Đất nước đang trên con đường công nghiệp hóa – hiện đại hóa,việc áp dụng tự động hóa vào dây chuyền sản xuất là việc làm quan trọng và hàng đầu của ngành khoa học – kĩ thuật hiện nay. Đối với các ngành công nghiệp nói chung, và các ngành sản xuất chất lỏng đóng chai cần độ chính xác rất cao và phức tạp.Việc áp dụng tự động hóa vào tính toán và hoạt động là một bài toán khó và thú vị. Nhận thức được điều này nhóm chúng em đã quyết định tìm hiểu về đề tài “Thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng”.Sau khi học xong môn Cảm biến đo lường cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo: Hà Văn Phương đã giúp chúng em đã hoàn thành đề tài . Việc tìm hiểu về đề tài đã giúp các thành viên trong nhóm hiểu thêm về quy trình rót chất lỏng vào chai theo các tỉ lệ khác nhau và việc sử dụng các thiết bị sử dụng trong dây chuyền công nghệ. Trong quá trình tìm hiểu và đưa ra các phương pháp nhóm chúng em không tránh khỏi sai sót. Mong thầy, cô giáo và bạn đọc thông cảm và đưa ra các ý kiến đóng góp để đề tài của nhóm chúng em hoàn thiện tốt hơn.
Trang 1LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 1 – K11 - ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
MÔN : ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước đang trên con đường công nghiệp hóa – hiện đại hóa,việc áp dụng tự độnghóa vào dây chuyền sản xuất là việc làm quan trọng và hàng đầu của ngành khoa học –
kĩ thuật hiện nay
Đối với các ngành công nghiệp nói chung, và các ngành sản xuất chất lỏng đóng chaicần độ chính xác rất cao và phức tạp.Việc áp dụng tự động hóa vào tính toán và hoạt động là một bài toán khó và thú vị
Nhận thức được điều này nhóm chúng em đã quyết định tìm hiểu về đề tài “Thực hiện khâu rót chất lỏng vào chai trong hệ thống sản xuất chất lỏng”.Sau khi học xong môn Cảm biến đo lường cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo: Hà Văn Phương đã giúp chúng em đã hoàn thành đề tài
Việc tìm hiểu về đề tài đã giúp các thành viên trong nhóm hiểu thêm về quy trình rót chất lỏng vào chai theo các tỉ lệ khác nhau và việc sử dụng các thiết bị sử dụng trong dây chuyền công nghệ
Trong quá trình tìm hiểu và đưa ra các phương pháp nhóm chúng em không tránh khỏi sai sót Mong thầy, cô giáo và bạn đọc thông cảm và đưa ra các ý kiến đóng góp
để đề tài của nhóm chúng em hoàn thiện tốt hơn
Chúng em những người thực hiện xin chân thành cảm ơn !
Trang 4NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1. Tìm hiểu tổng quan về các hệ thống rót chất lỏng vào chai.
2. Tính toán lựa chọn các loại cảm biến.
3. Cấu tạo, chức năng, cách hoạt động của các loại cảm biến.
4. Sơ đồ vị trí lắp ráp cảm biến.
5. Sơ đồ lắp đặt dây chuyền.
6. Một số thông số cơ bản của các loại cảm biến.
7. Nhận xét đánh giá về dây chuyền.
Trang 5Chương 1: Tổng quan về hệ thống
Hệ thống bao gồm: Dây chuyền băng tải, tủ điện điều khiển tắt mở hệ thống,bồn
chiết xuất,bồn trộn, bồn chứa chất lỏng , máy rót chất lỏng vào chai trên băng tải
Nguyên lý vận hành hệ thống
Khi ấn nút START trong tủ điều khiển hệ thống bắt đầu vận hành Chất lỏng trong bồn
chiết xuất sẽ được bơm sang bồn trộn theo tỉ lệ đã định sẵn rồi được chuyển sang bồn chứa Sau khi qua bồn chứa chất lỏng sẽ đi vào hệ thống van chiết rót
Chất lỏng trong van chiết rót sẽ đi qua máy bơm chất lỏng bơm vào các chai trên băng tải Lượng chất lỏng được bơm vào chai theo tỉ lệ cài định sẵn Sau khi chất lỏng được đưa vào chai sẽ chuyển sang khâu vặn nắp chai và dán nhãn sản phẩm
Khi ấn nút STOP trong tủ điều khiển hệ thống sẽ dừng lại
Ở đây chúng em tập trung vào khâu “ rót chất lỏng vào chai theo thể tích đã định
sẵn ”
Trang 6Chương 2: Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống
2.1 Hệ thống băng tải
Băng tải được hiểu một cách đơn giản là một thiết bị vận chuyển các đồ vật nhẹ như thùng carton, hộp giấy, túi, … và vận chuyển một lượng lớn vật nặng như thực phẩm, các linh kiện điện tử,… từ nơi này đến nơi khác, từ điểm A đến điểm B.
Băng tải là một sự sáng tạo đặc biệt mang tính ứng dụng rất cao Thay vì vận chuyển bằng sức người vừa tốn thời gian lại vừa tốn kém chi phí nhân công lại tạo khung cảnh
lộn xộn cho nơi làm việc Hiểu được điều đó, nên hiện nay băng tải đang được ứng
dụng rất nhiều trong đời sống công nghiệp hiện đại Ứng dụng công nghệ băng
tải
vào sản xuất đã giúp tiết kiệm được rất nhiều thời, công sức, tiền của cho nhà sản xuất
• Bộ con lăn, bộ truyền lực chủ động
- Động cơ giảm tốc cho trục vít và một bộ điều khiển kiểm soát tốc độ
- Hệ thống khung đỡ cho con lăn
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn
• Các loại băng tải:
- Băng tải cao su: lắp đặt dễ dàng
- Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng
- Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng
tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor
- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa ở những độ cao khác nhau.
- Băng tải xoắn ốc
- Băng tải linh hoạt
- Băng tải rung
Băng tải có rất nhiều hình dạng, chức năng và ứng dụng khác nhau, cho nên bạn
hãy cân nhắc lựa chọn cho mình loại băng tải phù hợp nhất với mục đích sử dụng Phù hợp với chức năng của từng loại băng tải để băng tải có thể phát huy
Trang 7hết chức năng của mình phục vụ tốt cho việc vận chuyển hàng hóa Đồng thời, bạn sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí và tăng năng xuất cho công việc.
2.2 Van chiết rót
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vàotrong chai, bình, lọ, v.v Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng rãitrong nhiều ngành sản xuất thực phẩm Khi định lượng bằng máy thì cải thiện đượcđiều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cáchchính xác
Máy định lượng chiết rót sản phẩm lỏng thường được áp dụng cho những trường hợpyêu cầu năng suất cao, hoặc các yêu cầu nghiêm ngặt về vệ sinh thực phẩm Tùy theotính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc chính,các cơ cấu rót
Trong công nghiệp thực phẩm, máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng đựơc áp dụngcho nước giải khát, nuớc trái cây, bia, rượu, nước giải khát có ga, sữa, mứt, các loạidung dịch thực phẩm cô đặc, v.v
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
• Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ
bình định mức trước khi rót vào chai
• Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định
trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai có bằngnhau hay không Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng đựoc chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dứng lại Phương pháp nầy có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai
• Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong
khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là không đổi
phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, không yêu cầu độ chính xác định lượng
Trang 8Trong ba phương pháp định lượng cơ bản: theo bình định mức, định lượng theo mức
và định lượng theo thời gian chảy thì phổ biến nhất đối với sản phẩm lỏng là haiphương pháp đầu
Có 3 phương pháp chiết sản phẩm:
• Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh
lệch về độ cao thủy tĩnh Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít nhớt
• Phương pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất
lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai
• Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm
có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất lỏng Với phương pháp rót đẳng ápthông thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng
áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao
Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót được bốtrí chiết cho 1 chai Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc(máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máychiết bàn quay)
CÁC CƠ CẤU CỦA MÁY CHIẾT RÓT
Cơ cấu rót kiểu van
Cơ cấu rót kiểu van là một trong các cơ cấu đơn giản nhất, nó gồm có bình lường cóchia vạch, van ba ngã, ống thông hơi có thể dịch chuyển lên xuống được, ống nối đểnạp đầy bình lường và ống để rót thể tích đã đinh lượng vào bao bì chứa
Thể tích chất lỏng đi vào trong bình lường phụ thuộc vào vị trí đầu bên dưới của ốngthông
Trang 9
Cơ cấu rót kiểu van
Ở vị trí nạp, nút van ba ngã xoay nối ống dẫn chất lỏng trong bình chứa chảy vào bìnhlường, đẩy không khí trong bình ra qua ống thông hơi Khi đầu dưới của ống ngậpdưới mực chất lỏng thì không khí không thoát ra được nữa, chất lỏng dâng lên cao hơnmiệng ống một đoạn nhỏ, rồi dừng lại Khoảng dâng cao hơn miệng ống thông hơi phụthuộc vào mực chất lỏng ở trong thùng chứa Khi đó áp suất không khí trong bình bịnén tới áp suất bằng với áp suất chất lỏng có độ sâu tính từ mặt thoáng trong thùngchứa và mặt thoáng trong bình lường, chất lỏng không chảy vào bình lường được nũa.Chất lỏng trong ống thông hơi sẽ dâng lên và theo quy tắc bình thông nhau đến bằngmực chất lỏng ở trong thùng chứa
Ðể tháo chất lỏng vào bao bì chứa, xoay van ba ngã tới vị trí tháo Chất lỏng trongbình định lượng sẽ theo ống dẫn chảy xuống bao bì chứa bên dưới
Thể tích chất lỏng trong bình có thể điều chỉnh bằng cách nâng hoặc hạ ống thông hơixuống.Tùy theo cách quay van mà những máy dùng cơ cấu rót này thuộc loại quay tay,bán tự động và tự động Chất lỏng chảy ra càng nhanh thì năng suất máy càng lớn
Cơ cấu rót tới định mức
Cơ cấu rót tới mức định trước: giai đoạn chuẩn bị, đang rót và hoàn tất rót
Cơ cấu rót có bình lường và van trượt
Cơ cấu rót có bình lường và van trượt được dùng trong ngành sữa, rượu, rượu vang, vàtrong nhiều lãnh vực công nghiêp thực phẩm khác để rót sản phẩm thực phẩm lỏng ítnhớt.0
Trong thùng rót có bình lường, đáy bình vặn chặt với van trượt Phần bên trên của vantrượt rỗng còn phần bên dưới đặc Bên phần rỗng của van trượt có lỗ Van trượt di
Trang 10chuyển lên xuống được bên trong một ống lót lắp cố định dưới đáy thùng Ống lót có
lỗ nối với ống dẫn sản phẩm vào bao bì
Một lò xo lắp ở đáy bình chứa luôn luôn giữ cho van trượt ở vị trí thấp nhất Khi đómiệng của bình lường nằm bên dưới mặt thoáng chât lỏng trong bình chứa Khi nângvan trượt lên một khoảng (chu kỳ rót) thì bình lường chứa chất lỏng được đưa lên caohơn mặt thoáng trong bình chứa, đồng thời xảy ra sự trùng khít các lỗ của van trượt vàống lót, nhờ đó chất lỏng ở trong bình lường chảy vào vào bao bì chứa Sau khi chảyhết chất lỏng thì bình lường được hạ xuống, chất lỏng lại chảy vào đầy bình lường vàchu trình làm việc sẽ lặp lại
Lượng chất lỏng chảy vào trong bao bì bằng thể tích của bình lường, do đó khi cầnthay đổi định lượng phải thay đổi bình lường khác có thể tích thích hợp
Cơ cấu rót chính xác có bình lường-van trượt
Cơ cấu rót đẳng áp để rót chất lỏng có nạp khí
Trang 11Ðể tránh tổn thất khi rót chất lỏng có nạp ga CO2 người ta sử dụng loại cơ cấu rót đẳng
áp Chu trình làm việc của cơ cấu rót đẳng áp gồm:
• Nạp đầy khí vào bao bì, áp suất của khí bằng áp suất của chất lỏng đã nạp khí;
Cơ cấu rót chân không
Trong cơ cấu rót chân không hiện nay dùng van bi hoặc van trượt Trong thân của cơcấu rót có hai rãnh Một trong hai rãnh đó được nối với bơm chân không, rãnh còn lạinối với bình chứa sản phẩm
Ở vị trí đóng, van trượt (hoặc van bi) đóng cả hai đường thông với bơm chân không vàsản phẩm Khi có chai đưa vào, van được nâng lên và quá trình rót bắt đầu Không khítrong chai được bơm chân không hút làm áp suất giảm Khi đó sản phẩm từ bình chứa
sẽ chảy vào trong chai Quá trình diễn ra liên tục đến khi chai được nạp đầy sản phẩm.Khi đó đường ống hút khí sẽ bị ngắt khỏi bơm chân không, bên trong chai được thông
áp và sản phẩm ngừng chảy vào trong chai Tuy nhiên sẽ có một lượng nhỏ sản phẩm
bị hút theo không khí, phần sản phẩm nầy sẽ được tách ra ờ bình tách lỏng đặt trướcmáy hút chân không Thông thường người ta điều chỉnh lượng sản phẩm trong chaibằng cách sử dụng ống thông áp có thể dịch chuyển được hoặc thay đổi thời gian hútchân không
Cơ cấu rót chân không được dùng để rót các sản phẩm dễ hư hỏng hoặc giảm chấtlượng khi tiếp xúc với không khí, hoặc được sử dụng trong các trường hợp các sảnphẩm dễ rót và yêu cầu năng suất rót lớn, thời gian rót cho một chai nhanh
Trang 12Máy chiết chai kiểu bàn quay Máy chiết dạng băng chuyền thẳng
Chương 3 Phương pháp đo mức chất lỏng
3.1 Phương pháp đo mức chất lỏng
a) Mục đích và phương pháp đo.
Xác định mức độ, thể tích hoặc khổi lượng chất lưu trong bình chứa
Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng
Khi đo liên tục biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích chất lưu còn lạitrong bình chứa Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phâncho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không
Phương pháp đo: có nhiều phương pháp đo mức : thổi bọt khí, chênh áp, đo lựccăng, phao nổi, công tắc khoảng hở, loadcell, độ dẫn điện, hạt nhân, radar, RFAdmittance, siêu âm, …
Độ dẫn điện: Rẻ, đơn giản hơn loại trên, không có bộ phận di chuyển, đo điểm, dùng
cho chất lỏng dẫn điện, dễ bị ảnh hưởng bởi lớp vật liệu bám dính trên điện cực
Chênh áp: Thông dụng, đo liên tục, giá hợp lý, dễ lắp đặt nhưng thị phần càng ngày
cànggiảm Dễ bị ảnh hưởng bởi tỷ trọng của vật liệu, không phù hợp khi đo các chấtlỏng códạng hột, khoảng đo nhỏ rất khó sử dụng, đặc biệt lưu ý đến sự ăn mòn của hoáchất
Phao: Phương pháp này không giới hạn về mức cao của bồn, độ chính xác không
cao, phí đầu tư thấp nếu không có phần hiển thị từ xa, giới hạn về mức áp suất làm
Trang 13việc Chokết quả đo liên tục & đo điểm Khi đo điểm có thể đo được cả mặt cách ly.Đối với chất lỏng sệt +hột là không phù hợp, cánh khuấy cũng ảnh hưởng đến độchính xác.
RF Admittance: Kỹ thuật mới cho việc đo điểm cũng như liên tục, dải áp suất nhiệt
độlàm việc rộng, đo được mọi chất liệu Khi hằng số điện môi của vật liệu thay đổidẫn đếnviệc thay đổi cảm biến và bộ truyền phù hợp Không bị ảnh hưởng bởi sự bámdính trêncảm biến
Siêu âm: Kỹ thuật đo liên tục không tiếp xúc, không có phần tử dịch chuyển Nhạy
cảm về vị trí hơn các kỹ thuật khác Ảnh hưởng bởi hơi nước, bọt khí, dải nhiệt độ và
áp suất làm việc không cao cũng như cấu trúc bên trong bồn bể Không thể hoạt độngtrong môi trường chân không
Radar: Đo mức liên tục với độ chính xác cao, bỏ qua hơi nước Điều kiện làm việc
giới hạn bởi dải áp suất làm việc thấp Có thể đo được mức mặt cách ly
Có ba phương pháp hay dùng trong kỹ thuât đo và phát hiện mức chất lưu:
- Phương pháp thủy tĩnh dùng biến đổi điện;
- Phương pháp điện dựa trên tính đẫn điện của chất lưu;
- Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.
Phương pháp thuỷ tĩnh
Phương pháp thuỷ tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa Trên hình 1giới thiệu một số sơ đồ đo mức bằng phương pháp thuỷ tĩnh
Hình 1: Sơ đồ đo mức theo phương pháp thuỷ tĩnh
a) Dùng phao cầu b) Dùng phao trụ c) Dùng cảm biến áp suất vi sai
Trong sơ đồ hình 1a, phao (1) nổi trên mặt chất lưu được nối với đối trọng (5)bằng dây mềm (2) qua các ròng rọc (3), (4) Khi mức chất lưu thay đổi, phao (1)nâng lên hoặc hạ xuống làm quay ròng rọc (4), một cảm biến vị trí gắn với trụcquay của ròng rọc sẽ cho tín hiệu tỉ lệ với mức chất lưu
Trang 14Trong sơ đồ hình 1, phao hình trụ (1) nhúng chìm trong chất lưu, phía trên đượctreo bởi một cảm biến đo lực (2) Trong quá trình đo, cảm biến chịu tác động củamột lực F tỉ lệ với chiều cao chất lưu:
Trong đó:
P - trọng lượng phao
h - chiều cao phần ngập trong chất lưu của phao
S - tiết diện mặt cắt ngang của phao
ρ - khối lượng riêng của chất lưu
* Cảm biến độ dẫn
Các cảm biến loại này dùng để đo mức các chất lưu có tính dẫn điện (độ dẫn điện
~ 50μScm-1) Trên hình 2 giới thiệu một số cảm biến độ dẫn đo mức thông dụng
Trang 15a) Cảm biến hai điện cực b) Cảm biến một điện cực c) Cảm biến phát hiệnmức
Sơ đồ cảm biến hình 2a gồm hai điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng dẫn
điện Trong chế độ đo liên tục, các điện cực được nối với nguồn nuôi xoay chiều ~10V (để tránh hiện tượng phân cực của các điện cực) Dòng điện chạy qua các điệncực có biên độ tỉ lệ với chiều dài của phần điện cực nhúng chìm trong chất lỏng
Sơ đồ cảm biến hình 2b chỉ sử dụng một điện cực, điện cực thứ hai là bình chứa
bằng kim loại
Sơ đồ cảm biến hình 2c dùng để phát hiện ngưỡng, gồm hai điện cực ngắn đặt
theo phương ngang, điện cực còn lại nối với thành bình kim loại,vị trí mỗi điện cựcngắn ứng với một mức ngưỡng Khi mức chất lỏng đạt tới điện cực, dòng điện trongmạch thay đổi mạnh về biên độ
* Cảm biến tụ điện
Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo tụ điện bằng hai điện cực hình trụnhúng trong chất lỏng hoặc một điện cực kết hợp với điện cực thứ hai là thành bìnhchứa nếu thành bình làm bằng kim loại Chất điện môi giữa hai điện cực chính làchất lỏng ở phần điện cực bị ngập và không khí ở phần không có chất lỏng Việc đomức chất lưu được chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổitheo mức chất lỏng trong bình chứa Điều kiện để áp dụng phương pháp này hằng
số điện môi của chất lỏng phải lớn hơn đáng kể hằng số điện môi của không khí(thường là gấp đôi)
Trong trường hợp chất lưu là chất dẫn điện, để tạo tụ điện người ta dùng một điệncực kim loại bên ngoài có phủ cách điện, lớp phủ đóng vai trò chất điện môi cònchất lưu đóng vai trò điện cực thứ hai