép lựa chọn đa tốc độ và cài đặt từ xa, đồng thời hỗ trợ chức năng thứ hai với bốn cấp quá tải tùy chọn Thiết bị còn có khả năng hoạt động JOG và điều khiển PID với giá trị chính xác, cùng với tính năng hoạt động luân phiên linh hoạt.
Biến tần PU, V/F, PU-NET và External-NET cung cấp nhiều tính năng quan trọng như ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ bắt đầu và cài đặt lại biến tần Hệ thống báo tín hiệu khi biến tần hoạt động và khóa ngoài khi PU hoạt động Các ngõ ra cảnh báo tình trạng quá tải, phát hiện tần số, tái tạo phanh, và lỗi rơ le, đồng thời cho biết biến tần đã sẵn sàng hoạt động Ngoài ra, hệ thống còn phát hiện dòng, giới hạn PID, cảnh báo quạt tản nhiệt quá nóng, cảnh báo giảm tốc khi mất điện tức thời, và điều khiển PID kích hoạt Việc giám sát an toàn, cảnh báo tuổi thọ và hẹn giờ thời gian bảo trì cũng là những tính năng nổi bật của biến tần này.
Chức năng bảo vệ của động cơ bao gồm việc định nghĩa lỗi và bảo vệ quá dòng trong các tình huống tăng tốc, giảm tốc và dừng lại Hệ thống này giúp ngăn chặn tình trạng quá tải, quá áp, áp suất thấp, mất áp, quá nhiệt và quá nhiệt điện trở phanh, đồng thời đảm bảo không xảy ra sụt áp.
Chức năng chính của thiết bị bao gồm thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hỗ trợ hoạt động đa tốc độ, mô hình tăng/giảm tốc, bảo vệ nhiệt, và điều chỉnh tốc độ kích thích từ tính Thiết bị còn có khả năng xoay màn hình, tự động khởi động lại sau khi mất điện, thiết lập từ xa, lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, bù trượt và kiểm soát mô-men xoắn Ngoài ra, thiết bị được tích hợp sẵn bộ điều khiển PID và hỗ trợ giao thức Modbus TU.
+ Truyền thông: Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết nối PU
Thiết bị mở rộng cho biến tần bao gồm bộ cài đặt thông số tiêu chuẩn, cáp kết nối với bộ cài đặt thông số mở rộng, bo truyền thông, bo encoder, và các linh kiện lọc nhiễu Ngoài ra, còn có bo chức năng ngõ ra relay, bo chức năng ngõ ra analog mở rộng, bộ phanh, điện trở xả, cuộn kháng một chiều và cuộn kháng xoay chiều Các thiết bị này được thiết kế đặc biệt cho biến tần công suất thấp, bao gồm cả bo chức năng ngõ vào số 16 bit, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy.
+ Cấp bảo vệ: IP20 (Đóng lắp)
Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại
Hình 4.21: Cảm biến vật cản
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK sử dụng công nghệ ánh sáng hồng ngoại để đo khoảng cách đến vật cản, mang lại độ phản hồi nhanh chóng và giảm thiểu nhiễu Thiết bị này hoạt động bằng cách phát và nhận tia hồng ngoại ở tần số riêng biệt, đảm bảo hiệu suất cao trong việc phát hiện vật cản.
Cảm biến cho phép điều chỉnh khoảng cách báo hiệu một cách dễ dàng thông qua biến trở Đầu ra của cảm biến ở dạng cực thu hở, do đó cần thêm một trở treo lên nguồn ở chân tín hiệu khi sử dụng.
• Nguồn điện cung cấp: 5VDC
• Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm
• Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở
• Dòng kích ngõ ra: 300mA
Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép tùy chỉnh điện áp ngõ ra, tức là mức điện áp ngõ ra sẽ tương ứng với giá trị trở treo được đặt lên.
• Chất liệu sản phẩm: nhựa
• Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
- Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC
- Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC
- Màu đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao.
Bộ Đếm Sản Phẩm Hiển Thị Trên LED 7 Đoạn
Hình 4.22: Sơ đồ đấu nối và bộ đếm sản phẩm
- Combo Đếm sản phẩm hiển thị trên LED 3 số ứng dụng đếm sản phẩm bao bì, trong sản xuất, với 3 số max 999 sản phẩm
Combo đếm sản phẩm hiển thị trên LED là thiết bị dễ sử dụng, đi kèm với các jack nối sẵn có Chỉ cần cấp nguồn và kết nối các phần lại, bạn đã có một bộ đếm sản phẩm tiện lợi Sản phẩm này có hai loại: loại 3 số đếm tối đa 999 và loại 4 số đếm tối đa 9999.
- Video hướng dẫn bạn tự làm mạch đếm sản phẩm một cách đơn giản nhất với rất nhiều ứng ứng dụng trong thực tế
- Điện áp hoạt động: 5V DC
- Tần suất đếm: 20/5/200/1000 lần mỗi giây
- Các sản phẩm liên quan:
+ Cảm Biến Khoảng Cách E18-D80NK
+ Bộ đếm sản phẩm hiển thị trên Led 3 số đỏ
+ Công Tắc Nút Nhấn Nhả R16-503B / R16-503A
THI CÔNG
Mô Hình Vật Lý
Hình 5.1: Gia công khung của mô hình
Hình 5.2: khung mô hình hoàn thiện
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung
Hệ thống pha trộn và chiết rót tự động đóng vai trò quan trọng trong quy trình lọc thô và lọc tinh, giúp pha trộn, chiết rót và đóng nắp cho các ngành công nghiệp đóng gói chất lỏng.
Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất nước ép trái cây tự động của công ty Ifood
Hệ thống chiết rót chai tự động là giải pháp hiệu quả cho các ngành thực phẩm, nước uống, dược phẩm, hóa chất và dầu nhớt Việc áp dụng máy chiết rót tự động giúp các nhà sản xuất tiết kiệm đáng kể chi phí nhân công và nâng cao năng suất trong quy trình chiết đóng chai thành phẩm.
Tự động hóa nâng cao điều kiện sản xuất bằng cách loại bỏ những khó khăn liên quan đến lao động thủ công, từ đó cải thiện hiệu suất và hiệu quả trong quy trình sản xuất.
Bùi Ngọc Linh cải thiện các điều kiện làm việc của công nhân, nhất là các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán
Quá trình tự động hóa trong sản xuất không chỉ tăng cường cường độ sản xuất mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyên môn hóa và hoán đổi sản phẩm Yếu tố này đóng vai trò quan trọng giúp các nhà sản xuất linh hoạt trong điều kiện sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.
1.2 Một số mô hình chiết rót
❖ Hệ thống chiết rót bán tự động
- Hệ thống chiết rót nước bán tự động
Hình 1.2: Hệ thống chiết rót nước bán tự động
Hệ thống chiết rót bán tự động 3 trong 1 là hệ thống máy chiết rót hoạt động với 3 khâu khép kín Cùng thực hiện trên một dây chuyền
Máy rửa: Có tác dụng rửa sạch chai – bình trước khi đưa vào chiết rót
Máy chiết rót bán tự động: Sau khi chai hoặc bình được rửa sạch được chuyển tự động đến bộ phận chiết rót
Quá trình đóng nắp chai và bình bao gồm hai bước chính: rửa và chiết rót Sau khi hoàn tất hai công đoạn này, chai và bình sẽ được chuyển đến hệ thống đóng nắp để thực hiện việc siết chặt nắp.
❖ Hệ thống chiết rót tự động
- Hệ thống chiết rót nước tự động
Hình 1.3: Hệ thống chiết rót nước tự động
+ Hệ thống chạy hoàn toàn tự động 3 trong 1, tự động rửa chai, chiết rót và đóng nắp
+ Công suất từ 3,000 – 18,000 chai/giờ đối với chai có dung tích 200-2000 ml + Van chiết rót tốc độ cao, đảm bảo độ chính xác cao không lãng phí nước
+ Nắp được đóng vào bằng thiết bị mô-men xoắn cố định để đảm bảo chất lượng và ngăn ngừa nắp bị hỏng
Hệ thống điều khiển hoàn chỉnh với khả năng quản lý tốc độ sản xuất, lưu trữ nắp, đóng chai, tự động ngắt và đếm số lượng sản phẩm thành phẩm.
+ Hệ thống điều khiển lập trình (PLC) điều khiển thiết bị vận hành tự động
1.3 Các khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động hóa
Các mối đe dọa an ninh và sự dễ bị tổn thương của hệ thống tự động là vấn đề quan trọng Mỗi hệ thống tự động chỉ đạt được một mức độ trí thông minh nhất định, và khi nhiều hệ thống được liên kết với nhau, chúng có thể dễ dàng gặp lỗi do những yếu tố bên ngoài mà chúng không thể dự đoán.
Chi phí phát triển tự động hóa có thể vượt quá dự kiến do sự kết nối phức tạp giữa các hệ thống trong dây chuyền sản xuất Việc nghiên cứu và phát triển đầu tư cho tự động hóa thường gặp khó khăn trong việc ước lượng chính xác, dẫn đến những chi phí vượt mức so với chi phí định mức ban đầu.
Chi phí đầu tư ban đầu cho việc tự động hóa sản phẩm mới thường rất cao, vượt xa chi phí đơn vị sản phẩm Tuy nhiên, chi phí này có thể được phân bổ qua nhiều sản phẩm và thời gian, giúp giảm bớt gánh nặng tài chính trong dài hạn.
Dây chuyền sản xuất được kết nối từ nhiều hệ thống, dẫn đến việc liên kết các hệ thống này thường tốn nhiều thời gian và công sức Hơn nữa, dây chuyền còn tiêu tốn nhiều diện tích, đồng thời cần đảm bảo an toàn và sự đồng nhất trong quá trình vận hành.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tìm hiểu vấn đề
Trong xã hội hiện đại, nhu cầu ẩm thực của người dân ngày càng tăng cao, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp thực phẩm đóng gói và nước uống đóng chai Số lượng sản phẩm trên thị trường ngày càng đa dạng, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao của khách hàng.
Hiện nay, có hai loại dây chuyền công nghiệp chính dựa trên khả năng ổn định làm việc: dây chuyền cố định và dây chuyền thay đổi.
Dây chuyền cố định là phương pháp sản xuất chuyên biệt, chỉ cho phép sản xuất một loại sản phẩm nhất định trong thời gian dài mà không có sự thay đổi Quá trình này được thực hiện với khối lượng sản phẩm lớn, trong đó mỗi khu vực trên dây chuyền đảm nhiệm một bước cụ thể trong quy trình sản xuất Đây là hình thức tối ưu cho các loại hình sản xuất có khối lượng lớn.
Dây chuyền thay đổi là một loại dây chuyền sản xuất linh hoạt, cho phép điều chỉnh để tạo ra nhiều sản phẩm tương tự mà không bị giới hạn ở một loại duy nhất Quá trình sản xuất có thể tạm dừng để thực hiện các điều chỉnh cần thiết, phù hợp với nhu cầu Loại dây chuyền này phù hợp cho cả sản xuất quy mô lớn và vừa, mang lại sự linh hoạt trong quá trình sản xuất.
Có thể phân loại dây chuyền sản xuất theo khả năng làm việc liên tục trong một chu trình nhất định, bao gồm dây chuyền sản xuất liên tục và dây chuyền sản xuất gián đoạn.
