Thiết kế, xây dựng mô hình chiết rót và Đóng nắp chai tự Động

Như vậy, mô hình chiết rót và đóng nắp chai tự động được áp dụng thông qua việc sử dụng cảm biến, logic lập trình và tích hợp với các hệ thống tự động hóa khác để quản lý, giám sát quá t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG

NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

Sinh viên: Nguyễn Thành Lân

Mã số sinh viên: 19010215 Khóa: K13

Ngành: Kĩ thuật điều khiển- tự động hóa Hệ: Chính quy

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Hà Nội – Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

TÓM TẮT DAKLTN

Đồ án tốt nghiệp đề tài “Thiết kế và xây dựng mô hình chiết rót và đóng nắp chai tự động” với mục tiêu tạo ra một mô hình tự động hóa việc chiết rót và đóng nắp chai nước Đồ án sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế mô hình 3D và phần mềm Eplan sẽ thực hiện bản vẽ điện, từ đó sẽ đấu nối và đi dây trên mô hình thực tế PLC S7-1200 sẽ cung cấp khả năng điều khiển chính xác, linh hoạt cho toàn bộ hệ thống, mô hình bao gồm 1 băng tải, 3 cảm biến đo khoảng cách, 1 cảm biến đo lưu lượng nước, 1 step động cơ, 1 driver điều khiển step động cơ, 1 động

cơ đóng nắp, 1 bơm nước và 1 xylanh Hệ thống gồm, 2 nút nhấn và 1 Switch chuyển giữa 2 chế độ Auto và Manual Chế độ Auto sẽ tự động đưa chai nước rỗng vào hệ thống để chiết rót, lấy nắp và đóng nắp Chế độ Manual người điều khiển

sẽ được điều khiển tất cả các hoạt động của băng tải, xylanh, động cơ đóng nắp, bơm nước, để chiết rót và đóng nắp Các chai sẽ đi trên một băng tải sau khi chiết rót sẽ được đưa vào mâm xoay để thực hiện lấy nắp và đóng nắp Cảm biến sẽ phát hiện đúng vị trí của chai rỗng đồng thời tính toán lượng nước bơm vào chai sau đó mâm xoay đưa chai đến máng cấp nắp và động cơ xoay nắp Cuối cùng khi chai

hoàn tất vặn nắp sẽ đếm sản phẩm ở cuối băng tải

Copies for internal use only in Phenikaa University

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện - Điện tử đã giúp đỡ và giảng dạy cho em những kiến thức và kinh nghiệm vững chắc trước khi bước vào thực hiện đồ án tốt nghiệp Nhờ sự dìu dắt của các thầy

cô, em đã có được nền tảng kiến thức vững chắc để thực hiện đồ án này

Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Thanh Vân - giảng viên trường Đại học Phenikaa là người đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Nhờ sự quan tâm, chỉ bảo nhiệt tình của

cô, đến nay em đã hoàn thành được đồ án này một cách tốt nhất

Đến nay khi đã hoàn thành đồ án, với kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên nên bản báo cáo đồ án tốt nghiệp này không thể tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các quý thầy cô để em có thể bổ sung, nâng cao và trau dồi thêm kiến thức của mình nhằm có thêm nhiều kinh nghiệm trong các công việc thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Copies for internal use only in Phenikaa University

BẢNG KẾ HOẠCH QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Lân

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thanh Vân

Kế hoạch thực hiện công việc:

1 Lên ý tưởng, phân

5 Thi công mô hình (2 tuần) Hoàn thành

Copies for internal use only in Phenikaa University

MỤC LỤC

TÓM TẮT DAKLTN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 13

1.1 Tổng quan về hệ thống 13

1.1.1 Tổng quan 13

1.1.2 Vai trò của hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động 13

1.1.3 Các hệ thống chiết rót và đóng nắp chai hiện nay 14

1.2 Một số vấn đề tồn tại ở các hệ thống hiện nay 16

1.3 Tổng kết chương 1 17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

2.1 Thiết kế mô hình 18

2.2 Thiết bị thành phần 21

2.3 Thiết bản vẽ 3D 41

2.3.1 Giới thiệu phần mềm Solid Work [18] 41

2.3.2 Bản vẽ mô phỏng hệ thống 3D 44

2.4 Thiết kế điện 47

2.4.1 Giới thiệu phần mềm EPLAN[17] 47

2.4.2 Bản vẽ hệ thống điện [ Phụ lục A1] 48

2.5 Bản vẽ khí nén 53

2.6 Tổng kết chương 2 54

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RÓT 55

VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 55

3.1 Mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động 55

3.1.1 Lưu đồ thuật toán 56 Copies for internal use only in Phenikaa University

3.1.2 Giới thiệu phần mềm TIA Portal [19] 57

3.1.3 Kết nối PLC với phần mềm 58

3.1.4 Phân công đầu vào ra của PLC 59

3.2 Thiết kế màn hình HMI 61

3.2.1 Giới thiệu phần mềm Easy Builder Pro [20] 61

3.2.2 Thiết kế HMI 61

3.3 Tổng kết chương 3 63

KẾT LUẬN 64

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 68

Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Hệ thống chiết rót bằng bơm trục vít[1] 14

Hình 1 2 Hệ thống chiết rót bơm bằng bánh răng[1] 15

Hình 1 3 Hệ thống chiết rót kiểu đối lưu[1] 16

Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống 20

Hình 2 2 CPU 1214C DC/DC/DC SIMATIC S7-1200 6ES7214-1AG40-0XB0 22 Hình 2 3 Nguồn tổ ong 23

Hình 2 4 Aptomat 25

Hình 2 5 Cầu đấu điện 26

Hình 2 6 Nút nhấn 27

Hình 2 7 Công tắc 2 vị trí 28

Hình 2 8 Rơ le OMROM MY2N-J 29

Hình 2 9 Van điện từ AIRTAC 4V210-08 24V 31

Hình 2 10 Cảm biến quang PMM18 C301NA E3F-DS30C4 32

Hình 2 11 Động cơ giảm tốc JGB37 34

Hình 2 12 Xylanh Airtac TN10 60mm 35

Hình 2 13 Động cơ bước 57 36

Hình 2 14 Driver TB6600 38

Hình 2 15 Bơm MB385 39

Hình 2 16 Cảm biến lưu lượng nước YF-S401 40

Bảng 2 15 Thông số kỹ thuật của Cảm biến lưu lượng nước YF-S401 40

Hình 2 17 Phần mềm Solid Works 41

Hình 2 18 Bản vẽ 3D mô phỏng hệ thống 44

Hình 2 19.Kích thước của tấm nền 46

Hình 2 20 Phần mềm Eplan 47

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 2 21 Bản vẽ phân phối điện cho hệ thống 48

Hình 2 22 Bản vẽ nguồn cung cấp cho PLC 49

Hình 2 23 Bản vẽ kết nối input PLC 49

Hình 2 24 Bản vẽ kết nối output PLC 50

Hình 2 25 Bản vẽ kết nối step motor và driver TB6600 50

Hình 2 26 Bản vẽ kết nối relay 51

Hình 2 27 Bản vẽ khí nén 53

Hình 3 1 Mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động 55

Hình 3 2 Lưu đồ thuật toán hệ thống 56

Hình 3 3 Lưu đồ thuật toán chế độ auto 56

Hình 3 5 Phần mềm Tia Portal 58

Hình 3 6: Dây Ethenet 58

Hình 3 7: Đặt IP cho PLC trong TIA Portal 59

Hình 3 8 Phần mềm Easy Builder 61

Hình 3 9 Màn hình chính 62

Hình 3 10 Màn hình Auto 62

Hình 3 11Màn hình Manual 63

Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC 23

Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 24VDC 24

Bảng 2 3 Thông số kỹ thuật của Aptomat 25

Bảng 2 4 Thông số kỹ thuật của cầu đấu điện 27

Bảng 2 5 Thông số kỹ thuật của nút nhấn 28

Bảng 2 6 Thông số kỹ thuật của công tắc 2 vị trí 29

Bảng 2 7 Thông số kỹ thuật của rơ le OMRON MY2N-J 30

Bảng 2 8 Thông số kỹ thuật của Van điện từ AIRTAC 4V210-08 24V 32

Bảng 2 9 Thông số kỹ thuật của Cảm biến PMM18 C301NA E3F-DS30C4 33

Bảng 2 10 Thông số kỹ thuật của động cơ DC 24V 34

Bảng 2 11 Thông số kỹ thuật của Xylanh Airtac TN10 60mm 35

Bảng 2 12 Thông số kỹ thuật của động cơ bước 57 37

Bảng 2 13 Thông số kỹ thuật của Driver TB6600 39

Bảng 2 14 Thông số kỹ thuật của Micro water pump SC3701PW 24VDC 40

Bảng 2 15 Thông số kỹ thuật của Cảm biến lưu lượng nước YF-S201 DN15 40

Bảng 2 16: Danh sách các thiết bị 46

Bảng 2 17 Ký hiệu bản vẽ điện 53

Bảng 3 1 Đầu vào input của PLC 60

Bảng 3.2 Đầu ra output của PLC 61

Copies for internal use only in Phenikaa University

Điện áp xoay chiều

5 NO (Normally Open) Thường mở

6 NC (Normally Closed Thường đóng

(Negative-Positive-Negative)

Kiểu linh kiện bán dẫn

có cấu trúc lớp tiếp giáp P-N-P

Engineering)

Kỹ thuật tính toán hỗ trợ thiết kế, là việc sử dụng máy tính để hỗ trợ các hoạt động trong quá trình thiết kế sản phẩm

Copies for internal use only in Phenikaa University

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Từ 2020-2022 vừa qua đại dịch COVID-19 đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến hầu hết tất cả các ngành của tất cả các nước trên thế giới ví dụ như: ngành công nghiệp, dịch vụ, sản xuất,… Sau đại dịch năng suất và hoạt động kinh doanh của các doanh nghiệp đều chịu tổn thất lớn và đặc biệt trong công nghiệp Hiện tại, thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang tăng tốc thay đổi, cải thiện nền công nghiệp Trong sự thay đổi đó không thể thiếu sự góp phần của Tự Động Hóa, đã thúc đẩy hiệu suất, đem lại sự chính xác và tinh gọn nguồn nhân lực đáng kể Lựa chọn mô hình chiết rót và đóng nắp chai tự động là một lựa chọn hợp lý

vì nó đang là mô hình đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về Tự Động Hóa trong ngành công nghiệp chế biến và đóng gói Hệ thống này thường được áp dụng trong các quy trình sản xuất tại các công đoạn hoàn thiện sản phẩm Đây là một đề tài không chỉ giúp cải thiện năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn phản ánh xu hướng tích cực áp dụng công nghệ high-tech vào sản xuất, đáp ứng được nhu cầu và tính cạnh tranh của thị trường Mô hình có thể sử dụng logic lập trình

để điều khiển quá trình phân loại như PLC (Programmable Logic Controller) và HMI (Human-Machine Interface) để quản lý và giám sát quá trình Mô hình chiết rót và đóng nắp chai tự động có thể được thiết kế để phù hợp với nhu cầu sản xuất các loại nước, chất lỏng theo yêu cầu của nhiều ngành

Trong quá trình xây dựng và thiết kế mô hình, việc sử dụng các công nghệ tự động hóa như PLC và HMI được coi là quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả

Như vậy, mô hình chiết rót và đóng nắp chai tự động được áp dụng thông qua việc sử dụng cảm biến, logic lập trình và tích hợp với các hệ thống tự động hóa khác để quản lý, giám sát quá trình chiết rót và đóng nắp sản phẩm

Từ mô hình này ta quyết định thêm một số chức năng để cải thiện hệ thống này, cụ thể là có thể lựa chọn loại chai với nhiều loại thể tích phù hợp cho mỗi loại sản phẩm cần chiết rót sau đó đưa vào đóng nắp và chuyển đến công đoạn tiếp theo của sản phẩm

Copies for internal use only in Phenikaa University

Mục đích

Mô hình chiết rót và đóng nắp chai tự động có mục đích chính là xây dựng mô hình hệ thống tự động hóa tiên tiến để nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong việc chiết rót và đóng nắp Điều này giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người trong việc quản lý, vận hành và sản xuất các sản phẩm một cách hiệu quả và chính xác hơn đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất Qua đó, giúp giảm thiểu lãng phí nguyên liệu, giảm thiểu lỗi trong quá trình hoàn thiện sản phẩm, nâng cao tốc độ sản xuất và từ đó góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Ý nghĩa thực tiễn

Về mặt thực tiễn, hệ thống này có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, và hóa chất, góp phần nâng cao hiệu suất sản xuất, giảm thiểu lãng phí, và giảm chi phí vận hành Nó cũng giúp đảm bảo chất lượng đồng đều của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường, từ đó thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp và nền kinh tế

Copies for internal use only in Phenikaa University

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP

CHAI TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan về hệ thống

1.1.1 Tổng quan

Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai là hệ thống tự động hoặc bán tự động được

sử dụng để chiết rót và đóng nắp chai nước hoặc các sản phẩm có dạng lỏng đựng trong chai theo thể tích chai nước Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau như:

- Ngành thực phẩm: chiết rót, đóng nắp chai nước giải khát, sữa,… v.v

- Ngành dược phẩm: chiết rót đóng nắp các loại thuốc dạng lỏng, siro, v.v

- Ngành mỹ phẩm: chiết rót, đóng nắp các chai serum, tinh chất,… v.v

Hệ thống tự động hóa tại các phòng thí nghiệm: chiết rót, đóng nắp các dung dịch, nước cất,… v.v

Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai hoạt động dựa trên nguyên tắc nhận biết

vị trí của chai ở các vị trí khác nhau trên hệ thống để thực hiện các công đoạn chiết rót và đóng nắp Có 2 loại cảm biến sử dụng trên hệ thống này là: cảm biến quang

đo khoảng cách và cảm biến đo lưu lượng nước

1.1.2 Vai trò của hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động

Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động đóng vai trò thiết yếu trong quy trình sản xuất và đóng gói hiện đại, góp phần quan trọng vào việc tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm Được thiết kế để thay thế các công đoạn thủ công,

hệ thống này sử dụng công nghệ tự động để thực hiện các nhiệm vụ chiết rót và đóng nắp một cách chính xác và nhanh chóng Điều này không chỉ giảm thiểu sự can thiệp của con người mà còn nâng cao độ chính xác trong việc định lượng và đảm bảo sự đồng nhất của sản phẩm

Một trong những lợi ích chính của hệ thống là việc giảm chi phí nhân công và vận hành Việc tự động hóa quy trình giúp giảm bớt sự phụ thuộc vào lao động thủ công, qua đó giảm thiểu chi phí lao động và các chi phí liên quan đến bảo trì Đồng Copies for internal use only in Phenikaa University

thời, hệ thống này giúp tiết kiệm nguyên liệu thông qua việc kiểm soát chính xác lượng dung dịch được chiết rót vào từng chai, từ đó giảm thiểu lãng phí và tăng cường hiệu quả sản xuất

Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động cũng mang lại sự linh hoạt cao, có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhiều loại chai và dung dịch khác nhau, từ nước giải khát và thực phẩm chức năng đến dược phẩm Sự linh hoạt này không chỉ giúp các nhà sản xuất đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường mà còn hỗ trợ sự đổi mới và phát triển sản phẩm

Ngoài các lợi ích về kinh tế, việc áp dụng công nghệ tự động trong sản xuất cũng góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa quy trình sản xuất Nhờ vào những ưu điểm này, hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động của các nhà máy sản xuất mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp và nền kinh tế toàn

cầu

1.1.3 Các hệ thống chiết rót và đóng nắp chai hiện nay

Hiện nay, trong công nghiệp có nhiều hệ thống chiết rót và đóng nắp theo nhiều yêu cầu khác nhau, mỗi hệ thống đều có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với nhu cầu sử dụng cụ thể Dưới đây là một số hệ thống phổ biến:

Hệ thống chiết rót bằng bơm trục vít [1]

Hình 1 1 Hệ thống chiết rót bằng bơm trục vít[1]

Copies for internal use only in Phenikaa University

Máy chiết rót bằng bơm trục vít hay còn gọi là máy chiết rót tự động 8 đầu (bơm trục vít) với thiết kế phù hợp với chiết rót các loại dầu nhớt Mỗi đầu bơm trục vít của dòng máy này được điều khiển bởi một động cơ AC riêng biệt nên độ chính xác khi rót rất cao Loại vòi ngâm sử dụng cho máy chiết rót này hạn chế tối đa sản sinh bọt khí và tránh chất lỏng văng ra ngoài Người sử dụng có thể dễ dàng điều chỉnh, cài đặt các thông số thông qua màn hình LCD cảm ứng

Hệ thống chiết rót bơm bằng bánh răng [1]

Hình 1 2 Hệ thống chiết rót bơm bằng bánh răng[1]

Hệ thống chiết rót bằng bơm bánh răng hay còn gọi là máy chiết rót tự động

8 đầu (bơm rotary) thường được sử dụng để xản xuất sản phẩm ngành thực

phẩm, hóa mỹ phẩm,… hạn chế tối đa khả năng tạo bọt trong khi rót Hệ thống

sử dụng: đầu bơm rotary, điều khiển bởi động cơ AC với biến tần

Dung tích chiết rót khoảng 250 – 5000ml với loại vòi ngâm không làm tràn chất lỏng lên chai và băng tải Hệ thống bơm và động cơ băng tải được bảo vệ toàn diện tránh sụt áp trong quá trình vận hành

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hệ thống chiết rót kiểu đối lưu [1]

Hình 1 3 Hệ thống chiết rót kiểu đối lưu[1]

Máy chiết rót kiểu đối lưu hay còn gọi là đẳng áp được thiết kế thuận tiện cho việc rót nước khoáng hay nước ép trái cây Dung tích chiết rót của dòng máy này vào khoảng 500 – 1500ml Thiết kế vòi ngâm hỗ trợ ổn định chất lỏng không gây tràn Bên cạnh đó, dòng máy này cũng được tích hợp màn hình cảm ứng hiệu Proface với hệ thống điều khiển PLC

1.2 Một số vấn đề tồn tại ở các hệ thống hiện nay

Mặc dù các hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động hiện nay mang lại nhiều lợi ích và giá trị cho ngành công nghiệp sản xuất và đóng gói, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại mà các nhà máy và các kĩ sư cần xem xét và giải quyết

Vấn đề về chi phí cao

Chi phí đầu tư ban đầu cho một hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động hiện tại rất cao Nó bao gồm chi phí thiết bị, công nghệ và chi phí đào tạo nhân viên,… Chi phí hiện đang là rào cản lớn đối với các doanh nghiệp nhỏ hoặc mới bắt đầu, làm hạn chế khả năng áp dụng công nghệ tiên tiến vào hệ thống Dù là khoản đầu

tư lâu dài và có thể mang lại nhiều lợi ích về sau, nhưng chi phí ban đầu vẫn là một yếu tố quan trọng đáng để cân nhắc

Khả năng điều chỉnh và linh hoạt

Copies for internal use only in Phenikaa University

Nhiều hệ thống hiện tại đang gặp khó khăn trong việc điều chỉnh nhanh chóng khi thay đổi loại kích thước chai, loại sản phẩm hoặc công thức sản phẩm,… Khi

có sự thay đổi thì việc điều chỉnh có thể mất thời gian và dẫn đến việc giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống Khả năng điều chỉnh này còn có thể ảnh hưởng đến chi phí vận hành tăng, giảm tính linh hoạt trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường

Độ chính xác và tin cậy

Một số hệ thống hiện nay còn gặp vấn đề về độ chính xác trong định lượng và

độ tin cậy của các thiết bị, thành phần máy móc Điều này có thể dẫn đến những sai lệch nhỏ trong quá trình sản xuất gây lãng phí nguyên liệu và giảm chất lượng sản phẩm Ngoài ra, sự cố kỹ thuật hoặc hỏng hóc trong các thành phần hệ thống

có thể gây gián đoạn quá trình diễn ra sản xuất, làm hiệu suất và tăng cao chi phí bảo trì Đề giải quyết vấn đề này, việc duy trì và kiểm tra chất lượng của thành phần hệ thống, đồng thời cập nhật công nghệ tiên tiến là rất quan trọng để nâng cao độ chính xác và tin cậy

Vấn đề về năng lượng và môi trường

Một số hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động đang tiêu tốn quá nhiều năng lượng và tạo ra lượng chất thải lớn ra ngoài môi trường gây ảnh hưởng đến hiệu quả năng lượng và môi trường sống xung quanh Để cải thiện hiệu suất về năng lượng và giảm tác tiêu cực đến môi trường, cần có các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu và xử lý chất thải cho hệ thống

1.3 Tổng kết chương 1

Chương 1 đã cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ thống chiết rót và đong nắp chai tự động, làm rõ vai trò cũng như là các vấn đề còn tồn tại của hệ thống hiện nay, dựa trên vấn đề này sẽ giúp cho việc xây dựng và thiết kế hệ thống chiết rót

và đóng nắp chai tự động được định hình và triển khai một cách hiệu quả Copies for internal use only in Phenikaa University

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế mô hình

Yêu cầu kỹ thuật

- Đối tượng nghiên cứu thiết kế: Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động

- Loại chai nước 297ml, sử dụng nắp nhựa và không có gas

- Có thể tính toán chiết rót theo lưu lượng và tự động lấy nắp, vặn nắp chai

- Sản phẩm sau khi hoàn thành phải đảm bảo chắc chắn, vận hành dễ dàng và

an toàn

Chế độ làm việc

Hệ thống gồm 2 chế độ làm việc là chế độ tự động (Auto) và chế độ thủ công (Manual):

Chế độ tự động (Auto): Băng tải sẽ chạy, đồng thời mâm xoay cũng xoay đến

vị trí chờ Chai rỗng sẽ được đưa đến vị trí trên mâm và cảm biến quang ở công đoạn chiết rót sẽ phát hiện chai vào đúng vị trí chưa và tiến hành chiết rót theo đúng lưu lượng yêu cầu, sau đó chai chứa nước sẽ được đưa đến vị trí lấy nắp trên mâm xoay và mâm xoay sẽ tiếp tục đưa chai đến vị trí xoay nắp, sau khi cảm biến quang phát hiện chai ở vị trí xoay nắp xylanh sẽ đẩy động cơ xoay nắp xuống vị trí nắp chai để tiến hành xoay nắp Cuối cùng, sau khi các công đoạn hoàn thành, mâm xoay sẽ đưa chai nước hoàn thiện ra băng tải chính và đưa đến vị trí cảm biến cuối băng tải để đếm sản phẩm

Chế độ thủ công (Manual): Tất cả sẽ được điều khiển bằng tay Người điều khiển khi thấy chai đến vị trí nào sẽ nhấn nút để khởi động và chạy công đoạn đó

Quy trình vận hành

Kiểm tra thiết bị:

- Đảm bảo tất cả các bộ phận của máy (bơm, máng cấp nắp, mâm xoay, v.v.) hoạt động bình thường và không có dấu hiệu hỏng hóc

- Kiểm tra nguồn điện và kết nối điện của thiết bị

Chuẩn bị nguyên liệu:

Copies for internal use only in Phenikaa University

- Đảm bảo bình nước chứa đầy và được đặt đúng vị trí để đầu hút của bơm

có thể tiếp xúc với nước

- Đảm bảo máng cấp nắp có đủ nắp để sử dụng trong quá trình vận hành

Vận hành:

- Bật nguồn điện và khởi động các thiết bị điều khiển

- Chọn chế độ chiết rót trên bảng điều khiển Các thông số như tốc độ chiết rót, lượng chiết rót cần thiết có thể được điều chỉnh

- Bơm sẽ bắt đầu hút nước từ bình và chiết vào chai

- Khi cảm biến đọc đến số xung quy định sẽ ngắt bơm

- Mâm xoay sẽ bắt đầu quay và đưa chai đến vị trí của máng cấp nắp

- Máng cấp nắp sẽ cung cấp nắp cho chai Đảm bảo rằng nắp được đưa vào đúng vị trí trên chai

- Sau khi nắp được đặt lên chai, hệ thống sẽ tự động đóng nắp bằng cơ cấu đóng nắp

- Kiểm tra việc đóng nắp để đảm bảo nắp được gắn chặt và chính xác

- Chai đã được chiết rót và đóng nắp sẽ được đưa ra ngoài băng tải và đến cảm biến quang cuối băng tải, đếm sản phẩm trên màn hình HMI

Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng

- Khi quá trình sản xuất kết thúc hoặc cần bảo trì, tắt nguồn điện của hệ thống

- Vệ sinh khu vực làm việc và các bộ phận của máy để chuẩn bị cho lần sử dụng tiếp theo

Kiểm tra chất lượng:

- Thực hiện kiểm tra chất lượng để đảm bảo rằng nước đã được chiết rót đúng lượng và nắp đã được đóng chặt

- Kiểm tra hoạt động của các bộ phận cơ khí và điện tử của hệ thống

Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2 1 Sơ đồ khối hệ thống

Khối nguồn: Cung cấp điện áp cho toàn bộ hệ thống hoạt động:

- 220VAC: Cấp nguồn cho nguồn cho máy tính giám sát PC và nguồn tổ ong

- 24VDC: Cấp nguồn cho PLC, cảm biến quang, cảm biến lưu lượng, van điện, bơm, động cơ,…

Máy tính giám sát: Giám sát toàn bộ hệ thống, nhận thông tin và có thể điều khiển thông qua khối điều khiển

Khối điều khiển: PLC S7-1200 nhận tín hiệu từ các tín hiệu đầu vào và đưa tin hiệu điều khiển ra đầu ra Ngoài ra còn giao tiếp với máy tính giám sát để nhận lệnh điều khiển và cung cấp hiển thị cho máy tính giám sát

Khối tín hiệu đầu vào: Bao gồm các tín hiệu của cảm biến quang, cảm biến lưu lượng, nút nhấn, công tắc 2 vị trí sau đó đưa thông tin cho khối điều khiển

Khối cơ cấu chấp hành: Bao gồm các thiết bị van điện, xylanh, bơm nước, động cơ xoay nắp để thực hiện các điều khiển của khối điều khiển

Khối công suất: Gồm các relay trung gian để điều khiển động cơ băng tải, bơm nước, van điện, động cơ xoay nắp Copies for internal use only in Phenikaa University

2.2 Thiết bị thành phần

PLC

PLC (Programmable Logic Controller) hay còn gọi là thiết bị cho phép người dùng lập trình và thực hiện các thuật toán logic Nó nhận tín hiệu từ các thiết bị đầu vào (input) như: nhút nhấn, cảm biến,…và điều khiển các thiết bị đầu ra (output) như: van, động cơ, đèn,… PLC giúp tăng cường hiệu suất, chính xác và

độ tin cậy trong các hệ thống sản xuất Siemens S7-1200 nhỏ gọn, phù hợp cho các ứng dụng cơ bản và vừa trong tự động hóa, có khả năng mở rộng linh hoạt và tích hợp nhiều tính năng điều khiển với nhiều ưu điểm:

- Tính linh hoạt cao: PLC Siemens có thể dễ dàng thêm các module và thiết

bị khác vào hệ thống PLC Siemens để mở rộng hoặc thay đổi chức năng,

tùy thuộc vào nhu cầu

- Hiệu suất mạnh mẽ: Các PLC Siemens, đặc biệt là dòng S7-1500, xử lý nhanh và hiệu quả, phù hợp cho các ứng dụng cần điều khiển chính xác và thời gian thực

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 2 2 CPU 1214C DC/DC/DC SIMATIC S7-1200 6ES7214-1AG40-0XB0

UA, Ethernet (TCP/IP, SNMP, DCP, LLDP)

Copies for internal use only in Phenikaa University

tổ ong hoạt động với mục đích biến đổi nguồn điện xoay chiều (AC) sang nguồn điện một chiều (DC) bằng cách thông qua chế độ dao động xung được sử dụng các linh kiện điện tử như transistor công suất, mạch chỉnh lưu, mạch lọc, với một biến áp xung

Vì PLC sử dụng nguồn cấp từ 20.4-28.8VDC do đó để phù hợp với PLC nên lựa chọn sử dụng nguồn 24V

Hình 2 3 Nguồn tổ ong

Copies for internal use only in Phenikaa University

Aptomat, hay còn gọi là cầu dao tự động, là thiết bị đóng cắt mạch điện được

sử dụng phổ biến trong hệ thống điện dân dụng và công nghiệp Chức năng của aptomat bao gồm:

- Bảo vệ hệ thống điện: Aptomat tự động ngắt mạch khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch, giúp bảo vệ an toàn cho hệ thống điện và các thiết bị điện được kết nối

- Chống rò rỉ điện: Một số loại aptomat có chức năng chống rò rỉ điện, giúp bảo vệ người sử dụng khỏi nguy cơ bị điện giật

- Tiết kiệm điện năng: Aptomat giúp kiểm soát lượng điện tiêu thụ, góp phần tiết kiệm điện năng

Copies for internal use only in Phenikaa University

Bảng 2 3 Thông số kỹ thuật của Aptomat

Copies for internal use only in Phenikaa University

Cầu đấu điện [5]

Cầu đấu, hay còn gọi là domino điện, là thiết bị được sử dụng để kết nối các dây điện với nhau một cách an toàn và hiệu quả Cầu đấu thường được sử dụng trong các hệ thống điện gia đình, công nghiệp và thương mại

Cấu tạo cơ bản của cầu đấu bao gồm:

- Thân cầu đấu: được làm từ nhựa hoặc kim loại, có tác dụng cách điện và bảo vệ các bộ phận bên trong

- Thanh dẫn điện: được làm từ đồng hoặc nhôm, có tác dụng dẫn điện từ dây điện này sang dây điện khác

- Kẹp dây: được làm từ đồng hoặc thép, có tác dụng giữ chặt dây điện vào cầu đấu

- Vít kẹp: được sử dụng để cố định dây điện vào kẹp dây

Thông số kỹ thuật [5]

Hình 2 5 Cầu đấu điện

Copies for internal use only in Phenikaa University

Công suất tiêu thụ Ui:AC660V; Ith:10A

Tiêu chuẩn bảo vệ IP65

Loại tiếp điểm 1NO + 1NC

Ứng dụng Điều khiển các thiết bị điện

Bảng 2 6 Thông số kỹ thuật của công tắc 2 vị trí

Rơ le [8]

Rơ le 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

Cấu tạo của rơ le bao gồm:

- Cuộn dây: Tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua

- Lõi sắt: Dẫn từ trường, tác động lên phần ứng

- Phần ứng: Bao gồm các tiếp điểm điện, chuyển đổi trạng thái khi bị tác động bởi từ trường

- Bộ phận cách điện: Ngăn cách các bộ phận dẫn điện với nhau

Hình 2 8 Rơ le OMROM MY2N-J

Copies for internal use only in Phenikaa University

Điện áp chịu đựng 250VAC

mở van Khi ngắt điện, lò xo sẽ đẩy lõi thép trở lại vị trí ban đầu, đóng van

Cấu tạo của van điện từ bao gồm:

- Thân van: được làm từ nhiều vật liệu khác nhau như đồng, thép, nhựa, PVC,

- Cuộn dây điện từ: có nhiệm vụ tạo ra từ trường để điều khiển van

- Lõi thép: được đặt trong cuộn dây điện từ, khi có dòng điện chạy qua sẽ bị hút lên và mở van

- Gioăng làm kín: giúp ngăn chặn rò rỉ chất lỏng

Copies for internal use only in Phenikaa University