Thiết kế, chế tạo mô hình máy tự động chiết rót, đóng gói bao nước mắm cho quán ăn bán mang về

Tuy nhiên, hiện nay mô hình sản xuất ở nước ta vẫn còn lạchậu, nhiều nơi vẫn áp dụng lối sản xuất truyền thống sử dụng sức người cho nhiều giaiđoạn, tuy rằng là một cách hay để giữ được

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Ái Lành

Sinh viên thực hiện : Huỳnh Công Sỷ MSV: 1811504410149

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Người hướng dẫn : TS Nguyễn Thị Ái Lành

Sinh viên thực hiện : Huỳnh Công Sỷ MSV: 1811504410149

Phạm Văn Việt MSV: 1811504410165

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2022

ăn bán mang về

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Công Sỷ MSV: 1811504410149 Lớp: 18CDT1

Phạm Văn Việt MSV: 1811504410165 Lớp: 18CDT1Triệu Văn Đông MSV: 1811504410110 Lớp: 18CDT1

Tóm tắt đồ án

Đồ án “Thiết kế, chế tạo máy tự động chiết rót, đóng gói bao nước mắm cho quán

ăn bán mang về ” được tiến hành trong vòng 4 tháng ( 17/2/2022 – 17/6/2022) Nhóm

sinh viên chúng em lựa chọn đề tài này dựa trên ý nghĩa thực tế của sản phẩm đối với sảnxuất trong kinh doanh và đời sống, nhằm giảm sức lao động của con người, gia tăng năngsuất sản xuất, đồng thời góp phần phát triển quá trình tự động hóa sản xuất tại Việt Nam

Quá trình thực hiện sản phẩm được thực hiện thông qua giai đoạn nghiên cứuphương pháp lí thuyết và sau đó nghiên cứu bằng thực nghiệm thực tế Dựa trên các sảnphẩm có sẵn tương tự trên thị trường, nhóm chúng em đã tính toán, thiết kế, lựa chọn cácthông số của sản phẩm tạo ra (bao nước mắm) và của máy sao cho có tính thực dụng cao

Mô hình sẽ có kích thước theo tỉ lệ 1:1 tương đương với một thiết bị được sử dụngtrong quy mô quán ăn tại gia, nhà hàng nhỏ Chức năng chính của mô hình là tạo hình baonước mắm, chiết rót lượng nước mắm theo chương trình lập trình sẵn Mô hình gồm có 4

cơ cấu chính thực hiện các chức năng riêng biệt để tạo thành sản phẩm bao nước mắm: cơcấu cấp bao, cơ cấu tạo hình bao, cơ cấu đóng gói bao và bộ phận cấp nước mắm Trongquá trình thực hiện đồ án đã gặp nhiều khó khăn tại các giai đoạn, ví dụ như quá trình thửnghiệm nhiệt độ và loại bao ép mất nhiều thời gian, tìm kiếm các linh kiện chế tạo saocho phù hợp với nguồn kinh phí của sinh viên cũng là một khó khăn mà nhóm phải đốimặt

Mặc dù vậy, sau thời gian dài nghiên cứu và chế tạo, nhóm chúng em đã hoànthành mô hình hoàn thiện, có khả năng đóng gói bao nước mắm theo kích thước bề ngang

cố định theo kích thước cuộn bao, chiều dài bao có thể điều chỉnh tùy ý bằng lập trình.Các cơ cấu chấp hành của từng cơ cấu lần lượt thực hiện theo trình tự logic, cân đối nhất

về mặt thời gian để đảm bảo năng suất và sự ổn định của máy

Tổng kết lại, đồ án tốt nghiệp đã mang lại cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích,kinh nghiệm thực tế trong viêc thiết kế, chế tạo sản phẩm, cùng với đó là cơ hội rèn luyệncác kĩ năng mềm làm việc nhóm, báo cáo tiến độ và viết báo cáo

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã ngành: 5044

Khóa: 2018-2022

1 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY TỰ ĐỘNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG GÓI BAO NƯỚC MẮM CHO QUÁN ĂN BÁN MANG VỀ

2 Các số liệu ban đầu.

- Kích thước bao đóng gói: 65x70mm

- Năng suất yêu cầu:

3 Nội dung thực hiện.

- Tìm hiểu tổng quan về các máy chiết rót đóng gói: khảo sát các máy chiết rót thực

tế, nguyên lý hoạt động của hệ thống chiết rót, xác định yêu cầu bài toán thiết kế

- Tính toán, lựa chọn kết cấu cơ khí: bộ phận cấp liệu, bộ phận chiết rót, bộ phậnđóng gói…

- Thiết kế phần điều khiển cho hệ thống: xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển, luậtđiều khiển, lựa chọn phương án điều khiển, xây dựng chương trình điều khiển…

- Hoàn thiện mô hình thực tế: Lắp ráp, vận hành thử và đánh giá mô hình thu được

4 Các sán phẩm dự kiến

- Mô hình máy chiết rót, đóng gói bao tự động

- Bản vẽ lắp toàn máy

- Bản vẽ đấu nối điện

- Báo cáo tổng kết đề tài

Kể từ sau quá trình đổi mới năm 1986, nước ta đã chọn con đường xây dựng chủnghĩa xã hội kết hợp với cơ chế thị trường có sự điều tiết của nhà nước và đặt mục tiêuđến năm 2030, Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp với tỷ trọngtrong GDP của nông nghiệp chiếm 16-17%, công nghiệp khoảng 40-41%, dịch vụ chiếm42-43%, tỷ trọng lao động trong tổng lao động xã hội, lao động công nghiệp và dịch vụ là50%, nông nghiệp là 50% Tuy nhiên, hiện nay mô hình sản xuất ở nước ta vẫn còn lạchậu, nhiều nơi vẫn áp dụng lối sản xuất truyền thống sử dụng sức người cho nhiều giaiđoạn, tuy rằng là một cách hay để giữ được những nét văn hóa từ xa xưa nhưng nó lạiđang kéo bước tiến công nghiệp hóa hiện đại hóa của nước ta chậm lại.Với những thànhquả đạt được sau quá trình phát triển, máy đóng gói bao bì tự động đã có những đặc điểmnổi trội như nhỏ gọn, chi phí đầu tư thấp, dễ dàng vận hành mà không cần tay nghề cao.Đặc điểm này giúp cho máy có thể được thiết lập ở các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ ở thành thị

và các vùng nông thôn, giúp tăng năng suất lao động cũng như chuyển một lượng lớn laođộng phi chính thức sang những ngành nghề phát triển hơn

Đồ án tốt nghiệp là kết quả của quá trình học tập và rèn luyện của sinh viên sau 4năm ngồi trên ghế nhà trường Đây là cơ hội để sinh viên chứng tỏ mình trước khi bướcvào một giai đoạn mới Chúng em đã thực hiện đồ án với hy vọng gởi gắm những kiếnthức và kinh nghiệm tích lũy được vào ý tưởng của đồ án Sau thời gian tìm tòi, nghiêncứu và học hỏi qua các tài liệu cùng với sự dìu dắt và hỗ trợ của giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Thị Ái Lành nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo

mô hình máy tự động chiết rót đóng gói bao nước mắm sử dụng cho quán ăn mang đi”.Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, người ta đã áp dụng các thành tựu khoahọc kĩ thuật vào trong sản xuất và đời sống Với đề tài trên đã góp phần mang nhiều ýnghĩa cho đời sống và sản xuất với quy mô nhỏ Mô hình thiết bị máy chiếc rót, đóng góinày có ưu điểm là tiết kiệm thời gian, chi phí thuê nhân công mà, hơn hết là rất dễ dàng sửdụng, phù hợp với những quán ăn bán mang về

Thông qua việc thực hiện đồ án: “Thiết kế, chế tạo mô hình máy tự động chiết rótđóng gói bao nước mắm sử dụng cho quán ăn mang đi” đã góp phần giúp cho sinh viênnâng cao kiến thức, kĩ năng lằm việc nhóm và khả năng giao tiếp Do kiến thức và kinhnghiệm còn hạn chế, thời gian có giới hạn nên trong quá trình thực hiện đồ án nhómchúng em không tránh khỏi những sai sót Mong thầy cô góp ý để chúng em có đượcnhững hiểu biết sâu sắc hơn

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chúng em xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp với đề tài “thiết kế và chế tạo môhình máy chiết rót đóng gói bao nước mắm tự động sử dụng cho quán ăn mang đi” đượctiến hành một cách minh bạch, công khai dưới sự hướng dẫn của GVHD Nguyễn Thị ÁiLành Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu rõtại phần tài liệu tham khảo Đồng thời những số liệu hay kết quả trình bày trong đồ án đềumang tính chất trung thực, không sao chép, đạo nhái.

Chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ đồ án nếu trườnghợp phát hiện ra bất cứ sai phạm hay vấn đề sao chép nào trong đề tài này

Sinh viên thực hiện

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3

1.1 Giới thiệu chung về các hệ thống điều khiển tự động 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.1.1 Tự động hóa là gì 3

1.1.1.2 Vai trò của tự động hóa 3

1.2 Dây chuyền sản xuất tự động hóa 5

1.2.1 Khái niệm 5

1.2.2 Cơ cấu vận chuyển phôi trên dây chuyền sản xuất tự động 5

1.2.3 Các hệ thống sản xuất tự động 5

1.2.3.1 Các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hiện nay 5

1.3 Giới thiệu về dây chuyền chiết rót tự động và dây chuyền đóng gói tự động 6

1.3.1 Dây chuyền chiết rót tự độ 6

1.3.2 Lợi ích của các dây chuyền chiết rót tự động hiện nay 7

1.3.3 Dây chuyền đóng gói tự động 8

1.3.4 Lợi ích của các dây chuyền đóng gói tự động hiện nay 9

1.4 Ví dụ về máy đóng gói và chiết rót tự động 10

1.4.1 Thực trạng các hệ thông chiết rót và đóng gói hiện nay 11

1.4.2 Tiểu kết 11

1.5 Giới thiệu về mô hình máy chiết rót và đóng gói bao nước mắm tự động 11

1.5.1 Lý do chọn đề tài 11

1.5.2 Mục tiêu thiết kế hệ thống 13

1.5.2.1 Mục tiêu kinh tế 13

1.5.2.2 Mục tiêu kỹ thuật 13

1.5.2.3 Yêu cầu của hệ thống 13

1.5.3 Khả năng ứng dụng và nội dung thiết kế hệ thống 13

1.5.3.1 Khả năng ứng dụng 13

1.5.3.2 Nội dung thiết kế 14

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 15

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 15

2.1.1 Giới thiệu về hệ thống chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm 15

2.2 Cấu tạo và vai trò của từng cụm trong hệ thống 16

2.2.1 Cấu tạo chung 16

2.2.2 Vai trò của các cụm cơ cấu có trong hệ thống 16

2.2.2.1 Cơ cấu cấp bao 16

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 17

2.3 Phân tích và lựa chọn phương pháp thiết kế 17

2.3.1 Cơ cấu cấp bao 17

2.3.2 Cơ cấu cấp liệu 19

2.3.3 Cơ cấu đóng gói 20

2.3.3.1 Bộ phận ép bao: 20

2.3.3.2 Bộ phận cắt bao 29

2.3.3.3 Bộ phận điều khiển 30

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN 33

3.1 Phân tích tính toán trên từng cụm cơ cấu 33

3.1.1 Yêu cầu thiết kế 33

3.1.2 Cụm cơ cấu cấp bao 33

3.1.2.1 Bộ phận căng bao 33

3.1.3 Bộ phận tạo hình bao 36

3.1.4 Bộ phận kéo bao 38

3.1.4.1 Lực kéo bao 38

3.1.4.2 Tốc độ kéo bao 40

3.1.5 Cụm cơ cấu đóng gói bao 40

3.1.5.1 Bộ phận ép mép ngang 41

3.1.5.2 Bộ phận ép mép dọc 42

3.1.5.3 Xy lanh tác động 43

3.1.5.4 Nhiệt độ ép bao 45

3.1.5.5 Bộ phận bơm nước mắm 45

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 47

4.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 47

4.2 Sơ đồ đi dây hệ thống 48

4.3 Bo mạch điều khiển trung tâm 48

4.3.1 Giới thiệu arduino 48

4.3.2 Các loại arduino thường gặp 49

4.3.2.1 Arduino Mega 2560 49

4.3.2.2 Arduino Nano 50

4.3.2.3 Arduino Uno Rev3 50

4.3.3 Lựa chọn Arduino Uno Rev3 51

4.4 Sơ đồ nối dây từng cụm cơ cấu chấp hành và tính toán điều khiển 52

4.4.1 Cụm điều khiển nhiệt độ 52

4.4.2 Điều khiển bơm 56

4.4.2.1 Sơ đồ nối dây điều khiển bơm 56

4.4.2.2 Chương trình điều khiển bơm 56

4.4.4 Điều khiển động cơ bước 59

4.4.4.1 Giới thiệu ưu điểm Driver động cơ bước TB650 59

4.4.4.2 Sơ đồ nối dây 60

4.4.4.3 Chương trình điều khiển 60

4.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển 62

4.6 Chương trình điều khiển toàn hệ thống 62

4.6.1 Khai báo biến số, thư viên 62

4.6.2 Chương trình con nhập số lượng bao mong muốn 63

4.6.3 Chương trình ép bao không ban đầu 64

4.6.4 Chương trình con kéo bao 64

4.6.5 Chương trình con đóng gói bao 65

4.6.6 Chương trình chính 65

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Bảng 2.2 Các loại dây hàn nhiệt 23

Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật bộ điều khiển nhiệt độ REX – C100 25

Bảng 4.1 Bảng so sánh 3 loại bo mạch Arduino Nano, Mega 2560 và Uno Rev3 51

Bảng 4.2 Bảng hướng dẫn nối dây ma trận phím 4x4 với Arduinno Uno Rev3 57

Hình 1.1 Các lĩnh vực ứng dụng của tự động hóa 3

Hình 1.2 Một dây chuyền chiết rót chai rượu tự động 6

Hình 1.3 Một dây chuyền đóng gói snack tự động 8

Hình 1.4 Máy tự động đóng gói thạch dạng hình trụ dài 10

Hình 1.5 Bao nước mắm rót và gói bằng tay 12

Hình 1.6 Máy đóng gói nước mắm tỏi ớt hãng Propack 13

Hình 2.1 Mô hình máy chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm 15

Hình 2.2 Lưu đồ thời gian thể hiện quy trình của máy đóng gói bao 17

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 20

Hình 2.4 Module vi điều khiển Arduino 21

Hình 2.5 Dây nhiệt hàn miệng bao 22

Hình 2.6 Relay một kênh điều khiển mức 5V 23

Hình 2.7 Bộ khống chế nhiệt độ REX-C100 25

Hình 2.8 Relay rắn SSR 40.A 26

Hình 2.9 Cảm biến nhiệt loại K 27

Hình 2.10 Thanh gia nhiệt 10x100 27

Hình 2.11 Lưỡi dao 29

Hình 2.12 Dây nhiệt hàn miệng bao 29

Hình 2.13 Bộ điều khiển logic PLC S7 - 200 30

Hình 2.14 Vi điều khiển PIC 16F877A 31

Hình 2.15 Vi điều khiển tích hợp Arduino Uno 32

Hình 3.1 Kích thước mong muốn của bao sau khi đóng gói 33

Hình 3.2 Hình ảnh thực tế cuộn bao 34

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí cơ cấu lăn bao 35

Hình 3.4 Hình ảnh bộ phận dẫn hướng và định hình bao 36

Hình 3.5 Sơ đồ thử nghiệm đo lực kéo bao 37

Hình 3.6 Sơ đồ bộ phận kéo bao 38

Hình 3.7 Cơ cấu ép ngang 41

Hình 3.8 Kích thước thanh ép nhiệt 41

Hình 3.9 Thanh ép không nhiệt, gắn dao cắt 42

Hình 3.10 Cơ cấu đóng mép dọc bao 43

Hình 3.11 Bố trí các cơ cấu ép trên thân máy 43

Hình 3.12 Tải tối đa cho phép tác động một bên xylanh khí nén 2 ty Airtac 44

Hình 3.13 Hình ảnh thực tế bơm mini sử dụng động cơ DC385 46

Hình 4.1 Sơ đồ trên nguyên lí điều khiển toàn hệ thống 47

Hình 4.5 Bo mạch Arduino Uno Rev3 50

Hình 4.6 Sai số cho phép của giá trị nhiệt độ cảm biến đo được( đơn vị độ C) 53

Hình 4.7 Tính năng tự động điều chỉnh thông số P,I,D( 0 là tắt, 1 là bật) 53

Hình 4.8 thông số P,I,D mặc định 53

Hình 4.9 Sơ đồ nối dây cụm điều khiển nhiệt độ 54

Hình 4.10 Giao diện cài đặt nhiệt độ mong muốn 54

Hình 4.11 Giao diện hiển thị chính của bộ điều khiển nhiệt độ REX-C100 55

Hình 4.12 Sơ đồ nối dây điều khiển bơm 56

Hình 4.13 Sơ đồ nối dây bàn phím 4x4 và module LCD16x2 giao tiếp I2C với Arduino Uno Rev3 57

Hình 4.14 Lưu đồ thuật toán chương trình con nhập liệu từ bàn phím 58

Hình 4.15 Hình ảnh mạch điều khiển động cơ bước TB6560 59

Hình 4.16 Sơ đồ nối dây Driver Tb6560 với động cơ bước và Arduino Uno 60

Hình 4.17 Lưu đồ thuật toán điều khiển 62

STT Kí hiệu Giải thích

1 ω Góc quay mong muốn mỗi lượt kéo bao

2 ω ' Góc quay thực tế mỗi lượt kéo bao

3 VDC Đơn vị điện áp Vol, nguồn điện một chiều DC

4 VAC Đơn vị điện áp Vol, nguồn điện xoay chiều AC

5 A Đơn vị cường độ dòng điện Ampere

7 Adapter Bộ chuyển đổi điện áp

8 I/O Chân nhập/ xuất tín hiệu trên vi điều khiển

9 Driver Mạch điều khiển

15 Mdc Momen xoắn trên động cơ

16 Mmsl Momen cản do lực ma sát lăn gây ra

17 Fk Lực kéo tối thiểu để kéo bao

18 μt Hệ số ma sát trượt

19 Arduino Bo mạch tích hợp vi điều khiển Arduino

MỞ ĐẦU

1 Mục đích thực hiện đề tài

Thông qua Đồ án tổng hợp - là học phần quan trọng nhất trong chương trình đào tạo,mang tính tổng kết toàn bộ kiến thức sinh viên đã tích lũy được, nhóm sinh viên chúng

em thực hiện đề tài này với các mục đích sau:

 Rèn luyện kĩ năng nghiên cứu, tìm kiếm thông tin, tài liệu cần thiết cho đồ án

 Rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng quản lí thời gian, tiến độ của đồ án

 Tìm hiểu và thực hiện quá trình thiết kế và chế tạo một sản phẩm thực tế

 Thông qua đồ án, tổng hợp và ứng dụng các kiến thức đã được học

 Hoàn thành kĩ lưỡng báo cáo đồ án với đầy đủ các hạng mục theo tiêu chuẩn báocáo của ngành

 Trình bày sản phẩm trước hội động bảo vệ đồ án và chuẩn bị kĩ lưỡng về mặt kiếnthức để trả lời được các câu hỏi từ thầy cô phản biện

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

b Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này bao gồm:

 Các sản phẩm thực tế có chức năng tương tự đã có trên thị trường

 Các lý thuyết về truyền động cơ học, truyền nhiệt, sự nóng chảy của bao nilon

 Các linh kiện và kiến thức, tài liệu về các linh kiện sử dụng trong đồ án

4 Phương pháp nghiên cứu

Đồ án được nghiên cứu bằng hai phương pháp:

a Nghiên cứu các lí thuyết trong sách, tài liệu, datasheet của các linh kiện, các bài viết

trên internet, các video sản phẩm tương tự trên youtube

b Nghiên cứu thực nghiệm thông qua việc thử nghiệm nhiệt độ ép bao nilon, thử nghiệm

chương trình vận hành hệ thống, thử nghiệm các quá trình truyền động cơ khí của cơcấu chấp hành

5 Cấu trúc đồ án

Đồ án này được trình bày trong 4 chương:

 “Chương 1: Tổng quan đề tài”: đưa ra những cái nhìn tổng quan nhất về sản phẩm

mà nhóm chúng em thực hiện, hiểu được chức năng cơ bản, mục đích của thực hiện

đề tài

 “Chương 2: Cơ sở lí thuyết”: Chương 2 giúp người đọc nắm được các lí thuyết cơ sở

về các thành phần trong đồ án, các kiến thức được ứng dụng trong đồ án

 “Chương 3: Tính toán thiết kế”: Trình bày đầy đủ và giải thích chi tiết các thành

phần của đồ án, giúp người đọc hiểu rõ cấu tạo máy, nguyên lí hoạt động và cáchthức vận hành, điều chỉnh máy

 “Chương 4: Kết luận”: tổng kết lại kết quả đạt được trong toàn bộ đồ án.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung về các hệ thống điều khiển tự động

1.1.1 Giới thiệu chung

1.1.1.1 Tự động hóa là gì

Tự động hóa là việc tạo ra và ứng dụng các công nghệ để sản xuất, cung cấp hànghóa và dịch vụ với sự can thiệp tối thiểu của con người vào các quy trình Việc thực hiệncác công nghệ, kỹ thuật và các quy trình tự động hóa nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và tốc

độ của nhiều tác vụ mà trước đây con người thực hiện

Hệ thống tự động hóa là một hệ thống có cả điện – điện tử và cơ khí Ví dụ như môhình chiết rót và đóng gói nước mắm thì có hai phần đó là phần cơ khí và phần điện- điện

tử Phần cơ khí gồm phần khung, cơ cấu cuộn bao, cơ cấu dẫn hướng bao còn phần điện tử là toàn bộ hệ thống như cung cấp điện cho động cơ hoạt động, cấp điện cho cácrole đóng mở van khí

điện-Như vậy, tự động hóa chính là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con ngườikhi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc các chuyển động chính bằng máy

1.1.1.2 Vai trò của tự động hóa

Tự động hóa là các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động Trong mọi thời đại, các quá trình sản xuất luôn được điều khiển theo

quy luật kinh tế Có thể nói giá thành là một trong những yếu tố quan trọng xác định nhucầu phát triển của tự động hóa Không một sản phẩm nào có thể cạnh tranh được nếu giáthành sản phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại mà tính năng tương đương với các hãngkhác Trong bối cảnh nền kinh tế đang đối phó với hiện tượng lạm phát, chi phí cho vật

Hình 1.1 Các lĩnh vực ứng dụng của tự động hóa

tư, lao động, quảng cáo và bán hàng ngày càng tăng buộc công nghiệp chế tạo phải tìmkiếm các phương pháp sản xuất tối ưu để giảm giá thành sản phẩm Mặc khác, nhu cầunâng cao chất lượng sản phẩm sẽ làm tăng mức độ phức tạp của quá trình gia công Khốilượng các công việc đơn giản cho phép trả lương thấp sẽ giảm nhiều Chi phí đào tạonhân công và đội ngũ phục vụ, giá thành thiết bị cũng tăng theo Đây là động lực kíchthích sự phát triển của tự động hóa.

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất Các

quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chấtlượng gia công và năng suất lao động gây khó khăn trong việc điều hành và quản lý sảnxuất Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các nhược điểm trên Đồng thời tựđộng hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất

là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lắp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sựkhác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay

Tự động hóa là các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại Với các loại sản phẩm như bóng đèn, vít, … Thì không thể sử dụng các

quá trình sản xuất thủ công để đáp ứng sản lượng với số lượng thấp nhất

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất Chỉ có một số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạo hoàn toàn bởi một

nhà sản xuất Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều thầu để cung cấp các bộ phậnriêng lẻ cho mình, sau đó tiến hành liên kết, lắp ráp thành sản phẩm tổng thể Các sảnphẩm như là ô tô, máy bay, … Chế tạo như phương pháp trên sẽ có rất nhiều ưu điểm.các nhà thầu sẽ chuyên sâu hơn với các sản phẩm của mình Việc nghiên cứu, cải tiến chỉphải thực hiện trong một vùng chuyên môn hẹp, vì thế sẽ có chất lượng cao hơn, tiến bộhơn Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện chuyển thành sản xuất hàng khối Do một nhàthầu tham gia vào sản xuất một sản phẩm phức tạp nào đó có dthể đóng vai trò như mộtnhà cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nên khả năng tiêu chuẩn hóa sản phẩm là rất cao.Điều này cho phép ứng dụng nguyên tắc hoán đổi một trong các điều kiện cơ bản dẫn tới

sự hình thành sản xuất hàng khối khi chế tạo các sản phẩm phức tạp, số lượng ít Tuynhiên, cũng không nên quá đề cao tầm quan trọng của tiêu chuẩn hóa Không có tiêuchuẩn hóa trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở cho việc hoán chuyển ở một mức độ nhấtđịnh, làm tăng tiêu tốn thời gian cho các quá trình sản xuất các sản phẩm phức tạp chứkhông thể làm cho các quá trình này không thể thực hiện được có thể nói tự động hóa giữvai trò quan trọng trong việc thực hiện các tiêu chuẩn hóa bởi chỉ có nền sản xuất tự độnghóa mới cho phép chế tạo các sản phẩm có kích cỡ và đặc tính không hoặc ít thay đổi với

số lượng lớn một cách hiệu quả nhất

Tự động hóa quá trình sản xuất, cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất Nhu cầu về sản phẩm sẽ quyết định được mức độ áp dụng tự động

hóa cần thiết trong quá trình sản xuất Đối với sản phẩm phức tạp như tàu biển, giànkhoan dầu và các sản phẩm có kích cỡ, trọng lượng rất lớn khác, số lượng sẽ rất ít Thờigian chế tạo từ vài tháng đến vài năm Khối lượng lao động rất lớn Việc chế tạo chúngtrên các dây chuyền tự động cao cấp là không hiệu quả và không nên Mặc khác như bóng

đèn điện, ô tô,… thường có nhu cầu rất cao, tiềm năng thị trường lớn, nhưng được nhiềuhãng chế tạo Trong nhiều trường hợp, lợi nhuận riêng của một đơn vị sản phẩm là rất bé.Chỉ có sản xuất tập trung với số lượng lớn trên các dây chuyền tự động, năng suất caomới có thể làm cho giá thành sản phẩm thấp, hiệu quả kinh tế cao Sử dụng các quá trìnhsản xuất tự động hóa trình độ cao rong những trường hợp này là rất cần thiết chính yếu tốnày là một tác nhân tốt kích thích quá trình cạnh tranh trong cơ chế kinh tế thị trường.cạnh tranh sẽ loại bỏ các nhà sản xuất chế tạo ra các sản phẩm chất lượng thấp, giá thànhcao Cạnh tranh bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng tự động hóacác quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm tốt hơn và giá rẻ hơn Có rất nhiều ví dụ về cácnhà sản xuất không có khả năng hoặc không muốn cải tiến công nghệ và áp dụng tự độnghóa sản xuất nên dẫn đến thất bại trong thị trường.

1.2 Dây chuyền sản xuất tự động hóa

Dây chuyền sản xuất tự động có những đặc điểm sau:

 Là hệ thống thiết bị để sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với số lượnglớn

 Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia công theo quy trình côngnghệ đã định sẵn, chỉ cần người theo giỏi và kiểm tra

 Nguyên liệu lần lượt dời chỗ từ vị trí này đến vị trí khác theo một cơ cấu chuyểnđộng nào đó

1.2.2 Cơ cấu vận chuyển phôi trên dây chuyền sản xuất tự động

Để vận chuyển phôi trong dây chuyền sản xuất tự động người ta thường dùng các

cơ cấu sau:

 Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy

 Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy

 Cơ cấu tay đòn có má kẹp nâng kiểu khớp

 Cơ cấu đẩy thủy lực

 Băng tải, tải xích

1.2.3 Các hệ thống sản xuất tự động

1.2.3.1 Các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hiện nay

Theo chức năng, dây chuyền sản xuất tự động có một số loại sau:

 Dây chuyền lắp ráp tự động

Tự động hóa quá trình lắp ráp, đặc biệt trong các ngành điện - điện tử, sản xuất ô tô,

xe máy… là yếu tố quan trọng giúp tăng tốc quá trình sản xuất. 

 Dây chuyền sơn hàn tự động trong cơ khí chế tạo

Trong lĩnh vực cơ khí, dây chuyền hàn được sử dụng để ghép nối kim loại tấm với độdày mỏng khác nhau, hàn thép và hợp kim chất lượng cao Đặc biệt, công nghệ hàn nàycòn có khả năng hàn được kim loại màu và những sản phẩm hợp kim của chúng Dâychuyền hàn tự động còn mang đến hiệu quả cao trong việc sửa chữa, phục chế các chi tiếtkim loại hỏng. 

 Dây chuyền chiết rót tự động

Dây chuyền chiết rót có thể được ứng dụng trong các ngành sản xuất thực phẩm, ápdụng đối với các sản phẩm nước giải khát như sữa, nước ngọt, mứt, nước trái cây,…hoặcrượu, bia,…giúp các doanh nghiệp nâng cao tốc độ sản xuất, đảm bảo tính chính xác đồngđều Ngoài ra, máy chiết rót tự động được cài đặt và điều khiển dễ dàng vì vậy chi phí sảnxuất cho dây chuyền sản xuất của bạn sẽ ở mức thấp hoặc được cắt giảm đi đáng kể

 Dây chuyền đóng gói tự động

Dây chuyền đóng gói sẽ cải thiện được những thiếu sót mà quy trình thủ công khôngthể hoàn thiện, nhằm tăng năng suất sản xuất và sự chuyên nghiệp cho doanh nghiệp Mộtdây chuyền đóng gói đơn giản bao gồm máy đóng gói thùng carton, máy đóng chai, băngtải con lăn sẽ giúp cho doanh nghiệp đóng gói sản phẩm dễ dàng, nhanh chóng và chínhxác, thay thế quá trình đóng gói thủ công, tăng tính tự động hóa trong sản xuất cho doanhnghiệp

1.3 Giới thiệu về dây chuyền chiết rót tự động và dây chuyền đóng gói tự động

1.3.1 Dây chuyền chiết rót tự động

Hình 1.2 Một dây chuyền chiết rót chai rượu tự động

Dây chuyền chiết rót tự động là một trong những sản phẩm máy móc tự động hóađược ứng dụng nhiều trong các cơ sở sản xuất và đóng chai dung dịch, hóa chất hiện nay.Các loại máy sử dụng phổ biến hiện nay bao gồm máy chiết rót mini, máy chiết rót địnhlượng hay máy chiết rót và đóng nắp chai đơn giản với các cơ sở sản xuất nhỏ Đến cácdây chuyền chiết rót phức tạp đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao như dây chuyền đóng chai

nước tinh khiết, dây chuyền chiết rót, chiết rót đóng chai tự động.

1.3.2 Lợi ích của các dây chuyền chiết rót tự động hiện nay

 Nâng cao tốc độ sản xuất

Máy rót chiết tự động cho phép người đóng gói, đóng chai sản xuất nhiều hơn mức cóthể so với khi được các sản phẩm này được sản xuất làm bằng tay Với chiết rót thủ cônghoặc bán tự động, chúng ta cần nhiều người hơn bởi năng suất thủ công rất thấp Chúng tachỉ việc chuẩn bị nguyên liệu đầu vào sau đó đơn giản là cài đặt các thông số và nhấn nút

để máy chiết tự động

Sử dụng hệ thống chiết rót định lượng, hầu hết các dung dịch đều có thể được chiết rót

và đóng gói dễ dàng Từ các sản phẩm chảy tự do đến các dung dịch có độ nhớt cao nhưthạch, mật ong, dầu nhớt, hoặc bột nhão, máy đều tự động làm đầy chai theo định lượngcài đặt trước cho phép nhiều thùng chứa, chai chứa được bơm đầy trong mỗi chu kỳ

 Độ tin cậy và tính nhất quán, đảm bảo chính xác đồng đều

Việc chiết rót được thực hiện bằng tay có thể dẫn đến sự chênh lệch về dung tích sảnphẩm trong mỗi chai Mặc dù các thiết bị đo, đong, đếm nhất định có thể giúp giảm cácsai xót và chênh lệch lớn về thể tích trong các chai như can, chai chuẩn có vạch chia đểsan chiết, cân…

Nhưng việc sử dụng các thiết bị đó cũng sẽ khiến chúng ta mất thêm thời gian cho quytrình san chiết và đóng chai của mình Ngoài tốc độ, máy rót tự động sẽ cho phép việcbơm đầy được lặp đi lặp lại, tạo kết quả đáng tin cậy và phù hợp với từng chu kỳ Giúpcho dù việc đổ đầy đó dựa trên mức độ, khối lượng, trọng lượng hoặc phép đo chính xácnhất có thể

 Tính linh hoạt khi thay đổi yêu cầu đóng chai

Máy chiết rót tự động có thể được thiết lập để chiết rót một loạt các hình dạng và kíchthước của chai chứa Ngoài ra, nhiều máy có thể xử lý nhiều sản phẩm, với một số có thể

đổ đầy cả chất lỏng với độ nhớt thấp và độ nhớt cao

 Điều khiển đơn giản, dễ vận hành

Mặc dù nhìn thoáng qua, việc thiết lập cho máy chiết rót có thể hoạt động tự độngdường như sẽ làm mất nhiều thời gian và phức tạp Nhưng thực ra, người vận hành chỉtương tác đơn giản với máy khi nó hoạt động Máy rót sẽ yêu cầu điều chỉnh tay đơn giản

để thay đổi từ chai này sang chai khác

Nhưng các cài đặt quan trọng như thời gian rót đầy, tốc độ bơm và nhiều thứ khác đãđược đặt trên giao diện màn hình cảm ứng nằm ở trung tâm, chúng ta chỉ cần thiết lập lại.

 Nâng cấp công suất dễ dàng theo nhu cầu sản xuất

Khi nhu cầu sản xuất tăng lên, máy chiết rót tự động có thể cung cấp cho nhà đầu tưnhiều giải pháp như tăng số lượng vòi trên máy Một máy tự động có thể bắt đầu với 4, 6hoặc 8 đầu rót Với hầu hết các máy, tối đa 16 đầu điền có thể được đặt trên thanh vòiphun, cho phép mười sáu chai chứa được bơm đầy với mỗi chu kỳ Các máy khác nhau cóthể có giới hạn khác nhau và tốc độ tối đa sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước vàhình dạng chai và sản phẩm thực tế được đổ đầy

 Tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao sức cạnh tranh

Sử dụng máy chiết rót tự động giúp các cơ sở sản xuất, các nhà máy tiết kiệm đáng kểchi phí nhân công và thời gian trong sản xuất Việc cắt giảm số lượng nhân công tham giavào khâu chiết rót giúp giảm đáng kể chi phí lao động, chi phí đào tạo và các khoản chiphí kèm theo với chủ doanh nghiệp

Một chiếc máy chiết rót dung dịch tự động đem tới lợi ích không dừng lại ở khả năngchiết rót chính xác, nhanh chóng mà phải tiết kiệm điện năng tiêu thụ

1.3.3 Dây chuyền đóng gói tự động

Hình 1.3 Một dây chuyền đóng gói snack tự động

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa,việc ứng dụng tự động hóa đóng gói trong ngành công nghiệp được chú trọng và đẩymạnh để phù hợp với yêu cầu của thị trường và bối cảnh hiện nay.

Ứng dụng dây chuyền đóng gói tự động là giải pháp đóng gói thông minh, giúpviệc đóng gói trở nên dễ dàng Sản phẩm đầu ra luôn đạt tính thẩm mỹ và đảm bảo antoàn trong quá trình vận chuyển Ngoài ra, còn giúp doanh nghiệp đạt được nhiều lợi ích

về chi phí, lợi nhuận

1.3.4 Lợi ích của các dây chuyền đóng gói tự động hiện nay

 Kiểm soát chất lượng đầu ra của sản phẩm

Với sự ra đời và ứng dụng của mắt quan sát ứng dụng trí tuệ nhân tạo thông minhtrong dây chuyền đóng gói tự động giúp loại bỏ các sản phẩm lỗi Khác với sự kiểm tratruyền thống bằng mắt thường của người lao động bị giới hạn bởi thời gian và hiệu suất,

hệ thống mắt quan sát có thể làm việc không mệt mỏi và hạn chế lỗi trong quá trình làmviệc Từ đó, các sản phẩm đầu ra luôn có sự nhất quán cao nhất

 Nâng cao năng suất

Tự động hóa đóng gói gồm nhiều khâu quan trọng, từ chiết xuất đến niêm phong, dánnhãn, đóng đai… Một dây chuyền hoạt động có thể thay thế nguồn lực lao động truyềnthống và tăng tốc độ sản xuất để đáp ứng nhu cầu của khách hàng mà không bị ảnh hưởngbởi yếu tố con người Vì vậy, ứng dụng dây chuyền sản xuất tự động giúp rút ngắn thờigian đóng gói sản phẩm, tăng sản lượng, tăng năng suất

 Giảm rủi ro lao động

Bằng cách ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại và dây chuyền sản xuất tự động giúptăng năng suất cũng như giải phóng lao động khỏi những công việc nặng nhọc, tránhthương tích lao động

 Tiết kiệm chi phí lao động

Sử dụng máy móc thay thế con người để giảm thiểu nhân công làm việc trong môitrường nguy hiểm, giảm chi phí thuê nhân công và tăng hiệu quả sản xuất

 Giao diện thân thiện với người dùng

Dây chuyền tự động hóa đóng gói đang đặt ưu tiên cao trong việc thiết kế giao diệnngười – máy (HMI) HMI có nhiều cải tiến mới cho phép người vận hành hoặc quản lý dễdàng truy cập dữ liệu và kiểm soát quá trình đóng gói một cách dễ dàng Giao diện nàycũng thân thiện với người sử dụng, giảm việc đào tạo nhân công để vận hành thành công

1.4 Ví dụ về máy đóng gói và chiết rót tự động

Ngoài những công ty sản xuất thực phẩm và mặt hàng nông sản đóng gói lớn trongnước hoặc công ty tập đoàn đa quốc gia, hiện tại có rất nhiều cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, hộkinh doanh cá thể gia đình, nghành nghề truyền thống đang dần bắt kịp với xu thể tự độnghóa quy trình sản xuất, bằng cách đầu tư những máy móc để phục vụ sản xuất, cũng nhưtăng công suất sản xuất, và chất lượng sản phẩm, và hình ảnh sản phẩm Một trong những

máy móc hộ kinh doanh cá thể này đầu tư là máy đóng gói tự động, nhằm nâng cao năng

suất sản xuất, và tiết kiệm chi phí công nhân, tăng cường chất lượng sản phẩm

Cấu tạo cơ bản của một máy đóng gói tự động thường bao gồm:

 Cơ cấu hàn bao

 Cơ cấu tạo hình bao

 Cơ cấu giữ nếp cho bao

 Cơ cấu cấp bao

 Bể chứa dung dịch

 Cơ cấu định lượng và cấp nguyên liệu vào bao (nước, hạt, bột v.v )

1.4.1 Thực trạng các hệ thông chiết rót và đóng gói hiện nay

Hiện nay tại các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, hộ gia đình sản xuất và kinh doanh các sảnphẩm mang về chưa ứng dụng được nhiều tự động hóa vào sản xuất Quá trình chiết rót vàđóng gói sản phẩm còn làm bằng phương pháp thủ công sử dụng nhiều nguồn nhân lực.Điều này sẽ làm mất thời gian mang lại hiệu quả không cao, năng suất thấp Trong khi đó,tình hình dịch bệnh Covid-19 đang diễn biến phức tạp như thời gian vừa qua đã dẫn đếnnhiều hạn chế về mặt nhân lực và vấn đề đảm bảo vệ sinh an toàn phòng dịch trong quátrình làm thủ công Nhiều cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, hộ gia đình sản xuất và kinh doanh cácsản phẩm mang về đang gặp không ít khó khăn về việc thuê nhân công để khôi phục lạikinh doanh Giải pháp cho những bài toán hóc búa này là tự động hóa quá trình sản xuấtchiết rót, đóng gói sản phẩm để phục vụ cho nhu cầu bán mang mang về hiện nay Việc

áp dụng máy móc vào trong sản xuất giúp chúng ta tiết kiệm thời gian, công sức cũng nhưđảm bảo được công tác phòng chống dịch, vệ sinh an toàn thực phẩm so với các cáchchiết rót đóng gói bằng tay do con người thực hiện

1.4.2 Tiểu kết

Hệ thống chiếc rót và đóng gói tự động được ứng dụng rộng rãi trong thực tế manglại hiệu quả về mặt kinh tế, gia tăng năng suất Các hệ thống này ngày càng được cải tiến,thay thế sức người phục vụ tốt cho đời sống sản xuất, kinh doanh

Từ những vấn đề đó, chúng em đã hướng đến đề tài “ Thiết kế, chế tạo mô hìnhmáy chiết rót đóng gói bao nước mắm tự động sử dụng cho quán ăn mang đi” Đề tài này

sẽ hướng đến các thông số quan trọng như là tốc độ động cơ, nhiệt độ, lưu lượng,… để từ

đó sẽ thiết kế ra mô hình máy chiết rót và đóng gói bao nước mắm có thể ứng dụng vàothực tế

1.5 Giới thiệu về mô hình máy chiết rót và đóng gói bao nước mắm tự động

1.5.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, ở Việt Nam những cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, hộ kinh doanh cá thể gia đình,ngành nghề truyền thống chưa ứng dụng được nhiều tự động hóa vào sản xuất Điển hìnhnhư các quán cơm, quán bún,… mọc lên rất nhiều và rải rác khắp mọi nơi Trong khi đó,quá trình đóng gói các gói gia vị như nước mắm vẫn còn làm bằng phương pháp thủ công.Việc đóng gói nước mắm bằng thủ công làm tốn nhân lực và thời gian mà hiệu quả manglại không được cao, năng suất thấp Vì vậy, làm thế nào để tại ra những gói nước mắmmột cách nhanh chóng, nhiều loại kích cỡ mà giá thành lại thấp, đỡ tốn chi phí thuê ngườilao động là vấn đề đang đặt ra cho các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, hộ kinh doanh cá thể giađình, ngành nghề truyền thống Chính vì vậy trong nghiên cứu này, để giải quyết về vấn

đề thời gian và chi phí phù hợp với điều kiên kinh tế của các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ đó.Chúng em đã nghiên cứu và chế tạo mô hình máy đóng gói nước mắm tự động có giáthành thấp Đây là một đề tài rất gần gũi với thực tế và nó thực sự có ý nghĩa đối với

chúng em đó là làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, chúng ta áp dụng máy móc vàotrong sản xuất đã khắc phục được một số nhược điểm của các quy trình truyền thốngtrong sản xuất nhỏ lẻ, kinh doanh hộ gia đình, Với đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hìnhđóng gói nước mắm tự động” có những ưu điểm như nhỏ gọn, chi phí đầu tư thấp, dễdàng vận hành mà không cần phải có tay nghề cao Từ những ưu điểm này giúp cho máy

có thể được thiết lập ở các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ , kinh doanh hộ gia đình, giúp tăng năngsuất lao động cũng như chuyển một lượng lớn lao động phi chính thức sang những ngànhnghề phát triển hơn

Hình 1.5 Bao nước mắm rót và gói bằng tay

Hình 1.6 Máy đóng gói nước mắm tỏi ớt hãng Propack

1.5.2 Mục tiêu thiết kế hệ thống

Tự động kéo bao và tạo tạo hình bao

Chiếc rót lưu lượng chất lỏng theo mong muốn

Đóng gói thành những bao nhỏ với mép bao đạt thẩm mĩ tương đối không bị rò rỉ chấtlỏng

1.5.2.3 Yêu cầu của hệ thống

 Kích thước nhỏ gọn

 Thiết kế đơn giản dễ dàng vận hành, dễ sử dụng

 Hoạt động ổn định, năng xuất tăng, mang lại hiệu quả kinh tế cao

1.5.3 Khả năng ứng dụng và nội dung thiết kế hệ thống

1.5.3.1 Khả năng ứng dụng

Máy đóng gói tự động có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất vàđóng gói thực phẩm, sản phẩm y tế, sản phẩm gia dụng, … và ở nhiều cấp sản xuất khácnhau, từ sử dụng trong quy mô sản xuất các hộ gia đình, công xưởng nhỏ cho đến khu

công nghiệp sản xuất hàng loạt Nhờ vào cấu trúc đơn giản có thể dễ dàng được lắp ráptrên những quy mô khác nhau phù hợp với các mô hình sản xuất khác nhau.

1.5.3.2 Nội dung thiết kế

 Tìm hiểu về các công bố khoa học, các tài liệu liên quan đến máy chiết rót và đónggói bao nước mắm tự động

 Tìm hiểu về lý thuyết và thực nghiệm về cơ chế hoạt động của các modun được sửdụng trong đề tài

 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình máy chiết rót và đóng gói bao nước mắm tựđộng

 Thiết kế, tính toán, lựa chọn cơ cấu chấp hành

 Chế tạo và thực nghiệm mô hình ngoài thực tế

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.1.1 Giới thiệu về hệ thống chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm

Với phương thức sản xuất đóng gói nước mắm bằng phương pháp thủ công, các cơ

sở sản xuất nhỏ lẻ, hộ gia đình sản xuất và kinh doanh các sản phẩm mang về khó có thểđáp ứng được nhu cầu của thị trường về số lượng Hơn nữa, do sản xuất thủ công nên sẽtốn nguồn nhân lực mà năng suất lại không cao Trong thời gian gần đây các các cơ sở sảnxuất nhỏ lẻ, hộ gia đình sản xuất và kinh doanh các sản phẩm mang về đã nhận thức được

và đang dần bắt kịp với xu thế tự động hóa quy trình sản xuất bằng cách đầu tư, phát triển

hệ thống chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm theo hướng hiện đại hóa nhằmnâng cao năng suất năng suất, đem lại hiệu quả kinh tế cao

Hình 2.1 Mô hình máy chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm

Máy chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm được thiết kế nhỏ gọn cho phép chúng ta dễ dàng lắp đặt, di chuyển mọi nơi Với bộ điều khiển đơn giản, người vận hành

có thể dễ dàng tương tác với máy khi nó hoạt động Nó có thể linh hoạt thiết lập để xử lý một loạt các kích thước của gói, tốc độ động cơ, lưu lượng nước mắm một cách dễ dàng

2.2 Cấu tạo và vai trò của từng cụm trong hệ thống

2.2.1 Cấu tạo chung

Mô hình máy chiết rót và đóng gói tự động bao nước mắm gồm các cụm chính nhưsau:

- Cơ cấu cấp bao

- Cơ cấu cấp liệu

- Cơ cấu đóng gói

- Bộ điều khiển

2.2.2 Vai trò của các cụm cơ cấu có trong hệ thống

2.2.2.1 Cơ cấu cấp bao

Đây là cơ cấu cung cấp bao cho khâu đóng gói sản phẩm gồm các bộ phận như sau:

 Bộ phận căng bao: bộ phận này có nhiệm vụ căng bao khi bao đi qua các thanh sắttròn không xoay

 Bộ phận định hình bao: đây là bộ phận dùng để định hướng di chuyển, tạo hình,căng chỉnh bao cho đồng đều trước khi đến khâu ép bao

 Bộ phận kéo bao: bộ phận này dùng để kéo bao từ cuộn đồng thời sẽ quyết địnhkích thước chiều dài của sản phẩm

2.2.2.2 Cơ cấu cấp liệu

Cơ cấu này cung cấp chất lỏng (cụ thể là nước mắm) cho từng bao, gồm các bộ phận sau:

 Bể chứa: dùng để chứa một lượng lớn nước mắm

 Bộ phận bơm: có nhiệm vụ bơm nước mắm vào bao sau khi bao được đóng mépdưới

2.2.2.3 Cơ cấu đóng gói

Đây là cơ cấu tạo ra sản phẩm cuối cùng gồm các bộ phận sau:

 Bộ phận ép hàn bao: bộ phận này dùng để liên kết các mép bao lại với nhau bằngcách nung nóng cấp nhiệt cho bao thông qua thanh nhôm được gia nhiệt, làm chobao bị nóng chảy và ép dính lại với nhau

 Bộ phận cắt bao: sau khi đóng gói thì các bao nước mắm nó vẫn còn liên kết vớinhau tạo thành một dây dài Vì thế bộ phận này sẽ làm nhiệm vụ chia cắt các bao

với nhau để tạo thành các bao riêng lẻ Quá trình này được thực hiện cùng lúc vớiquá trình đóng gói bao.

2.2.2.4 Bộ phận điều khiển

Bộ phận điều khiển có vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống, gồm điềukhiển nguồn điện, điều khiển chương trình Bộ điều khiển được thiết kế để có thể tái lậptrình theo một số yêu cầu khác nhau của sản phẩm, nhằm thay đổi một số thông số nhưkích thước bao, lượng chất lỏng cần bơm, thời gian vận hành của các cơ cấu chấp hành

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Một hệ thống chiếc rót và đóng gói tự động bao nước mắm được phân chia thànhnhiều khâu nối tiếp nhau và chúng làm việc dựa trên nguyên lý sau:

Bao sẽ được bộ phận kéo bao kéo từ cuộn bao, đi qua bộ phận căng bao và bộ phậnđịnh hình bao Sau khi đi qua bộ phận định hình bao, bao sẽ được uốn thành dạng ống vớihai mép bao được đưa vào bộ phận ép mép dọc Tại đây thanh ép dọc sẽ ép dính hai mépbao Quá trình này thực hiện liên tục và đồng thời với quá trình ép mép ngang Tại vị trí

ép mép ngang, cứ mỗi lần thực hiện một thao tác ép, thanh ép ngang sẽ đóng mép trên vàcắt ra 1 bao, đồng thời cũng đóng mép dưới của một bao mới Tức tại thanh ép ngang sẽ

có 2 bề mặt ép song song với nhau, ở giữa là bộ phận dao cắt Lưu đồ sau thể hiện quytrình thực hiện đóng gói bao của máy theo trình tự thời gian

2.3 Phân tích và lựa chọn phương pháp thiết kế

2.3.1 Cơ cấu cấp bao

a) Bộ phận căng bao: sử dụng các thanh giá đỡ có khả năng chuyển động nhờ vào các ổ bi

để đỡ cuộn bao đồng thời căng bao, đảm bảo trong quá trình hoạt động không gặp nhữngsai sót như bao bị gấp, trượt khỏi giá ép

Ép bao, rót liệu, cắt bao Rót 10ml

Hình 2.2 Lưu đồ thời gian thể hiện quy trình của máy đóng gói bao

 Đặc điểm:

- Chi phí gia công thấp

- Cấu tạo đơn giản, dễ dàng gia công hoặc chỉnh sửa

b) Bộ phận định hình: thiết kế dạng máng trượt, được sử dụng để uốn hai mép dải bao lạihình thành nên cấu trúc bao bì sản phẩm Hiện nay có hai hướng thiết kế cho đề tài củachúng em là sử dụng tôn hoặc nhựa PVC

 Phương án thiết kế bộ phận định hình bằng tôn

- Khó gia công và định hình hơn, có khả năng bị uốn con ảnh hưởng kích thước

- Sau thời gian dài sử dụng thường bị rỉ sét

 Phương án thiết kế bộ phận định hình bằng nhựa PVC

 Động cơ sử dụng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Moment xoắn lớn, đủ để thắng được ma sát của ổ bi và ma sát trượt qua các thanh căng bao

- Hoạt động chính xác, kéo bao một khoảng cách nhất định với sai số nhỏ nhất cóthể.

 Dựa trên những yêu cầu được đặt ra, nhóm đã lựa chọn động cơ bước với đặc điểm

có moment xoắn lớn cũng như việc động cơ bước quay theo từng bước giúp tạo ra chuyển động chính xác

2.3.2 Cơ cấu cấp liệu

a) Bể chứa: nơi chứa chất lỏng cần đóng gói

 Vật liệu được sử dụng cần có khả năng kháng hóa chất, kháng ăn mòn để khônglàm ảnh hưởng đến chất lượng chất lỏng bên trong

 Vật liệu phải độ dẻo, tính đàn hồi, không bị rổ, nứt để tránh hiện tượng chất lỏng

rò rỉ ra bên ngoài làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy, làm hư hỏng các linhkiện bên trong

+ Một vài loại bơm chìm có khả năng tự điều chỉnh công suất

+ Máy có khoan dầu kín chống nước hoàn toàn giúp bảo vệ động cơ, các bộ phận cảm biến linh hoạt

- Nhược điểm:

+ Máy bơm chìm phải đặt trong nước mới hoạt động được nên nó rất dễ bị ăn mòn bởi chất lỏng xung quanh (đặc biệt nếu dùng máy bơm chìm để hút chất lỏng có độ

ăn mòn cao thì nó càng nhanh gỉ sét, hư hỏng)

+ Trong quá trình hoạt động lâu trong chất lỏng, bơm có thể thải ra các chất độc hại ảnh hưởng đến chất lượng của chất lỏng cần bơm

- Bơm được lưu lượng bơm phù hợp

- Bơm ổn định, không có hiện tượng hụt nước

 Do nhu cầu bơm của máy đóng gói bao bì là nước mắm nên nhóm đã đưa ra lựachọn sử dụng máy bơm cạn để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, chống việc máybơm bị ngâm quá lâu trong bể chứa có thể bị ăn mòn gây ảnh hưởng đến chấtlượng và sức khỏe người tiêu dùng

2.3.3 Cơ cấu đóng gói

2.3.3.1 Bộ phận ép bao:

a) Cụm gia nhiệt

 Phương án Điều khiển nhiệt độ bằng đóng ngắt relay sử dụng cảm biến nhiệt hồngngoại không tiếp xúc MLX90614 và dùng Arduino để điều khiển

 Giới thiệu về cảm biến nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614

– Cảm biến nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 là loại cảm biến đo

nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc sử dụng chip MXL90614 sử dụng giaotiếp I2C có thể dễ dàng kết nói với vi điều khiển Arduino Uno Rev3

Hình 2.3 Cảm biến nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614

– Kích thước nhỏ, chi phí thấp

– Dễ tích hợp

– Nhiệt độ hoạt động: -40-125 độ cho nhiệt độ làm việc của cảm biến và -70 –

380 độ đối với nhiệt độ đối tượng cần đo

– Độ chính xác cao 0.5 độ trên nhiệt độ rộng từ 0-50 độ

– Độ phân giải đo lường là 0,02 độ

 Giới thiệu về Arduino (ksp, 2014) 4

- Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều

khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạchđược trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp

với các bảng mạch mở rộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp chonhững bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình… Dựa trên nền tảng

mở do Arduino.cc cung cấp các bạn có thể dễ dàng xây dựng cho mình một

dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…)

Hình 2 4 Module vi điều khiển Arduino Bảng 2 1 Thông số cơ bản vi điều khiển Arduino Uno R3

Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V

Số chân Digital 14 (of which 6 provide PWM output)

Dòng điện DC trên mỗi chân

Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KBused by bootloader

 Giới thiệu về dây nhiệt hàn miệng bao

Dây nhiệt hàn miệng bao là phụ kiện của máy hàn bao, đây là bộ phận quan trọng nhấtcủa thiết bị này Dây nhiệt hàn bao sẽ nóng hết khi được cấp điện và dùng để kết dính cácmép bao lại với nhau

 Các loại dây hàn nhiệt

Bảng 2.2 Các loại dây hàn nhiệt

 Giới thiệu về relay

- Relay là một công tắc điện từ được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn nhiều

Hình 2.6 Relay một kênh điều khiển mức 5V

- Cấu tạo của relay

Gồm có 3 khối cơ bản

+ Khối tiếp thu (cơ cấu tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đầu vào vàsau đó biến nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khốitrung gian

+ Khối trung gian (cơ cấu trung gian): Tiếp nhận thông tin từ khối tiếp thu

và biến đối nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động

+ Khối chấp hành (cơ cấu chấp hành): làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạchđiều khiển.

 Nguyên tắc hoạt động của phương án điều khiển bằng relay

Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, thông qua vi điều khiển, ta lập trình mộtchương trình với vòng điều khiển kín để đạt nhiệt độ mong muốn, thông qua điềukhiển relay t bắt đầu cấp nhiệt cho đến khi đạt nhiệt độ thiết lập thì ngắt, tiếp tụcđóng ngắt relay để ổn định nhiệt độ cần cho thanh ép

 Ưu điểm và nhược điểm của phương án này

+ Khi thanh nhiệt được cấp điện thì nó sẽ nóng lên và làm cong bề mặt củathanh nhiệt làm cho mói hàn sẽ xấu đi

+ Khi relay đóng ngắt tạo ra tiếng ồn liên tục

 Chính vì vậy, phương án này không hợp phù hợp để làm bộ phận gia nhiệt

 Phương án điều khiển nhiệt độ bằng đóng ngắt relay rắn SSR 40AD sử dụng bộ khống chế nhiệt độ và cảm biến cặp nhiệt ngẫu loại K

 Giới thiệu về bộ điều khiển Rex- C100

- Bộ điều khiển nhiệt độ REX-C100  có chức năng tự điều chỉnh PID kép: điều

khiển nhiệt độ PID đáp ứng tốc độ cao để nhanh chóng đạt được giá trị mong

muốn, điều khiển PID đáp ứng tốc độ chậm nhằm giảm thiểu độ vọt dốc cho dù

tính đáp ứng có hơi chậm (BaoanJSC, 2020)1

Hình 2.7 Bộ khống chế nhiệt độ REX-C100

Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật bộ điều khiển nhiệt độ REX – C100

Hiển thị Hiển thị Led 7 đoạn, giá trị thực PV: màu xanh, giá trị đặt trước SV: màu

đỏNguồn cấp 100-240 VAC 50/60Hz, 24V AC/DC

Ngõ vào RTD: Pt100Ω, JPt100Ω

Điện áp: 0-5VDC; 1-5VDCDòng: 0-20mA, 4-20mANgõ ra Ngõ ra role: 250 VAC, 3A

Ngõ ra xung điện áp: 0/12VDC (điện trở tải: lớn hơn 600 Ω)Ngõ ra dòng: DC 4-20mA (điện trở tải: nhỏ hơn 600 Ω)Ngõ ra Triac: 100 VAC, 200 VAC

Ngõ ra alarm: 250 VAC, 1AChu kỳ lấy

Phương pháp

điều khiển ON/OFF ,P ,PI, PD, PID

Tính năng Cảnh báo quá nhiệt

Cảnh báo đứt vòng lặpCảnh báo ngõ raSao lưu bộ nhớ:

+ số lần sao lưu: 100.000 lần+ thời gian lưu trữ dữ liệu: 10 năm

 Giới thiệu về relay dạng rắn SSR 40 DA

- Rơle trạng thái rắn, hoặc SSR, có thể được coi là phiên bản hiện đại ở thế kỷ 21

của EMR Các rơ le này bao gồm một cảm biến, một thiết bị chuyển mạch điện tử

và một cơ cấu khớp nối Sử dụng chất bán dẫn, rơ le bật và tắt khi một điện áp bênngoài nhỏ tác động lên mạch điều khiển của nó