Hệ thống rót chất lỏng vào chai và đóng thùng

Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa tại các phân xưởng, nhà kho và các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp tục được nâng cao cùng với kiến thức đã được học trong trường, chúng

Lời mở đầu

Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin ngày càng cao đem lại nhiều lợi ích cho con người nhằm giảm thiểu tối đa sức lao động của con người trong quá trình sản xuất Mức độ tự động hóa tại các phân xưởng và nhà kho cũng như các khu vực quản lý điều hành vẫn tiếp tục được nâng cao Ngày càng nhiều các thiết bị tiên tiến đòi hỏi khả năng

xử lý, mức độ hoàn hảo , sự chính xác của các hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội

Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa tại các phân xưởng, nhà kho và các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp tục được nâng cao cùng với kiến thức đã được học trong trường, chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài hệ thống chất lỏng vào chai và đóng mỗi thùng 20 chai Đây chỉ là một phần nhỏ trong quy trình sản xuất, tuy vậy chúng em mong rằng với đề tài này chúng em sẽ củng cố được kiến thức đã được học trong

trường và ứng dụng một phần nhỏ trong sản xuất

Do hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tế, vừa tìm hiểu, vừa học hỏi trong quá trình thực hiện nên không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Nội dung đề tài

• Tìm hiểu tổng quan về các hệ thống rót chất lỏng vào chai.(Ở đây tìm hiểu về hệ thống rót bia vào chai)

• Lựa chọn lọai cảm biến

• Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của càm biến

• Vị trí đặt cảm biến của hệ thống

• Sơ đồ đấu nối

• Các thông số cơ bản của cảm biến

• Đánh giá đọ chính xác của hệ thống ( giới hạn, nguyên nhân, biện pháp khắc phục,… )

1, TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RÓT CHẤT LỎNG VÀO CHAI TRONG NHÀ MÁY.

Hiện nay với công nghệ hiện đại rất nhiều quá trình công nghiệp được tự động hóa Trong đó dây truyền đóng nút chai tự động là một trong những hệ thống được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi

Một hệ thống sản xuất nước đóng chai hiện đại thường được phân chia thành nhiều khâu nối tiếp nhau Một quy trình dây truyền đóng chai khép kín có thể được mô tả như sau:

Từ khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên chai được cho đi qua hệ thống rửa Chai dùng trong

hệ thống đóng chai thường là chai thành phẩm, nên thường tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi

Sau khi được rửa sạch, các chai được băng chuyền đưa đến hệ thống rót liệu, tới vị trí rót, chai sẽ được dừng chính xác nhờ một cảm biến, để đảm bảo chính xác hơn nữa, có thể bố trí các

cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai Hệ thống van rót, cơ cấu rót được

hạ xuống sao cho vòi rót ngập sâu trong miệng chai Sở dĩ cần thiết kế như vậy vì áp suất trong bể chứa được giữ rất lớn và không đổi, đảm bảo tốc độ rót cao và thời gian mỗi lần rót là như nhau, việc nhúng vòi rót vào trong chai để tránh chất lỏng văng ra ngoài khi rót với tốc độ lớn Với thiết kế nhưvậy, tổng thời gian để nâng hạ van và rót liệu chỉ mất từ 2-3 giây

Khi chai đạt được mức quy định được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút Khâu đóng nút bao gồm cơ cấu cấp nắp chai

và đóng nút Cơ cấu đóng có thể là xi lanh thủy khí (với nút dập) hoặc mô tơ (với nút vặn), cơ cấu cấp nắp chai có thể dưới dạng gài sẵn trên băng tải hoặc kết hợp với cơ cấu dập

Sau đó là khâu dán nhãn, đây có thể coi là khâu đơn giản nhất trong hệ thống đóng chai Cơ cấu bôi keo dính được gắn ngay trên băng tải và bố trí tiếp tuyến sao cho tì vào mặt chai, ngoài chuyển động thẳng trên băng tải, chai còn chuyển động quay tròn do lực tì của cơ cấu bôi keo Tương tự với cơ cấu cấp nhãn, chai sau khi bôi keo, quay tròn, cuốn băng giấy nhãn 1 vòng quanh chai

Khâu cuối cùng là kiểm tra và đóng gói sản phẩm khâu kiểm tra bao gồm một loạt các cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nút dán nhãn đạt yêu cầu…) sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại bỏ chai sang một băng tải khác Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai được xếp thành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ Như vậy toàn bộ quy trình công nghệ đóng nút chai được tự động hoàn toàn, với đầu vào là nguyên liệu và chai rỗng, đầu ra

là sản phẩm có thể đem bán trực tiếp

• Gồm những quá trình cơ bản sau

1.1,Quá trình rót liệu

Các chai sau khi rửa được băng tải đưa đến vị trí rót liệu Khi gặp cảm biến vị trí băng tải dừng lại Cảm biến vị trí lại báo cho

bộ điều khiển hệ thống rót liệu hoạt động, hệ thống rót liệu xả nhiên liệu vào trong chai được đo bằng cảm biến mức, khi đạt mức quy định cảm biến lưu lượng sẽ báo bộ điều khiển dừng hệ thống rót liệu Quá trình rót liệu kết thúc

1.2,Quy trình đóng nút

Khi đạt mức quy định cảm biến vị trí sẽ báo bộ điều khiển dừng hệ thống rót liệu Các chai được rót đủ nhiên liệu tiếp tục được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút Khi chai gặp cảm biến vị trí hệ thống băng tải dừng lại Cảm biến sẽ báo bộ điều khiển, điều khiển hệ thống đóng nút chai Van khí nén điều khiển xi lanh dập nút chai, khi đó các nút chai sẽ được dập vào chai Sau khi dập xong cảm biến vị trí lại báo tín hiệu cho hệ thống và các chai lại tiếp tục được di chuyển đến vị trí dán nhãn 1.3, Quy trình dán nhãn

Sau khi các chai qua vị trí đóng nút, tiếp tục được di chuyển Khi đến vị trí dán nhãn cảm biến vị trí lại báo cho hệ thống băng tải dừng lại Tại vị trí dán nhãn có cơ cấu kẹp ở hai bên đi vào giữa kẹp chặt chai lại Khi đó xi lanh dán nhãn hoạt động và các chai được dán nhãn Sau khi dán xong cơ cấu kẹp nhả ra và cảm biến vị trí báo cho hệ thống băng tải tiếp tục chạy Các chai sau khi dán xong được đưa vào đóng hộp

• Yêu cầu kỹ thuật:

+ Chai làm từ thủy tinh,

+ Mỗi chai có thể tích là 650 ml

+ Tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống đóng chai

+ Những sản phẩm lỗi là những sản phẩm : không đủ khối lượng, nút chai đóng bị lỗi, chai chưa được rót bia vào,…

• Một số hình ảnh dây truyền sản xuất

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 1.3

2, LỰA CHỌN CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG

(Sử dụng cảm biến quang để phát hiện và đếm số chai).

2.1, Giới thiệu s ơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống

2.1.1, Danh mục các thiết bị và chức năng

Bảng 1

1

Động cơ không

đồng bộ 3 pha

lồng sóc

Vận hành cho hệ thống băng tải

tải

5 Cảm biến mức Đo lưu lượng chất lỏng rót vào

6 Vi điều khiển

Nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến điều khiển động cơ băng tải, bơm…

1 bộ

2.1.2, Nguyên lí hoạt động

- Cảm biến số 1 nhận dạng Chai được đưa vào đầu dây chuyền

và cấp liên tục trong quá trình dây chuyền hoạt động Băng tải luôn quay và nó đã được lập trình bằng PLC sẳn và được điều chỉnh thông qua máy tính và các bộ phận chuyên dùng, khi chai vào thì băng tải 1 sẽ dẫn chai đi.Trong lúc chai được giữ, xilanh chuyển động đi xuống đưa vòi phun vào miệng chai Sau đó bơm hoạt động bơm chất lỏng vào chai trong 1 khoảng thời gian delay nhất định và được lập trình sẵn Cụm chi tiết giữ mở ra, chai tiếp tục chạy trên băng tải, đồng thời chai sau được giữ không chuyển động Chạy trên băng tải đến cụm chi tiết cấp nắp, chai kéo nắp đã chờ sẵn vào đầu chai

- Cảm biến 2 nhận biết chai đã chạy đến, mạch điều khiển cho

cụm chi tiết xoáy nắp đi xuống và xoáy nắp chai vào Sau đó chai chạy tiếp tục trên băng tải 3

- Cảm biến số 3: nhận và tạo ra một xung điện gửi về khối xử lý

để tăng dần biến đếm khi biến đếm chưa đủ 20 thì băng tải 3 tiếp tục chạy và đưa chai vào thùng (tương ứng với 20

chai/hộp) Khi biến đếm đạt giá trị 20, băng tải 3 dừng đồng thời biến đếm lại trở về giá trị 0, đồng thời hộp đã đủ 20 chai được đưa ra và đưa thùng mới vào tiếp tục quá trình

2.2, Lựa chọn cảm biến cho hệ thống trong dây truyền rót chất lỏng

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến để xác định vị trí của sản phẩm Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều khiển Để xác định vị trí và dịch

chuyển của sản phẩm, ta dùng cảm biến quang điện

Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo bước sóng, 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấy kính, ở phần thu ánh sáng từ thấu kính tác động đên transitor thu quang Nếu có vậtche chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến

bộ thu được, sóng dạo động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao động Phương phát này sử dụng mạch dạo động làm cho cảm biến thu phát xạ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn

Qua việc tìm hiểu hệ thống ở trên thì em chọn cảm biến quang

phản xạ gương Vì loại cảm biến này lắp ráp đơn giản,làm việc

ổn định Qua tìm hiểu trên thị trường một số dòng sản phẩm của hãng Omron đã được sử dụng tại Việt Nam có E3R, EZT66……

Nhưng em lựa chọn cảm biến E3Z –R61 ,hoặc EZ3.

I, CẢM BIẾN QUANG EZ3

Đ ặc điểm:

KT: 40x12x21 (mm)

• Chọn kiểu đầu ra tác động sáng/tối

• Chức năng đèn báo hiệu sự ổn định; điều chỉnh được độ nhạy

• Hình khối nhỏ gọn 31x20x11 mm, nguồn cấp 10~30 VDC

• Nhiều chế độ: thu phát chung, phản xạ gương, thu phát riêng tối đa 30m

• Ngỏ ra transistor Open Collector PNP, PNP-NO 100mA

• Chế độ làm việc Light-ON/Dark-ON lựa chọn qua switch chọn

• Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra, cấp nguồn ngược cực

• Hình trụ Ø18, dài 65mm, nhiệt độ làm việc -25~550C

• Sử dụng LED hồng ngoại bước sóng 660nm, thời gian đáp ứng 2.5ms

• Tia sáng nhỏ, góc nhìn hẹp thích hợp cho các ứng dụng chính xác

• Vỏ bọc bằng PBT (polybutylene terephthalate), độ kín đạt IEC IP67

• Kiểu đấu nối: dây dài 2m hoặc connector

CẢM BIẾN QUANG EZ3-R6

Ưu điểm

• Lắp đặt dễ hơn

• Chỉnh định dễ dàng

• Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể dùng kính lọc phân cực

• Giá cả phải chăng

Nhược điểm:

• Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát (E3Z-R: chỉ được 4-5m)

• Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương

• Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một số khoảng cách ngắn nhất định Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp Loại này có sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và giá thành hợp lý

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến

• Sensor sợi quang nhằm phát hiện sự di chuyển của vật

mờ đục (chắn sáng)

• Một photodiode tạo ra tín hiệu dẫn (pilot signal)

• Tín hiệu này được truyền qua sợi quang tới vật và bị phản xạ tại bề mặt của vật

• Quang thông phản xạ truyền ngược trở lại qua sợi

quang thu tới một photodiode khác

• Dòng điện tương ứng với khoảng cách từ cuối sợi

quang tới vật được tạo ra

• Biến đổi dòng điện thành photon; truyền photon qua môi trường khúc xạ; phản xạ; biến đổi ngược photon thành dòng điện uá trình cảm biến gồm 2 bước biến đổi năng lượng và sử dụng tín hiệu quang

Ngoài ra, E3Z-R61 cũng dụng công nghệ mới AC3 (Auto Compensation Control for Contamination: Kiểm soát tự động chống nhiễu do nhiễm bẩn) Cảm biến quang có sẵn bộ khuyếch đại thông thường không có chức năng bù sự thay đổi cường độ ánh sáng thu được do bụi, tạp chất, nhiệt độ, môi trường, sự lão hóa của đèn LED theo thời gian gây nên, bởi vậy không có được

sự ổn định lâu dài trong việc phát hiện vật thể trong suốt như yêu cầu Chức năng AC định kỳ truyền tín hiệu cường độ ánh sáng thu nhận được ở chế độ light-ON tới mạch phát sáng, nhờ

đó duy trì cường độ ở mức giá trị đặt khi dùng chức năng

teaching

Còn nhiều chức năng ưu việt nữa như:

- Vỏ bọc bằng thép không gỉ SUS316, mặt hiển thị bao phủ bằng vật liệu PES, đều là những vật liệu có độ bền cao với các hóa chất tẩy rửa trong công nghiệp

- Độ kín nước đạt tới cấp độ IP69K cho phép xịt rửa trực tiếp bằng nước dưới áp suất và nhiệt độ cao

Khả năng hoạt động tốt ở môi trường nhiệt độ khắc nghiệt trong phạm vi từ -25 tới +55 độ C, thích hợp đặc biệt cho lĩnh vực sản xuất đồ uống

Thông số kĩ thuật

Bảng 2.

Vật thể phát hiện tiêu chuẩn Vật mờ đục có đường kính tối thiểu

56mm

Ngõ ra điều khiển Ngõ ra transitor collector hở, tối đa

100 mA, điện áp dư: tối đa 1 V ở 100mA

Nhiệt độ môi trường -25oC tới 55oC

lần ở mỗi hướng X, Y, Z

2m)

chỉnh

Thấu kính: PMMA

II CẢM BIẾN MỨC

Đặc điểm:

• Cảm biến cấu tạo bằng vỏ thép không gỉ hoàn toàn thích ứng với chất hóa học cùng với chất tấy rửa mạnh

• Cảm biến mức là cảm biến mức độ điện tử

• Đối tượng làm việc : chất lỏng, chất sệt, bột

• Không thể sd đo dầu, mỡ

• Quá trình kết nối: G ½ A

• 2 cổng chuyển đổi kết quả đầu ra

Vị trí đặp trong nhà máy bia:

Trong nhà máy bia, ngoài tank chứa Malt, cảm biến báo mức LMT121 còn thường được sử dụng trong hầu hết các phân đoạn

có tank và người ta muốn giám sát level của tank như: tank chứa hóa chất CIP, tank lên men, hệ thống lọc, nhà nấu bia… Hoạt động trên nguyên tắc điện dung tần số cao, cùng với lớp vỏ bền chắc, LMT121 là một cảm biến hoạt động ổn định, tin cậy, ít cần thiết phải bảo trì, chúng sẽ là một công cụ đắc lực cho các nhà sản xuất rượu bia

LMT121 có rất nhiều ứng dụng, nhưng ở đây chúng ta sử dụng để báo mức bia được rót vào chai đã đủ thể tích yêu cầu chưa

Thông số kĩ thuật LMT121

Điện áp hoạt động 18 – 30v DC

Tiêu thụ điện năng < 40 mA

Nhiệt độ hoạt động (°C) 0 – 60

Nhiệt độ bảo quản (°C) -25 – 80

Vật liệu thép không gỉ 316L / 1.4404;

PEEK; PA12-GF30; FKM

vàng

Hình ảnh cảm biến LMT121

2.3 Dây chuyền đóng thùng

Các nhà máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô

sơ đến cức kỳ hiện đại,tùy theo dạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói sản phẩm khác nhau.Với chai lọ thủy tinh dễ vỡ hay các chai

có dung tích lớn thường được đóng thùng bằng cánh tay

Robot.Phương pháp này hiện đại và chính xác nhất,đảm bảo chống va đập làm hư sản phẩm.Số lượng sản phẩm tùy thuộc vào kích thích thùng chứa,số lượng chai gắp trong một lần cũng

dễ dàng cài đặt,ví dụ như để đóng két cho bia thì mỗi lần cánh tay Robot có thể gắp 20 chai.Dây chuyền đóng thùng gồm 2 băng tải đưa sản phẩm đến tay gắp,một băng vận chuyển

thùng,hai băng tải đặt ngang nhau Bộ phận gắp chai được điều khiển động bộ bằng khí nén

Với các loại chai nhỏ và khó vỡ thì thường dùng phương pháp đóng thùng kiểu “ Drop” , hệ thống có hai băng tải , một băng tải chờ sản phẩm chai ở phía trên, băng tải chứa thùng phía

rơi xuống thùng, các chai rơi xuống thùng đồng thời thùng được

hạ xuống để giảm lực tác động vào chai, cách đóng thùng này nhanh và đơn giản hơn dùng cánh tay Robot

Hình 2.1: Một cánh tay Robot đang làm việc