Tổng Quan Hệ Thống
Đặt vấn đề
Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa, do đó việc nâng cao vai trò của lao động sáng tạo và cải tiến công nghệ là rất cần thiết để nâng cao chất lượng và năng suất lao động Tính đến ngày 20/3/2022, vốn đầu tư nước ngoài đạt trên 8,9 tỷ USD, trong đó ngành thực phẩm ước đạt 4,42 tỷ USD, tăng 7,8% so với cùng kỳ năm 2021 Sự xuất hiện ngày càng nhiều công ty từ Ấn Độ, Trung Quốc, Brazil đã tạo ra áp lực cạnh tranh về công nghệ và giá cả, yêu cầu cải tiến thiết bị máy móc để nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí lao động Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn sử dụng phương pháp thủ công, dẫn đến các lỗi trong sản xuất ảnh hưởng đến chất lượng và uy tín công ty Để khắc phục, nhiều loại máy đóng gói hiện đại đã được ra đời, nhưng việc nhập khẩu máy móc từ nước ngoài gặp khó khăn trong sửa chữa do vấn đề bảo mật và chi phí cao Vì vậy, nhóm quyết định giữ lại phần cơ và sửa chữa, thay thế phần điện nhằm tối ưu chi phí, với đề tài tốt nghiệp mang tên “NÂNG CẤP MÁY ĐÓNG GÓI DẠNG CỐC ĐONG”.
Dưới đây là một số hình ảnh nhằm làm rõ thực trạng ban đầu của máy đóng gói khi nhóm nhận được:
Hình 1.1 Tình trạng ban đầu của cơ cấu phễu chứa nguyên liệu và cơ cấu đong
Hình 1.2 Tình trạng ban đầu của cơ cấu kéo trên
Hình 1.3 Tình trạng ban đầu của cơ cấu kẹp và cơ cấu kéo dưới
Hình 1.4 Tình trạng ban đầu của cơ cấu cắt
Hình 1.5 Tình trạng ban đầu hệ thống điện của máy
Hình 1.6 Tình trạng chung ban đầu của máy
Khi nhận máy, hầu hết các cơ cấu cơ khí đã được tháo rời để thuận tiện cho việc di chuyển, nhưng vẫn đáp ứng đủ yêu cầu sản xuất Tuy nhiên, phần điện gặp khó khăn do hầu hết các chip đã bị tẩy, khiến việc sửa chữa trở nên gần như không khả thi Do đó, nhóm kết luận rằng có thể nâng cấp máy bằng cách lắp ráp lại các phần cơ khí và thay thế các linh kiện điện cũng như các nút điều khiển, giám sát.
Mục tiêu của đề tài
Nâng cấp máy đóng gói dạng bột đạt được các yêu cầu sau:
- Nâng cấp phần điều khiển nhằm làm chủ công nghệ máy đóng gói
- Đóng gói có khối lượng có sai số nhỏ hơn 5%
- Sản phẩm sau khi đóng gói phải được ép kín, nét cắt cần thẳng hàng, dễ dàng cho việc mở
- Hiệu suất khoảng 1800 gói/ 1 giờ
- Giám sát và điều khiển thông qua màn hình HMI
- Dùng với mục đích đóng gói thực phẩm như: Bột cà phê, sữa bột, bột trà…
Giới hạn đề tài
Máy thiết kế nhằm mục địch phục vụ đóng gói cho một số sản phẩm nhất định có dạng bột hoặc hạt có kích thước nhỏ, đồng đều.
Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phương pháp khảo sát, lý thuyết và thực nghiệm:
Phương pháp khảo sát bao gồm việc sử dụng các máy có công suất và phương pháp định lượng tương tự để đo thời gian hoàn thành quy trình đóng gói và xác định nhiệt độ phù hợp cho quá trình này Đồng thời, lập bảng khảo sát để ghi nhận những điểm cần sửa chữa và cải tạo.
- Phương pháp lý thuyết: Tính toán, thiết kế các cụm chi tiết và các cơ cấu chấp hành điều khiển bằng PLC
- Phương pháp thực nghiệm: Chạy thực nghiệm máy sau sửa chữa và cải tiến để đưa ra kết luận, đánh giá.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Làm chủ quy trình, công nghệ máy đóng gói tự động dạng cốc đong
Nâng cao năng suất lao động là một lợi ích quan trọng của việc sử dụng thiết bị đóng gói tự động Các máy đóng gói hiện đại có khả năng thực hiện công việc nhanh chóng hơn nhiều so với phương pháp đóng gói thủ công Chẳng hạn, thiết bị đóng gói kẹo có thể gói hàng trăm, thậm chí hàng nghìn viên kẹo chỉ trong vài phút, giúp tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả sản xuất.
▪ Đảm bảo chất lượng bao bì Bao bì cơ khí chủ yếu quan trọng đối với các sản phẩm xuất khẩu để có được bao bì đáng tin cậy
▪ Bảo vệ nhân viên khỏi các vấn đề sức khỏe do các sản phẩm độc hại hoặc nguy hiểm, bụi và tránh ô nhiễm môi trường
▪ Đảm bảo vệ sinh tốt một cách đáng tin cậy bằng cách loại bỏ tiếp xúc tay với thuốc và thực phẩm.
Nội dung đề tài
Phần còn lại của đề tài có các nội dung như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp áp dụng trong máy đóng gói, đồng thời đánh giá thực trạng ngành công nghiệp đóng gói tại Việt Nam trong những năm gần đây Bài viết sẽ phân tích, so sánh và đối chiếu các phương pháp để lựa chọn ra những phương pháp phù hợp nhất với đề tài nghiên cứu.
Chương 3: Thiết kế phần cứng
Để đáp ứng yêu cầu của khách hàng về thiết kế phần cứng, cần thực hiện việc vẽ sơ đồ khối hệ thống Từ sơ đồ này, chúng ta có thể lựa chọn thiết bị thay thế phù hợp nhằm đảm bảo các yêu cầu đã được nêu ra.
Chương 4: Thiết kế phần mềm
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống thông qua PLC và giám sát trên màn hình HMI, giúp người đọc hiểu rõ cách thức hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Chương 5: Kết quả đạt được
Sau khi hoàn thành việc kết hợp mô hình và giao diện điều khiển giám sát, chúng tôi đã tổng hợp các kết quả đạt được Bài viết này sẽ nhận xét và đánh giá những kết quả thu được từ đề tài Các phần đã được thực hiện và hoàn thiện sẽ được trình bày chi tiết trong chương tiếp theo.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Chương này đánh giá kết quả của chương 5, nêu bật những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống hiện tại Cuối chương, nhóm thực hiện đề xuất các phương án khắc phục nhược điểm và hướng phát triển nhằm tối ưu hóa mô hình trong tương lai.
Cơ Sở Lý Thuyết
Thực trạng hiện này về ngành công nghiệp đóng gói của nước ta
Năm 2021, ngành bao bì tại Việt Nam đã phân hóa rõ rệt theo nhóm ngành hàng và vật liệu đóng gói, với sự tăng trưởng mạnh mẽ trong các lĩnh vực tiêu dùng, dược phẩm, chăm sóc sức khỏe và thương mại điện tử Nhu cầu về bao bì cho dược phẩm, thực phẩm, nhãn dán chất khử trùng, bao bì xà phòng, chất tẩy rửa và nước rửa tay đã gia tăng đáng kể.
Ngành bao bì mềm, đặc biệt trong lĩnh vực bao bì thực phẩm, ít bị ảnh hưởng bởi biến động vật liệu Bao bì nhựa cứng cũng phát triển tốt trong thực phẩm và đồ uống, nhưng gặp khó khăn trong bao bì công nghiệp Nhu cầu đóng gói cho sản phẩm phục vụ bán hàng trực tuyến và xuất khẩu đang tăng trưởng mạnh, thúc đẩy sự phát triển của giấy bao bì, hộp giấy và thùng carton Theo khảo sát của Vietnam Report, hơn 80% chuyên gia dự đoán ngành bao bì sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng và có thể đạt mức cao hơn so với năm 2021 Sự tăng trưởng này được hỗ trợ bởi thị trường xuất khẩu của Việt Nam và nhiều quốc gia áp dụng chiến lược sống chung với COVID-19 Nền kinh tế dự kiến phục hồi mạnh mẽ trong năm 2022, tạo cơ hội cho ngành bao bì thông qua việc gia tăng việc làm và mua sắm hàng tiêu dùng.
Phương pháp định lượng
2.2.1 Phân tích loại sản phẩm Đầu tiên, cần xác định liệu sản phẩm có phải là chất rắn hay chất lỏng Điều này quan trọng vì các loại máy đóng gói sẽ có thiết kế và chức năng khác nhau để xử lý các loại sản phẩm khác nhau
Sản phẩm rắn có thể được phân loại theo hai cách:
- Các chất rắn riêng lẻ như viên thuốc, thường được đóng gói bằng cách đếm một số lượng cố định chất trong mỗi hộp chứa
Các chất rắn riêng lẻ có thể có tính chất xử lý khác nhau, với một số loại có hình dạng và kích thước đa dạng, dễ vỡ, chẳng hạn như thanh kẹo.
Việc xử lý và đóng gói các đặc điểm này cần được thực hiện một cách nhẹ nhàng, với trọng lượng và số lượng được xác định chính xác, thay vì dựa vào mức độ hoặc thể tích.
Bột có thể được phân loại dựa trên kích thước hạt, hàm lượng độ ẩm và mật độ tổng hợp Đối với việc đóng gói, bột và hạt nhỏ được chia thành nhiều loại khác nhau.
Hình 2.1 (a) loại dễ chảy, (b) và (c) loại có độ dính và khó chảy
Loại bột dễ chảy có hạt tự do di chuyển, giúp tạo ra mật độ đồng nhất Khi được đổ lên bề mặt phẳng, chúng hình thành một chóp với góc nghiêng nhẹ Loại bột này dễ dàng xử lý bằng nhiều loại máy đóng gói khác nhau.
Loại bột không dễ chảy có cấu trúc tổ chức đặc biệt, với hình dạng không đồng đều và hàm lượng nước cao, gây khó khăn trong việc đổ và di chuyển Điều này dẫn đến việc hình thành cụm hạt bám vào bề mặt, gây tắc nghẽn trong đường ống đóng gói.
Sự kết dính làm cho đóng gói theo thể tích không chính xác Do đó, đóng gói theo trọng lượng là lựa chọn phù hợp hơn
Chất lỏng có thể được phân loại theo nhiều cách:
- Theo độ nhớt, ví dụ như chất lỏng dễ chảy, chất lỏng nhớt nửa và 'bán rắn' có độ nhớt cao
- Theo các đặc điểm khác như căng bề mặt có thể gây tạo bọt hoặc sủi bọt khi bị kích thích
Những đặc điểm này xác định phương pháp định lượng khả thi với các loại sản phẩm
2.2.2 Một vài phương pháp định lượng thường gặp
2.2.2.1 Phương pháp định lượng theo số lượng (dùng khuôn) Đối với nguyên liệu đầu vào là các chất rắn riêng lẻ và đồng nhất như viên thuốc, kẹo… thường được định lượng bằng các hệ thống cơ học Nguyên liệu được cho lọt đầy các khuôn có sẵn thường trong mỗi một khuôn chỉ chứa duy nhất một sản phẩm còn phẩn dư được loại bỏ, các sản phẩm được chọn sẽ được đưa tới công đoạn tiếp theo
Hình 2.2 Định lượng theo số lượng nhất định Ưu điểm:
Phương pháp đóng gói theo số lượng giúp tăng tốc độ sản xuất bằng cách cho phép đạt được số lượng sản phẩm nhanh chóng Thay vì phải đếm từng sản phẩm riêng lẻ, việc đóng gói theo số lượng sẽ giảm thiểu thời gian và công sức cần thiết, từ đó nâng cao hiệu quả trong quy trình sản xuất.
- Chi phí: Đóng gói theo số lượng có thể giảm chi phí sản xuất do nhỏ gọn đơn giản, giảm thiểu đáng kể chi phí bảo trì
Phương pháp đóng gói theo số lượng mang lại độ chính xác cao trong việc đếm sản phẩm Việc áp dụng các hệ thống đếm cơ học hoặc cơ chế đếm tự động giúp giảm thiểu nguy cơ sai sót và đếm nhầm, đảm bảo rằng số lượng sản phẩm trong mỗi gói là chính xác.
- Áp dụng với một số nguyên liệu rắn, rời rạc nhất dịnh yêu cầu đồng nhất về hình dạng, khích thước hoặc khối lượng
- Cần phải thay thế khuôn nếu muốn thay đổi nguyên liệu đầu vào khác hoặc tăng thêm số lượng cho mỗi sản phẩm
2.2.2.2 Phương pháp định lượng theo thể tích (dùng cốc đong) Đối với các bột và các loại hạt có khích thước nhỏ dễ chảy phương pháp dùng cốc đong có thể đáp ứng tốt Nguyên liệu được chứa sẵn trong các phễu chứa sau đó đổ xuống các cốc có thể điều chỉnh được khối lượng nguyên liệu trong mỗi sản phẩm bằng các tinh chỉnh thể tích cốc đong từ đó đạt được mục đích sử dụng
Hình 2.3 Định lượng bằng cốc đong Ưu điểm:
Để đạt được hiệu suất tối ưu trong quy trình đóng gói, các hệ thống đổ theo cốc đong được thiết kế nhằm đảm bảo tốc độ đóng gói cao, cho phép đổ nhanh chóng và liên tục Điều này không chỉ giúp tăng tốc quy trình mà còn nâng cao hiệu suất làm việc.
Việc sử dụng đóng gói định lượng theo cốc đong không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn loại bỏ sự cần thiết phải sử dụng loadcell Máy đóng gói tự động và thiết bị đổ cốc đong tối ưu hóa quy trình sản xuất, đồng thời yêu cầu bảo trì thấp.
Phương pháp đóng gói định lượng bằng cốc đong mang lại độ chính xác cao trong việc đo lường sản phẩm Các cốc đong được thiết kế đặc biệt để chứa một lượng sản phẩm nhất định, đảm bảo rằng mỗi gói đều có khối lượng đồng nhất.
- Chỉ áp dụng với các nguyên liệu đầu vào là dạng bột, hay hạt nhỏ dễ chảy
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần phải kiểm soát chặt chẽ các điều kiện nguyên liệu đầu vào như khối lượng riêng, kích thước và độ ẩm, vì những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến sự đồng nhất của khối lượng đầu ra.
Khối lượng nguyên liệu trong mỗi cốc có thể điều chỉnh trong một giới hạn nhỏ tùy thuộc vào loại cốc đong sử dụng Nếu có sự thay đổi lớn về khối lượng, cần thiết phải thay đổi cốc để đảm bảo độ chính xác.
Phương pháp đóng kín bao bì
Mỗi sản phẩm thường yêu cầu một loại vật liệu chứa phù hợp, với hai dạng chính: chứa trong bình (chai, lọ, hộp) và chứa trong túi (túi nilon, túi giấy) Đặc biệt, các túi thường được trang bị lớp nilon bên trong để đảm bảo hiệu quả bảo quản sản phẩm.
Trong số các phương pháp nối ghép vật liệu, phương pháp hàn nhiệt được coi là phổ biến nhất Phương pháp này sử dụng một hoặc hai thanh kim loại được làm nóng đến nhiệt độ thích hợp, sau đó kẹp chặt miệng túi và tác dụng lực vừa đủ để dính chặt các phần lại với nhau Ngoài hàn nhiệt, còn có các phương pháp khác như keo dán, khâu, và khóa díp, nhưng hàn nhiệt vẫn là lựa chọn hàng đầu trong việc kết nối các vật liệu.
2.3.1 Phương pháp đóng kín bán tự động
Nhiều chủ doanh nghiệp, đặc biệt là các nhà máy và hộ gia đình sản xuất nhỏ lẻ, vẫn ưa chuộng phương pháp làm nóng bằng điện Khi nhiệt độ đạt yêu cầu, công nhân sẽ đặt bao bì vào và sử dụng lực ép chặt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 2.7 Hàn miệng túi bằng máy hàn dập tay
Sử dụng máy hàn miệng túi kiểu liên tục giúp giảm sức lực và tăng hiệu quả trong quy trình đóng gói Máy hoạt động mà không cần lực ép từ công nhân, nhờ vào các con lăn được gia nhiệt, cho phép túi tự động chạy qua và hoàn tất quá trình hàn miệng túi một cách nhẹ nhàng và nhanh chóng.
Hình 2.8 máy hàn miệng túi liên tục Ưu điểm:
- Đối với các sản phẩm cần sự tinh vi và sử lý phức tạp thì đây là phương pháp tích hợp do con người kiểm soát
- Tích kiệm chi phí về máy móc cũng như bảo trì
- Nhỏ gọn dễ dàng di chuyển
- Tốc độ không cao, phụ thuộc chủ yếu vào con người, hao tổn sức lao động
- Chỉ phù hợp với các loại bao bì đóng sắn các mặt bên
- Độ chính xác và đồng đều kém do nhiệt độ thường không ổn đinh trong quá trình sử dụng cũng như yếu tố con người
2.3.2 Phương pháp đóng kín hoàn toàn tự động
Nhiệt độ được kiểm soát tự động để gia nhiệt các thanh kim loại trước khi dập, sau đó màng nhựa được dẫn động xuống và dập thành gói hoàn chỉnh Quá trình này tiếp tục với hệ thống cắt, phân chia thành các sản phẩm riêng lẻ Có hai phương pháp chính được sử dụng: cơ khí và khí nén, được thể hiện ở vị trí 6 và 7 trong Hình 2.9.
Hình 2.9 Cách đóng gói bao bì điển hình
Cơ cấu dẫn động bằng cơ khí kết hợp với motor để đạt được những chuyển động mong muốn trong hệ thống Ưu điểm:
- Dễ bảo trì: Việc bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống cơ khí thường đơn giản và dễ dàng hơn so với hệ thống khí nén
- Độ chính xác: Hệ thống cơ khí thường có khả năng đạt được độ chính xác cao trong việc điều khiển và vận hành các cơ cấu dẫn động
- Đáp ứng nhanh: Hệ thống cơ khí có thể đáp ứng nhanh chóng khi có yêu cầu thay đổi tốc độ, lực hoặc vị trí
- Trọng lượng: Cơ cấu dẫn động cơ khí thường có trọng lượng lớn hơn so với hệ thống khí nén tương đương
- Chi phí cao: Thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống cơ khí có thể tốn kém hơn so với hệ thống khí nén
Khí nén dùng máy nén áp thông qua điều khiển các van và piston để đáp ứng được nhu cầu trong hệ thống Ưu điểm:
- Trọng lượng nhẹ: Cơ cấu dẫn động khí nén thường nhẹ hơn và có khối lượng nhỏ hơn so với cơ cấu cơ khí tương đương
- Chi phí thấp: Xây dựng và bảo trì hệ thống khí nén thường ít tốn kém hơn so với hệ thống cơ khí
- An toàn: Khí nén không gây cháy nổ hoặc gây hại môi trường, làm cho hệ thống khí nén an toàn hơn
Hệ thống khí nén phụ thuộc vào nguồn năng lượng nén khí để hoạt động, điều này không chỉ tạo thêm chi phí mà còn làm tăng độ phức tạp của hệ thống.
Hệ thống khí nén có nguy cơ rò rỉ khí, điều này không chỉ làm giảm hiệu suất hoạt động mà còn yêu cầu kiểm tra và bảo trì định kỳ để đảm bảo sự ổn định trong quá trình vận hành.
Khi quyết định giữa cơ khí và khí nén, cần xem xét các yếu tố như độ chính xác, tốc độ, trọng lượng và chi phí của ứng dụng cụ thể.
2.3.3 Kết luận lựa chọn phương pháp đóng kín bao bì
Bao bì bằng cuộn màng nilon được hàn nhiệt mang lại chất lượng tối ưu và khả năng bảo quản tốt Phương pháp này hoàn toàn tự động với các cơ cấu truyền động cơ khí, giúp nâng cao hiệu quả và tốc độ vượt trội Độ chính xác cao và độ tin cậy của hệ thống cũng giảm thiểu hỏng hóc, dễ dàng cho việc bảo trì và vận hành.
Phương pháp gia nhiệt trong máy đóng gói
Việc ổn định nhiệt độ trong máy đóng gói sử dụng nhiệt là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và khả năng bảo quản thực phẩm.
Hiện nay, việc ổn định nhiệt độ một cách phổ biến và hiệu quả thường sử dụng các bộ điều khiển như PID hoặc phương pháp ON-OFF Cả hai phương pháp này đều có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều loại hệ thống và quá trình điều khiển nhiệt độ Từ hệ thống đơn giản như điều khiển nhiệt độ phòng đến các quy trình phức tạp trong ngành công nghiệp, chúng có thể được điều chỉnh và sử dụng một cách hiệu quả.
2.4.1 Phương pháp PID trong điều khiển nhiệt độ
Sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh nhiệt độ là một phương pháp phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp Tuy nhiên, việc đánh giá xem PID có phải là giải pháp tối ưu hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất của hệ thống, yêu cầu độ chính xác trong quá trình điều khiển, cùng với các ràng buộc và giới hạn cụ thể của từng ứng dụng.
PID (Proportional-Integral-Derivative): Phương pháp điều khiển PID sử dụng ba thành phần chính để điều chỉnh nhiệt độ:
Thành phần tỷ lệ trong hệ thống điều khiển tạo ra tín hiệu điều chỉnh dựa trên độ lệch giữa nhiệt độ hiện tại và giá trị setpoint Nó đảm bảo rằng hệ thống được điều chỉnh một cách hiệu quả và chính xác, giúp duy trì nhiệt độ ổn định.
Thành phần tích phân (Integral) có khả năng tích lũy và điều chỉnh lỗi theo thời gian, giúp giảm thiểu sai số dài hạn và mang lại sự ổn định cho hệ thống.
Thành phần vi phân (Derivative) đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sự dao động của hệ thống bằng cách dự đoán và phản ứng nhanh chóng với các biến đổi nhiệt độ Điều này không chỉ giúp cân bằng hệ thống mà còn tăng cường tính ổn định, đảm bảo hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.
Hình 2.10 Cấu trúc bộ điều khiển PID Ưu điểm của PID bao gồm:
PID là một phương pháp điều khiển đơn giản và dễ triển khai, có thể áp dụng cho nhiều hệ thống mà không cần tài nguyên tính toán phức tạp.
- Độ ổn định tốt: Khi được điều chỉnh đúng, PID có thể cung cấp sự ổn định tốt cho hệ thống điều khiển nhiệt độ
Tuy nhiên, cũng có một số hạn chế của PID:
Việc điều chỉnh PID phụ thuộc vào việc chọn lựa các thông số hằng số phù hợp, đòi hỏi người thực hiện phải có kiến thức và kinh nghiệm Quá trình này có thể tốn nhiều thời gian và công sức để đảm bảo PID hoạt động hiệu quả cho từng hệ thống cụ thể.
2.4.2 Phương pháp ON-OFF trong điều khiển nhiệt độ
Phương pháp điều khiển On-Off (Bật-Tắt) là một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả trong việc kiểm soát nhiệt độ Hệ thống hoạt động bằng cách bật hoặc tắt nguồn điện để duy trì nhiệt độ trong một khoảng giới hạn xác định Khi nhiệt độ vượt quá giá trị setpoint, hệ thống sẽ tắt nguồn điện, và khi nhiệt độ giảm xuống dưới giá trị này, nguồn điện sẽ được bật lại Quá trình này diễn ra liên tục theo chu kỳ, giúp duy trì nhiệt độ ổn định Ưu điểm của phương pháp On-Off là tính đơn giản và dễ dàng trong việc triển khai, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
- Đơn giản và dễ triển khai: Phương pháp này đơn giản và dễ hiểu Nó không đòi hỏi nhiều tính toán phức tạp và phần cứng đắt đỏ
Phương pháp On-Off giúp giảm chi phí đáng kể nhờ vào cơ chế bật/tắt nguồn điện, không yêu cầu sử dụng bộ điều khiển phức tạp hay các linh kiện điện tử đắt tiền.
Phương pháp On-Off cũng có một số hạn chế:
Quá trình bật/tắt nguồn có thể dẫn đến sự không ổn định do dao động quanh giá trị ngưỡng setpoint, gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất của hệ thống.
Phương pháp On-Off không phù hợp cho các quá trình nhạy cảm, vì nó thích hợp cho những hệ thống không yêu cầu độ chính xác cao và không nhạy cảm với sự biến đổi nhiệt độ Đối với các quá trình yêu cầu độ ổn định cao, cần xem xét các phương pháp điều khiển khác.
2.4.3 Kết luận lựa chọn phương pháp gia nhiệt
Phương pháp điều khiển nhiệt độ bằng PID được ưa chuộng trong máy móc nhờ vào độ ổn định, tính chính xác và dễ thực hiện Đặc biệt, việc hàn miệng túi là rất quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, yêu cầu nhiệt độ phải chính xác và không được sai số quá nhiều Do đó, phương pháp On-Off, mặc dù đơn giản và chi phí thấp, lại không phù hợp cho ứng dụng này.
Phương pháp điều khiển động cơ trong máy đóng gói
Để nâng cao hiệu suất máy đóng gói, cần chú trọng điều chỉnh tốc độ quay của phễu cấp liệu và tốc độ kéo màng túi Việc này đòi hỏi sự kiểm soát chính xác và hiệu quả của động cơ.
Phương pháp điều khiển động cơ là yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh tốc độ máy đóng gói Tốc độ động cơ có thể thay đổi nhờ vào các phương pháp điều khiển khác nhau, phụ thuộc vào loại động cơ, cách sử dụng và chi phí Hai phương pháp chính được đề cập trong bài viết là sử dụng biến tần và relay.
2.5.1 Điều khiển động cơ với biến tần
Biến tần là thiết bị điện tử điều khiển động cơ bằng cách chuyển đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện thành nguồn điện xoay chiều có tần số và điện áp điều chỉnh Quá trình hoạt động của biến tần bao gồm việc chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều (DC) qua mạch chuyển đổi, sau đó biến đổi lại thành nguồn điện xoay chiều với tần số và điện áp điều chỉnh qua mạch biến đổi Nhờ đó, biến tần cho phép điều khiển tốc độ động cơ một cách chính xác, linh hoạt, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ của động cơ.
Hình 2.11 Biến tần Ưu điểm của điều khiển động cơ bằng biến tần:
Biến tần mang lại khả năng điều khiển tốc độ động cơ một cách chính xác và linh hoạt, cho phép điều chỉnh tốc độ theo nhu cầu cụ thể, từ đó đạt được độ chính xác cao trong quá trình vận hành.
Biến tần là giải pháp hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng, giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của động cơ bằng cách điều chỉnh tốc độ hoạt động, từ đó đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Điều khiển bằng biến tần mang lại khả năng khởi động và dừng động cơ một cách mềm mại, giúp giảm thiểu số lần khởi động lại và kéo dài tuổi thọ của động cơ Ngoài ra, công nghệ này còn giảm rung và tiếng ồn trong quá trình hoạt động, tạo ra môi trường làm việc êm ái hơn.
Biến tần tích hợp nhiều chức năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng, quá áp, quá tải và ngắn mạch, giúp bảo vệ động cơ khỏi các tình huống nguy hiểm và sự cố hệ thống.
Nhược điểm của biến tần:
Biến tần có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các phương pháp điều khiển đơn giản như relay, điều này có thể là một hạn chế đối với các ứng dụng có ngân sách hạn chế.
Cài đặt và cấu hình biến tần đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kỹ năng kỹ thuật cao, điều này yêu cầu doanh nghiệp cần đầu tư vào đào tạo kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Biến tần có nhiều thành phần điện tử phức tạp, do đó, rủi ro hỏng hóc và sự cố kỹ thuật là điều không thể tránh khỏi Để đảm bảo hoạt động ổn định, việc bảo trì và sửa chữa thường xuyên là cần thiết.
Trong máy, động cơ quan trọng như động cơ quay phễu cấp liệu và kéo màng túi thường ưu tiên sử dụng biến tần Điều này là do yêu cầu về độ chính xác cao và sự linh hoạt trong quá trình vận hành.
2.5.2 Điều khiển động cơ với relay
Relay là linh kiện quan trọng trong việc điều khiển dòng điện, thường được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và công nghiệp Chức năng chính của relay là đóng cắt dòng điện theo kiểu ON-OFF, giúp nâng cao an toàn và hiệu suất cho hệ thống Việc sử dụng relay trong điều khiển động cơ mang lại nhiều lợi ích đáng kể.
Relay là thiết bị đơn giản và có chi phí thấp, trở thành giải pháp kinh tế lý tưởng cho các ứng dụng nhỏ và đơn giản.
- Dễ sử dụng: Relay không đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao và dễ sử dụng Việc cài đặt và vận hành đơn giản
Nhược điểm của điều khiển động cơ bằng relay:
- Điều khiển tốc độ hạn chế: Relay không cho phép điều khiển tốc độ động cơ
Nó chỉ cho phép khởi động và dừng động cơ và có thể hạn chế ứng dụng của động cơ
Relay không thể cung cấp khả năng khởi động và dừng mềm mại như biến tần, điều này có thể gây ra tác động lớn lên động cơ và hệ thống điện.
Relay có mức tiêu thụ năng lượng cao do không tích hợp các tính năng tối ưu hóa năng lượng như biến tần, dẫn đến việc động cơ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.
Thiết Kế Phần Cứng
Quy trình hoạt động của hệ thống
Quy trình hoạt động của máy được mô tả như sau:
Hệ thống khởi động khi motor Mixing và motor Filling (trục chính) được kích hoạt Khi motor Filling hoạt động, các cảm biến sẽ đảm bảo sự chính xác trong quá trình vận hành của hệ thống.
Khi cơ cấu kẹp bắt đầu hoạt động, trạng thái kẹp chặt nhất được thiết lập, cho phép motor Cutting thực hiện quá trình cắt bịch Điều này đảm bảo rằng bịch được cắt một cách chính xác, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của quy trình sản xuất.
Khi cơ cấu kẹp đang mở, một tín hiệu tương ứng sẽ được tạo ra để kích hoạt motor Pulling, giúp kéo bịch xuống đúng vị trí Quá trình này được giám sát chặt chẽ thông qua việc nhận biết các điểm bắt đầu như vạch đen, vạch trắng, từ đó tạo ra tín hiệu để ngắt motor Pulling khi bịch đã được kéo xuống đủ Điều này đảm bảo rằng bịch đã sẵn sàng cho giai đoạn tiếp theo của quy trình sản xuất một cách chính xác và hiệu quả.
Khi tín hiệu được kích hoạt, motor Rolling sẽ cuộn bịch tiếp theo và sau đó một tín hiệu khác sẽ ngắt motor này Quá trình này đảm bảo rằng bịch cuộn đúng vị trí, tránh tình trạng bịch bị trùng hoặc quá căng.
Các cảm biến cung cấp tín hiệu quan trọng giúp đồng bộ hóa và phối hợp hoạt động của các motor và cơ cấu trong hệ thống Sự đồng bộ này không chỉ nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất mà còn giảm thiểu rủi ro và sự cố trong hoạt động.
Yêu cầu thiết kế phần cứng của hệ thống
3.2.1 Yêu cầu thiết kế phần cơ
Như đã trình bày phần cơ sẽ được tái sử dụng tuy nhiên chúng vẫn phải đảm bảo có một số yêu cầu nhất định:
- Phễu chứa: Kích thước phù hợp, có cơ cấu khuấy hoặc cơ cấu rung để bột không bị tắc
Cốc đong cần có kích thước đồng đều để đảm bảo độ chính xác trong khối lượng các gói Việc đóng gói phải có sai số khối lượng nhỏ hơn 5% so với khối lượng tịnh, đồng thời khối lượng các bì cũng phải nhất quán.
- Phễu rót: Kích thước phù hợp với từng loại bì, để tránh bị nhăn hoặc rách bì khi cơ cấu kéo dưới tác động
Cơ cấu kẹp nhiệt bao gồm trục ngang và trục dọc có kích thước phù hợp để ép kín bì, với thanh nhiệt công suất cao đảm bảo khả năng chịu nhiệt và độ thẳng Sau khi đóng gói, sản phẩm phải được ép kín hoàn toàn để đảm bảo chất lượng.
- Cơ cấu kéo dưới: Phải được thiết kế để kéo dính được bì, tránh trường hợp kéo trượt ảnh hưởng đến quá trình sản xuất
Cơ cấu cắt cần phải được thực hiện một cách dứt khoát, có khả năng điều chỉnh từ trạng thái cắt dứt hoặc cắt thảnh dây với nét cắt rõ ràng Đảm bảo nét cắt thẳng hàng và dễ nhận biết, giúp quá trình mở trở nên thuận tiện hơn.
- Hiệu suất: khoảng 1800 gói/ 1 giờ
3.2.2 Yêu cầu thiết kế phần điện của hệ thống
Phần điện sẽ được thay thế hoàn toàn và nó sẽ có một số yêu cầu như sau:
- Các thiết bị được kết nối rõ ràng, đúng vị trí
- Tủ điện được thiết kế chi tiết, dây được đi gọn gàng để thuận tiện cho quá trình sửa chữa hay cải tiến sau này
- Phần điện được kết nối với độ tin cậy cao đối với người sử dụng
Màn hình giám sát là thiết bị quan trọng được đặt cạnh tủ điện, giúp người vận hành theo dõi hoạt động của hệ thống, bao gồm trạng thái thiết bị, nhiệt độ kẹp, số lượng bì đã đóng và các lỗi cảnh báo Thiết kế của màn hình đảm bảo tính dễ thao tác và sử dụng, mang lại hiệu quả cao trong quá trình giám sát.
Sơ đồ khối hệ thống
Từ quy trình vận hành và yêu cầu thiết kế phần cứng hệ thống nhóm xây dựng sơ đồ khối hệ thống tại Hình 3.1
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Lựa chọn thiết bị
Dựa trên yêu cầu thiết kế phần cứng, sơ đồ khối hệ thống được xây dựng để lựa chọn thiết bị phù hợp, tận dụng các thiết bị có sẵn và còn sử dụng được nhằm tối ưu hóa chi phí.
3.4.1 Thiết bị khối điều khiển và giám sát
Hiện nay, nhóm chúng tôi đang hướng tới mô hình sản phẩm với nhiều lựa chọn bộ điều khiển như PLC, Arduino, và máy tính Tuy nhiên, chúng tôi chọn PLC vì đây là một bộ điều khiển lập trình phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp, được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển và giám sát trong hệ thống tự động hóa Trên thị trường hiện có nhiều nhà sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi, và Schneider Đặc biệt, nhóm chúng tôi quyết định sử dụng PLC Siemens dòng S7-1200, cụ thể là model S7-1200 1215C DC/DC/DC, vì những lý do phù hợp với nhu cầu sử dụng cho máy.
Lập trình trở nên dễ dàng hơn với ngôn ngữ lập trình dễ học, nhờ vào giao diện PROFINET tích hợp Các thành phần tự động hóa bổ sung và khung kỹ thuật TIA Portal hoạt động một cách hoàn hảo, mang lại hiệu suất tối ưu cho người dùng.
- Gọn nhẹ, dễ bảo quản và tiện lợi khi sửa chữa
Bộ nhớ lớn với dung lượng lên đến 150KB cho phép lưu trữ nhiều chương trình phức tạp, đồng thời hỗ trợ mở rộng các module tín hiệu và module gắn ngoài để nâng cao chức năng của CPU.
1200 có các module mở rộng: Communication module (CP), Signal board (SB), Signal Module (SM)
- Hoàn toàn đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp
Giao tiếp hiệu quả với các thiết bị thông minh như máy tính và mạng, hỗ trợ kết nối với các thiết bị tương thích chuẩn Ethernet mở Sản phẩm được trang bị đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo, mang lại tốc độ truyền nhanh chóng lên tới 10/100 Mbits/s.
Chức năng bảo mật cao giúp bảo vệ chống lại việc sửa đổi trái phép mã và xử lý giá trị, yêu cầu mức độ sẵn sàng cao trong hoạt động Hệ thống bảo vệ truy cập ngăn chặn việc mở và sao chép trái phép các module, từ đó bảo vệ các thuật toán và quy trình quan trọng.
Từ những tính toán các ngõ vào, các thiết bị điều khiển thì nhóm chọn PLC 1215c DC/DC/DC với mục đích là thiết bị điều khiển chính
Hình 3.2 PLC S7-1200 1215c DC/DC/DC
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 1215c DC/DC/DC
I/O tích hợp 14DI- 24vDC, 10D0 – 24vDC
Ngõ vào tương tự 2AI 0-10V
Ngõ ra tương tự 2AO 0-20mA
Profinet 2 cổng truyền thống Ethernet
Để đáp ứng yêu cầu của hệ thống với 4 ngõ vào tương tự, chúng tôi đã lựa chọn module mở rộng 6ES7 234-4HE32-0XB0, vì nó có ít nhất hai ngõ vào và một ngõ ra.
Hình 3.3 Module Analog mở rộng Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật module analog mở rộng
3.4.1.2 Thiết bị khối giám sát
HMI là giải pháp hiệu quả để hiển thị và cài đặt các thông số cơ bản của máy như tốc độ động cơ và nhiệt độ, đồng thời cho phép điều khiển On/Off mà không cần nút nhấn vật lý Màn hình KT 700 basic của Siemens được nhóm chọn vì tính dễ thao tác và khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Hình 3.4 Màn hình HMI KT 700 Basic Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật màn hình HMI KT700 Basic
Kích thước màn hình 7 in
Cơ cấu chấp hành sử dụng cả motor 1 pha và 3 pha Đối với motor 3 pha, có thể hoạt động ở chế độ ON/OFF, nhưng để điều chỉnh tốc độ, cần sử dụng biến tần.
Trong hệ thống này, một động cơ được sử dụng để kết nối với cơ cấu cơ khí, giúp xoay trộn bột nhằm ngăn ngừa hiện tượng đóng cục và tắc nghẽn, từ đó đảm bảo chính xác khối lượng đóng gói Để phục vụ mục đích này, chúng ta có hai lựa chọn là động cơ 1 pha AC hoặc động cơ DC, và trong trường hợp này, việc sử dụng động cơ phù hợp là rất quan trọng.
Động cơ AC được ưa chuộng vì nhiều lý do, bao gồm chi phí và kích thước nhỏ hơn, hiệu suất và tuổi thọ cao hơn, cũng như việc cấp nguồn đơn giản và tiết kiệm Đặc biệt, đối với các motor không cần điều khiển tốc độ, động cơ 1 pha AC là lựa chọn tối ưu.
Chúng tôi sử dụng các motor có sẵn từ các hãng như ADTECH và WANSHSIN, đi kèm với hộp giảm tốc để tăng mô-men xoắn, điều chỉnh tốc độ, và bảo vệ motor Tuy nhiên, để tối ưu chi phí cho đề tài, nhóm quyết định lựa chọn các motor có sẵn dưới đây.
Hình 3.5 Motor Mixing và cơ cấu cơ khí đi cùng Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật motor Mixing
Momen xoắn định mức 171 Nm
Khi lựa chọn động cơ 1 pha AC cho khối cấp liệu, cần hiểu rõ chức năng của motor Rolling Motor này kết hợp với cơ cấu cơ khí và cảm biến để kéo bì từ cuộn bao bì, đảm bảo quá trình đóng gói diễn ra suôn sẻ Việc này giúp tránh tình trạng bì thiếu và đảm bảo motor phía dưới có đủ lực kéo, từ đó duy trì hiệu quả của toàn bộ quy trình đóng gói.
Hình 3.6 Motor Rolling và cơ cấu cơ khí đi cùng Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật motor Rolling
3.4.4 Khối định lượng và kẹp nhiệt (Filling & Clamping)
Motor trục chính kết hợp với cơ cấu ép bì, cốc đong và cảm biến tiệm cận đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quá trình Filling Motor này ảnh hưởng lớn đến năng suất máy, đặc biệt khi kết hợp với motor Pulling, do đó cần có chức năng điều khiển tốc độ để đảm bảo sự đồng nhất giữa các cơ cấu Việc điều khiển tốc độ động cơ thường sử dụng biến tần, nhờ vào khả năng điều khiển chính xác và đáng tin cậy trong các hệ thống công nghiệp Hiện nay, có nhiều hãng sản xuất biến tần nổi tiếng như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi, và Schneider, nhưng nhóm lựa chọn biến tần của hãng Yatai do thiết bị sẵn có và đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng.
Hình 3.7 Motor Filling, biến tần và cơ cấu cơ khí đi cùng
Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật motor Filling
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật biến tần Yatai
Lựa chọn biến tần cho khối định lượng và kẹp nhiệt là rất quan trọng Motor Pulling kết hợp với cơ cấu cơ khí và cảm biến giúp kéo bì đã được ép xuống cơ cấu Cutting sau khi hoàn tất quy trình đóng gói Để đảm bảo sự đồng nhất với motor Filling và tối ưu hóa năng suất, cần có chức năng điều khiển tốc độ Vì vậy, nhóm đã quyết định sử dụng biến tần E700.
Hình 3.8 Motor Pulling, biến tần và cơ cấu cơ khí đi cùng
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật motor Pulling
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật biến tần E700
Sơ đồ nối dây các thiết bị của hệ thống
Bảng 3.16 Bảng địa chỉ các ngõ vào ra của PLC
Module Địa chỉ Kí hiệu Thiết bị
Hình 3.14 Sơ đồ cấp nguồn (220 VAC)
Hình 3.15 Sơ đồ cấp nguồn 2 (220 VAC)
Hình 3.16 Sơ đồ cấp nguồn cảm biến (24 VDC)
Hình 3.17 Sơ đồ đấu nối CPU
Hình 3.18 Sơ đồ kết nối PLC (DI, AI, AO)
Hình 3.19 Sơ đồ kết nối PLC (DO) và Analog mở rộng
Hình 3.20 Sơ đồ bố trí tủ điện
Hình 3.21 Sơ đồ bố trí tủ điện
Hình 3.22 Ký hiệu sử dụng trong bảng vẽ
Thiết Kế Phần Mềm
Yêu cầu thiết kế phần mềm
- Viết chương trình xử lý và điều khiển các thiết bị để hệ thống hoạt động đúng yêu cầu
- Hệ thống đáp ứng nhanh, chính xác và hoạt động ổn định
- Điều khiển và giám sát hệ thống thông qua màn hình HMI
- Có thể thay đổi các giá trị thông số cài đặt qua màn hình HMI
- Hệ thống dễ vận hành.
Lưu đồ giải thuật và điều khiển
Lưu đồ giải thuật là công cụ quan trọng mô tả chi tiết quy trình xử lý của hệ thống điều khiển, giúp lập trình viên kiểm tra tính khả thi và phát hiện thiếu sót trong lập trình Việc thiết lập lưu đồ rõ ràng và chi tiết sẽ hỗ trợ viết chương trình một cách nhanh chóng và hiệu quả, đặc biệt đối với các yêu cầu điều khiển phức tạp như máy đóng gói Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển thuật toán điều khiển PLC và giám sát trên màn hình HMI.
Hệ thống điều khiển và giám sát hoạt động hiệu quả thông qua nhiều khâu xử lý tuần tự Các lưu đồ điều khiển bao gồm lưu đồ giải thuật cho chương trình chính cùng với các chương trình phụ như Home, Start, Alarm, điều khiển nhiệt độ và tốc độ động cơ.
4.2.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính
Lưu đồ giải thuật chương trình chính, như mô tả trong Hình 4.1, thể hiện toàn bộ chu kỳ quét của bộ xử lý trung tâm Nó bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc kiểm tra tín hiệu ngõ vào điều khiển hệ thống, cho đến việc cho phép chạy các chương trình con tương ứng Quy trình này còn bao gồm việc thu phát xung, nhằm đảm bảo quản lý hệ thống với độ chính xác cao nhất.
Dừng toàn bộ hệ thống
Chương trình Start Chương trình Home
Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính
4.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình Home
Chương trình Home được minh họa qua lưu đồ giải thuật trong Hình 4.2, với mục tiêu mở rộng cơ cấu kẹp Điều này giúp người vận hành dễ dàng thao tác và sắp xếp các vị trí ban đầu trước khi khởi động quá trình chạy.
Cơ cấu kẹp được mở
Phát hiện điểm bắt đầu
Yes Ngừng kéo bao bì
Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật chương trình Home
4.2.3 Lưu đồ giải thuật chương trình Start
Lưu đồ giải thuật chương trình Start được trình bày trong Hình 4.3 Khi các vị trí ban đầu và nhiệt độ đã được thiết lập, người dùng chỉ cần nhấn Start để khởi động chương trình Chương trình sẽ hoạt động liên tục và cho phép người dùng dừng hệ thống bằng cách nhấn Stop.
Stop = 1 Yes Dừng toàn bộ chương trình
Motor Pulling OFF và Motor Rolling ON
Nhiệt độ đạt No Yes
Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật chương trình Start
4.2.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển nhiệt độ và tốc độ động cơ
Lưu đồ giải thuật điều khiển nhiệt độ và tốc độ động cơ, được trình bày trong Hình 4.4 và Hình 4.5, sử dụng thuật toán PID để thực hiện việc điều khiển hiệu quả.
Hình 4.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển nhiệt độ
Hình 4.5 Lưu đồ giải thuật điều khiển tốc độ động cơ
4.2.5 Lưu đồ giải thuật chương trình Alarm
Chương trình con Alarm, được thể hiện trong lưu đồ giải thuật ở Hình 4.6, có chức năng dừng toàn bộ hệ thống khi xảy ra sự cố và cho phép khôi phục hoạt động của hệ thống sau khi sự cố đã được giải quyết.
Kẹt dao cắt Kẹt trục chính No Tuột màng
Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật chương trình Alarm
Đồ thị trình tự hoạt động của các thiết bị theo thời gian
Đồ thị trình tự hoạt động của các thiết bị theo thời gian được trình bày trong
Hình 4.7 để hiển thị trực quan sự thay đổi trạng thái của các thiết bị trong một chu kỳ
Hình 4.7 Đồ thị trình tự hoạt động của các thiết bị theo thời gian
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên màn hình HMI
4.4.1 Các yêu cầu điều khiển và giám sát
- Vận hành trực tiếp trên màn hình
- Lựa chọn khoảng nhiệt độ và loại bao bì sáng hay tối trước khi vận hành
- Hiển thị số lượng gói cài đặt và đã hoàn thành
- Hiển thị nhiệt độ đặt và nhiệt độ thực của cơ cấu kẹp
- Thay đổi các thông số cài đặt qua màn hình
- Hệ thống dễ vận hành
4.4.2 Các màn hình thiết kế
Hình 4.8 Màn hình đăng nhập vào hệ thống
Hình 4.9 Màn hình chính của hệ thống
Hình 4.10 Màn hình Alarm của hệ thống
Kết Quả Đạt Được
Kết quả đạt được phần cứng
Nhằm sửa chữa và cải tiến máy đóng gói dạng cốc đong, nhóm đã quyết định giữ lại các thiết bị và phần cơ khí còn sử dụng được, đáp ứng nhu cầu về năng suất và chất lượng đóng gói, từ đó tối ưu chi phí hoàn thiện máy Do đó, đa số các motor và cơ cấu cơ khí được bảo tồn Dưới đây là quy trình lắp ráp phần cơ và phần điện của nhóm.
Khi tiếp nhận máy, hầu hết các cơ cấu cơ khí đã được tháo rời để thuận tiện cho việc di chuyển Dưới sự hướng dẫn của thầy Tạ Văn Phương và sự hỗ trợ từ chú Huỳnh Tấn Lộc, Giám đốc công ty TNHH TM DV Bá Nhân, nhóm đã tiến hành lắp ráp và hoàn thiện các bộ phận cơ khí của máy.
Cơ cấu phễu chứa nguyên liệu:
Hình 5.1 Cơ cấu phễu chứa nguyên liệu sau khi nâng cấp
Hình 5.2 Cơ cấu kéo trên sau khi nâng cấp
Cơ cấu kẹp và cơ cấu kéo dưới:
Hình 5.3 Cơ cấu kẹp và cơ cấu kéo dưới sau khi nâng cấp
Hình 5.4 Cơ cấu cắt sau khi nâng cấp
Từ các chi tiết trên để hoàn thiện máy:
Hình 5.5 Máy đóng gói sau khi lắp ráp phần cơ khí
Dựa trên các thiết bị thay thế, thiết bị tái sử dụng và sơ đồ nối dây được trình bày tại mục 3.5, thiết kế tủ điện sẽ được thực hiện để lắp đặt các thiết bị và đi dây một cách hợp lý.
Hình 5.6 Kết nối phần điện của máy đóng gói
Kết quả phần mềm
5.2.1 Đồ thị đáp ứng nhiệt độ trong khâu hàn miệng túi
Kết quả đáp ứng điều khiển nhiệt độ trong máy đóng gói sau khi điều khiển bằng PID:
- Nhiệt độ bắt đầu điều khiển: 28 o C
- Khoảng 820s nhiệt độ đạt đến nhiệt độ đặt
Hình 5.7 Đồ thị đáp ứng nhiệt độ
5.2.2 Màn hình đăng nhập vào hệ thống
Màn hình đăng nhập hệ thống cho phép người dùng chọn khoảng nhiệt độ và loại bao bì sáng hoặc tối trước khi vào giao diện chính để vận hành máy.
Hình 5.8 Màn hình đăng nhập hệ thống
5.2.3 Màn hình chính của hệ thống
Màn hình chính giúp người vận hành theo dõi trạng thái máy, bao gồm nhiệt độ và số lượng sản phẩm Người dùng có thể điều khiển máy bằng các nút nhấn và thiết lập giá trị nhiệt độ cũng như số lượng sản phẩm mong muốn Hệ thống sẽ phát cảnh báo khi gặp sự cố.
Hình 5.9 Màn hình chính của hệ thống
Hình 5.10 Cảnh báo khi hệ thống gặp sự cố
5.2.4 Màn hình Alarm của hệ thống
Màn hình Alarm hiển thị chi tiết lỗi, thời gian, trạng thái đã được khắc phục hay chưa của hệ thống khi gặp sự cố
Hình 5.11 Màn hình Alarm của hệ thống khi sự cố kẹt trục chính
Hình 5.12 Màn hình Alarm của hệ thống khi sự cố kẹt dao cắt
Hình 5.13 Màn hình Alarm của hệ thống khi sự cố tụt bao bì khỏi cảm biến
Kết quả chung
Nhờ sự kết hợp hiệu quả giữa phần cứng và phần mềm, nhóm đã đạt được những kết quả đáng kể, phù hợp với các mục tiêu ban đầu đã đề ra.
- Nâng cấp phần điều khiển nhằm làm chủ công nghệ máy đóng gói
- Đóng gói có khối lượng có sai số nhỏ dưới 5%
- Gói sau khi đóng được ép kín
- Hiệu suất khoảng 1800 gói/ 1 giờ
- Vận hành trực tiếp trên màn hình
- Giám sát, điều khiển và cài đặt thông số thông qua màn hình HMI
- Lựa chọn khoảng nhiệt độ và loại bao bì sáng hay tối trước khi vận hành
- Hệ thống dễ vận hành
Hình 5.14 Sản phẩm sau khi hoàn thiện