Thiết kế và phát triển hệ thống chiết rót tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thiện Sinh viên thực hiện: Mã số sinh viên: Lớp: Nguyễn Hoàng Tân 1811020148 18DTDA2 Trần Đức Quang Minh 1811051668 18DTDA2 Nguyễn Trọng Trung 1811050158 18DTDA2 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TĨM TẮT Hiện nhu cầu dùng nước uống đóng chai ngày cao, địi hỏi số lượng sản phẩm lớn Do hệ thống chiết rót điều khơng thể thiết nhà máy sản xuất Dây chuyền sản xuất nhiều sản phẩm, tiết kiệm thời gian giảm lương nhân công nhà máy sản xuất lớn nhỏ, tiết kiệm nhiều chi phí Vì nhóm em định làm đề tài thiết kế chiết rót chai tự động Hệ thống kế chiết rót hai chai băng tải Những phần mềm sử dụng thiết kế phần mềm khí tủ điện gồm AutoCad, Solidworks, Visio Dùng để thiết kể điều khiển PLC phần mềm Gxwork3 Bộ điều khiển sử dụng để điều khiển hệ thống FX1S30MR Đề tài thiết kế phát triển hệ thống chiết rót chai tự động có thiết bị sau: băng tải, bốn xylanh, ba cảm biến tiện cận, hai bơm nước 12v, solenoid hộp đựng chai Sau làm đề tài nhóm chúng em có thêm nhiều kinh nghiệm gia cơng khí, thiết kế khí, đấu dây điện hệ thống nhỏ, hiểu lập trình PLC thực tế Hạn chế thiếu sót so với thực tế bên ngồi làm đề tài hệ thống sau dừng lại mức chiết rót dừng băng tải, chưa phát triển hệ thống chiết rót liên tục mà khơng dừng băng tải Hướng tương lai chúng em cố gắng phát triển đề tài thành chiết rót liên tục mà không dừng băng tải iii ABSTRACT Currently, the demand for bottled drinking water is increasing day by day, requiring a large number of products Therefore, filling systems are not necessary in manufacturing plants The production line can produce many products, saving time and reducing labor wages in large and small factories, saving a lot of costs Therefore, my group decided to the design and automatic bottle filling project The metering system fills two bottles at the same time on one conveyor The software used to design mechanical and electrical cabinets includes AutoCad, Solidworks, Visio Used to design the PLC controller is Gxwork3 software The controller used to control the system is FX1S-30MR The project of designing and developing an automatic bottle filling system has the following equipment: a conveyor, four cylinders, three proximity sensors, two 12v water pumps, solenoids and a bottle holder After working on the group project, we have gained more experience in mechanical processing, mechanical design, wiring a small system, understanding how PLC programming is in fact Limiting shortcomings compared to the outside reality when doing this project, the system, after only stopping at the conveyor stop filling, has not yet developed a continuous filling system without stopping the conveyor The future direction is that we will try to develop the topic into continuous filling without stopping the conveyor iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT iii ABSTRACT .iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG xi LỜI MỞ ĐẦU xii Chương 1 Đặt vấn đề 1.1 Chiết rót vào chai 1.2 Khả ứng dụng dây chuyền chiết rót 2 Thực trạng hệ thống chiết rót chai 3 Tổng quan hệ thống chiết rót chai tự động .5 Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu Mục đích nghiên cứu .7 Nhiệm vụ nghiên cứu 8 Phương pháp nghiên cứu Các kết đạt đề tài Chương 10 2.1 Giới thiệu hệ thống tự động .10 2.1.1 Tổng quát 10 2.1.2 Vai trò hệ thống tự động 11 2.1.3 Khó khăn việc ứng dụng hệ thống tự động .11 2.2 Các thiết bị sử dụng thị trường 12 2.2.1 Thiết bị thủ công 12 2.2.2 Thiết bị tự động 12 v 2.2.3 Thiết bị bán tự động 13 2.3 Mục tiêu 13 2.4 Các khâu hệ thống chiết rót tự động 13 2.5 Nội dung nghiên cứu 14 2.6 Bố cục đề tài 14 Chương 16 3.1 Phương pháp nghiên cứu 16 3.2 Phương án giải .16 3.2.1 Hệ thống đẩy chai 16 3.2.2 Hệ thống chiết rót .17 Chương 19 4.1 Lập quy trình bước tiến hành thiết kế máy hệ thống điều khiển 19 4.1.1 Quy trình bước tiến hành thiết kế máy 19 4.1.2 Quy trình bước tiến hành thiết kế tủ điện 20 4.1.3 Thiết kế hệ thống điều khiển .21 4.1.4 Sơ đồ lưu đồ giải thuật .22 4.1.5 Sơ đồ khối hệ thống 24 4.2 Thiết kế khí 25 4.2.1 Thiết kế vẽ 25 4.3 Tính tốn, lựa chọn linh kiện thiết bị khí dụng cụ, cơng cụ lắp ráp 27 4.3.1 Băng tải 27 4.3.2 Xylanh .30 4.3.3 Cảm biến tiệm cận .33 4.3.4 Máy bơm nước 35 4.3.5 Van điều khiển xylanh .36 4.3.6 Máy nén khí 38 4.3.7 Dụng cụ công cụ cần thiết cho lắp ráp 39 4.4 Hệ thống điều khiển 40 4.4.1 Xác lập chức điều khiển, sơ đồ khối hệ thống, lưu đồ giải thuật 40 4.4.1.1 Xác lập chức điều khiển 40 vi 4.4.2 Bộ điều khiển PLC 41 4.4.3 Tính chọn thiết bị điện, điều khiển 46 4.4.3.1 Đèn báo 46 4.4.2.2 Relay trung gian .47 4.4.2.3 Nút nhấn 49 4.4.2.4 Khối nguồn 24V .52 4.4.7 CB 54 4.5 Lập bảng tính giá thành vật liệu, ước lượng thời gian thi công, công cụ cần thiết .55 Chương 59 5.1 Thi cơng, lắp ráp phần khí 59 5.1.1 Kích thước bàn vị trí chân bàn, vị trí chân kê tủ điện 59 5.1.2 Băng tải 60 5.1.3 Khung hệ thống chiết rót 60 5.1.4 Lắp ráp khung, băng tải xylanh, cảm biến cố định vào bàn 61 5.1.5 Vị trí van điều khiển 61 5.1.6 Lắp ráp hồn tất phần khí 62 5.2 Thi công, lắp phần điện, điện tử điều khiển 63 5.2.1 Kích thước vị trí hệ thống điều khiển 63 5.2.2 Thi công lắp ráp hệ thống điện 63 5.2.3 Đấu nối đường dây điện PLC với relay nguồn 64 5.2.4 Hoàn thành lắp ráp hệ thống điện 65 5.3 Viết phần mềm điều khiển giám sát 66 5.4 Chạy thử, chỉnh sửa, hoàn thiện sản phẩm 68 5.5 Các phần mềm sử dụng để hỗ trợ, thực đồ án 68 Chương 69 6.1 Kết đạt 69 6.1.1 Phần khí 69 6.1.2 Phần điện lập trình 69 6.1.3 Toàn hệ thống 69 6.2 Những vấn đề chưa đạt 69 vii 6.3 Hạn chế đề tài 69 6.4 Hướng phát triển 70 Tài liệu tham khảo 71 Phụ Lục 72 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống sản xuất nước có gas cơng ty Bidrico Hình 1.2: Một đoạn hệ thống sản suất Aseptic Tân Hiệp Phát Hình 2.1: Dây chuyền sản xuất bia 10 Hình 3.1: Hộp đựng chai mơ hình chiết rót .16 Hình 3.2: Mơ hình dự kiến .17 Hình 3.3: Mơ hình hệ thống thực tế 17 Hình 4.1: Quy trình bước tiến hành thiết kế máy 19 Hình 4.2: Quy trình bước tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển .20 Hình 4.3: Sơ đồ kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị ngoại vi 21 Hình 4.4: Mạch đấu relay trung gian 21 Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật 23 Hình 4.7: Sơ đồ khối 24 Hình 4.8: Thiết kế khí solidwork 25 Hình 4.9: Kích thước mặt trước mơ hình 25 Hình 4.10: Kích thước mặt bên mơ hình 26 Hình 4.11: Kích thước mặt mơ hình 26 Hình 4.12: Băng tải 27 Hình 4.13: Động Cơ Giảm Tốc Trục JGB37-520 28 Hình 4.14: Cấu tạo động giảm tốc .29 Hình 4.15: Xylanh MAL 16X75 32 Hình 4.16: Xylanh MAL 16x100 .32 Hình 4.17: Cảm biến tiệm cận NPN E3F-DS30C4 34 Hình 4.18: Cấu tạo cảm biến tiệm cận .35 Hình 4.19: Máy bơm nước mini R385 .36 Hình 4.20: Van điều khiển 3V110-06-NC .37 Hình 4.21: Cấu tạo Van điều khiển 37 Hình 4.22: Máy nén khí 38 ix Hình 4.23: PLC FX1S thực tế 42 Hình 4.24: Bộ điều khiển FX1S-30MR 44 Hình 4.25: Phân bố dây I/O thiết bị ngoại vi 45 Hình 4.26: Mạch đấu nối PLC 46 Hình 4.27: Đèn báo 22 YW1P-1EQM3G Idec 47 Hình 4.28: Thơng số kĩ thuật đèn báo .47 Hình 4.29: Relay trung gian MY2N 24VDC Omron .49 Hình 4.30: Nút nhấn: LA38-11 .50 Hình 4.31: Cấu tạo nút nhấn 51 Hình 4.32: Nguồn tổ ong 24V 5A 52 Hình 4.33: Nguồn tổ ong 12V 5A 53 Hình 4.34: CB 54 Hình 5.1: Vị trí chân bàn chân kê tủ điện 59 Hình 5.2: Thanh ngang kê tủ điện 59 Hình 5.3: Băng tải 60 Hình 5.4: Khung hệ thống 60 Hình 5.5: Khung, đế hộp đựng chai, vị trí cảm biến xylanh .61 Hình 5.6: Vị trí solennol 61 Hình 5.7: Hệ thống chiết rót tự động thực tế 62 Hình 5.8: Bản vẽ CAD hệ thống điều khiển 63 Hình 5.9: Kệ tủ để lắp ráp hệ thống điện 63 Hình 5.10: Lắp ráp linh kiện lên tủ điện 64 Hình 5.11: Tiến hành đấu nối dây điện 64 Hình 5.12: Hồn tất hệ thống tủ điện .65 Hình 5.13: Mặt ngồi hệ thống điều khiển 65 Hình 5.14: Giao diện HMI giám sát hệ thống chiết rót 66 Hình 5.15: Giao diện HMI để điều khiển hệ thống 67 Hình 5.16: Một đoạn code HMI để điều khiển giám sát hệ thống 67 x DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật động giảm tốc 30 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật cảm biến tiệm cận 35 Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật máy bơm 36 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật van điều khiển .38 Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật máy nén khí 38 Bảng 4.6: Ngõ vào plc 41 Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật relay .49 Bảng 4.8: Thông số kĩ thuật nút nhấn 51 Bảng 4.9: Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 24V 52 Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 12V 53 Bảng 4.11: Giá thiết bị, linh kiện cần thiết 58 xi 5.1.2 Băng tải Hình 5.3: Băng tải 5.1.3 Khung hệ thống chiết rót Hình 5.4: Khung hệ thống 60 5.1.4 Lắp ráp khung, băng tải xylanh, cảm biến cố định vào bàn Hình 5.5: Khung, đế hộp đựng chai, vị trí cảm biến xylanh 5.1.5 Vị trí van điều khiển Hình 5.6: Vị trí solennol 61 5.1.6 Lắp ráp hồn tất phần khí Hình 5.7: Hệ thống chiết rót tự động thực tế 62 5.2 Thi cơng, lắp phần điện, điện tử điều khiển Hình 5.8: Bản vẽ CAD hệ thống điều khiển 5.2.1 Kích thước vị trí hệ thống điều khiển Hình 5.9: Kệ tủ để lắp ráp hệ thống điện 5.2.2 Thi công lắp ráp hệ thống điện Dựa vào sơ đồ kêt nối plc với linh kiện điện tử thiết bị khí ta tiến hành đấu nối lắp ráp 63 Hình 5.10: Lắp ráp linh kiện lên tủ điện 5.2.3 Đấu nối đường dây điện PLC với relay nguồn Hình 5.11: Tiến hành đấu nối dây điện 64 5.2.4 Hồn thành lắp ráp hệ thống điện Hình 5.12: Hoàn tất hệ thống tủ điện Sau hoàn tất đấu nối hệ thống điện ta thục kết nối với linh kiện khí để điều khiển Hình 5.13: Mặt ngồi hệ thống điều khiển 65 5.3 Viết phần mềm điều khiển giám sát Sử dụng phần mềm GT WORD2 HMI để tiến hành điều khiển giám sát hệ thống chiết rót tự động Hình 5.14: Giao diện HMI giám sát hệ thống chiết rót 66 Hình 5.15: Giao diện HMI để điều khiển hệ thống Hình 5.16: Một đoạn code HMI để điều khiển giám sát hệ thống 67 5.4 Chạy thử, chỉnh sửa, hoàn thiện sản phẩm Sau chạy thử hệ thống gặp phải lỗi sau: - Xì van khí cấp khí từ bơm vào - Băng tải bị gờ làm ngã chai - Rò rỉ nước từ van đóng ngắt - Lỗi code  Đã khắc phục chỉnh sửa hoàn thiện sản phẩm 5.5 Các phần mềm sử dụng để hỗ trợ, thực đồ án - Solid Works - GT Designer - GX Works - Autocad 2D 3D - Wondershare Edrawmax - Visio 68 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Kết đạt 6.1.1 Phần khí - Thiết kế, tính tốn chạy thực nghiệm thành cơng cấu mơ hình chiết rót chai tự động - Chế tạo hộp cấp chai đẩy vào băng tải - Tính tốn thiết kế mơ hình - Ước tính vịng 10 phút số chai chiết rót đạt dc 30 chai 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 Tồn hệ thống - Hệ thống chạy tương đối ổn định - Hệ thống chiết rót 6.2 Những vấn đề chưa đạt - Chỉ tính tốn kết cấu khí chủ yếu dây chuyền - Khâu chiết rót tự động hoạt động theo nguyên lý bước nên suất chưa cao, thích hợp với sản xuất vừa nhỏ - Phần kiểm tra chất lượng sản phẩm chiết rót tự động có chai khơng thể tích 6.3 Hạn chế đề tài o Chiết chai o Chiết chậm vịi o Chưa phát triển hệ thống chiết rót liên tục 69 Dây chuyển chiết rót tự động ứng dụng thực tế sản xuất điều nhóm mong muốn thực Tuy nhiên với kiến thức nhiều hạn chế với điều kiện kinh tế nhiều yếu tố khách quan khác mà phạm vi đồ án Chúng em thi cơng mơ hình máy tính, mơ lại thực tế Dù nhóm em 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 nhỏ Sau có hội phát triển mơ hình chúng em mong muốn phát triển mơ hình lớn quy trình ổn định quy trình chiết rót nhiều chai để tiết kiệm chi phí hàng Đó hướng phát triển đề tài nhóm em mong muốn đạt 70 Tài liệu tham khảo Trong sách: Trần Thế Sang, Nguyễn Ngọc Phương (2008), PLC lập trình công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Lê Hoàng Vinh, Đào Duy Khương, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thuỷ (2006), Lập Trình PLC Lê Ngọc Bích (2016), Scada truyền thơng cơng nghiệp, Nhà xuất Dân Trí Trên Internet: MITSUBISHI ELECTRIC PLC Series https://www.mitsubishielectric.com/fa/products/cnt/plc/index.html LIQUID DETERGENT FILLING MACHINE https://www.youtube.com/watch?v=SGNZQpJZiUI MITSUBISHI ELECTRIC Điều khiển PLC https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/satellite/data/jy997d57501c.pdf Maxpack Servo Piston 10 Head Filling Machine https://www.youtube.com/watch?v=fUPcJD5oPXA Automatic bottle filling & capping machine controled https://www.youtube.com/watch?v=qohG98zfF50 Milk filler glass bottle https://www.youtube.com/watch?v=ehRYMoaZTmo Glass filler for beer and CSD https://www.krones.com/en/products/innovations/compact-glass-filler-forthelow-output-range-craftmate-g.php 71 Phụ Lục CODE CHƯƠNG TRÌNH 72 73 74 ... tốn thiết kế hệ thống Chương trình bày cách chi tiết mơ hình hệ thống bao gồm sơ đồ khối nguyên lý hoạt động hệ thống Tiếp đến thiết kế hệ thống Chương 5: Thi công hệ thống Dựa thiết kế hệ thống, ... tài ? ?Thiết kế phát triển hệ thống chiết rót tự động? ?? dùng PLC FX1S-30MR Đây hệ thống tự động hữu ích giúp giảm thiểu sức làm việc người nhà máy Hệ thống giúp chiết rót tự động nhiều sản phẩm liên... tắm,… 2.3 Mục tiêu Hệ thống chiết rót chai tự động hệ thống tự động giúp người dùng đỡ vất vả hoạt động nhiều làm việc mà không cần nghỉ ngơi.Chính cần thiết nên nhiều hệ thống tự động đời nhằm góp